Параметры предельно тонкого поверхностного слоя жидкого аргона

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Предложена методика расчета наименьшей возможной толщины поверхностного слоя однокомпонентной системы жидкость/насыщенный пар. Рассматривается модель слоя, однородного по отношению к тензору давления. Для жидкого аргона на линии насыщения в интервале от тройной точки до температур, близких к критической, рассчитаны наименьшая толщина поверхностного слоя и молярные объемы для частей поверхностного слоя, прилегающих к жидкой и паровой фазам. На примере сведений, взятых из литературных источников, показана возможность приведения данных о распределении вещества в поверхностном слое к параметрам предложенной модели.

Full Text

Restricted Access

About the authors

В. С. Саввин

Национальный исследовательский ядерный университет “Московский инженерно-физический институт”

Author for correspondence.
Email: savvin-vs@yandex.ru

Институт атомной энергетики

Russian Federation, 249040, Обнинск, Студгородок, д. 1

References

  1. Оно С., Кондо С. Молекулярная теория поверхностного натяжения в жидкостях. М.: ИИЛ, 1963.
  2. Beaglehole D. Thickness of the surface of liquid argon near the triple point // Phys. Rev. Lett. 1979. V. 43. № 27. P. 2016–2018. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.43.2016
  3. Beaglehole D. Ellipsometric Study of the surface of simple liquids // Physica B+C. 1980. V. 100. № 2. P. 163–174. https://doi.org/10.1016/0378-4363(80)90003-0
  4. Gribsky O.P., Poperenko L.V., Sarsembaeva A.Z. Ellipsometric research of pure water and aqueous solutions surfaces // Funct. Mater. 2003. V. 10. № 3. P. 460–463.
  5. Файнерман В.Б., Miller R. Равновесные и динамические характеристики адсорбционных слоев белков на межфазных границах жидкость-газ: теория и эксперимент // Коллоид. журн. 2005. Т. 67. № 4. С. 437–449.
  6. Ильина С.Г., Алексеева Е.А. Определение параметров поверхностного слоя чистых жидкостей по данным эллипсометрии // Вест. МГУ. Сер. 3: Физика. Астрономия. 2016. № 2. С. 68–73.
  7. Ковальчук А.В., Митина А.А., Полушкин Е.А., Гальперин Э.И., Дюжева Т.Г., Семененко И.А., Семененко А.И., Шаповал С.Ю. О возможностях и особенностях метода эллипсометрии при исследовании поверхности жидкостей // Научное приборостроение. 2016. Т. 26. № 4. С. 3–12.
  8. Makaia L, Kalas B, Tiborcz G. Spectroscopic ellipsometry investigation of free liquid-liquid and liquid-air interfaces // Thin Solid Films. 2023. V. 764. P. 139634. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2022.139634
  9. Longford F.G.J. Modelling surface thermodynamics and intrinsic optical properties of the air-water interface. University of Southampton. Doctoral Thesis. 2017.
  10. Kirkwood J.G., Buff F.P. The statistical theory of surface tension // J. Chem. Phys. 1949. V. 17. № 3. P. 338–343. https://doi.org/10.1063/1.1747248
  11. Куни Ф.М., Русанов А.И. Асимптотика молекулярных функций распределения в поверхностном слое жидкости // Докл. АН СССР. 1967. Т. 174. № 2. С. 406–409.
  12. Toxυaerd S. Statistical mechanical and quasithermodynamic calculations of surface densities and surface tension // Mol. Phys. 1973. V. 26. № 1. P. 91–99. https://doi.org/10.1080/00268977300101401
  13. Evans R. Oscillatory behaviour of density profiles: Relevance for fluid interfacial phenomena // Ber. Bunsen-Ges. Phys. Chem. 1994. V. 98. № 3. P. 345–352. https://doi.org/10.1002/bbpc.19940980312
  14. Trokhymchuk A., Alejandre J. Computer simulations of liquid/vapor interface in Lennard-Jones fluids: Some questions and answers // J. Chem. Phys. 1999. V. 111. № 18. P. 8510–8523. https://doi.org/10.1063/1.480192
  15. Belashchenko D.K., Ostroskii O.I. Molecular dynamics simulations of the surface properties of melts: Liquid argon and KCl // Russ. J. Phys. Chem. A. 2004. V. 78. № 8. P. 1302–1308.
  16. Bo Shi. Molecular dynamics simulation of the surface tension and contact angle of argon and water. A dissertation submitted in partial satisfaction of the requirements for the degree Doctor of Philosophy in Mechanical Engineering. 2006. University of California. Los Angeles.
  17. Rivera J.L, Douglas J.F. Reducing uncertainty in simulation estimates of the surface tension through a two-scale finite-size analysis: Thicker is better // RSC Adv. 2019. V. 9. № 61. P 35803–35812. https://doi.org/10.1039/C9RA07058C
  18. Guggenheim E.A. Thermodynamic. Amsterdam, Oxford, New York, Tokyo: North-Holland, 1967.
  19. усанов А.И. Фазовые равновесия и поверхностные явления. Ленинград: Химия, 1967.
  20. Русанов А.И. Развитие фундаментальных положений термодинамики поверхностей // Коллоид. журн. 2012. Т. 74. № 2. С. 148–166.
  21. Дадашев Р.Х. Термодинамика поверхностных явлений. М.: ФМ, 2007.
  22. Юров В.М, Гученко С.А., Лауринас В.Ч. Толщина поверхностного слоя, поверхностная энергия и атомный объем элемента // Физико–химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. 2018. № 1. С. 691–699.
  23. Дадашев Р.Х., Джамбулатов Р.С., Элимханов Д.З. Поверхностные свойства и молярные объемы растворов ацетон–этанол // ЖФХ. 2023. T. 97. № 4. С. 500–504. https://doi.org/10.31857/S004445372304009X
  24. Степанов В.П. Межфазный слой в расслаивающихся ионных расплавах // Расплавы. 2023. № 3. С. 223–240
  25. Русанов А.И. Лекции по термодинамике поверхностей. СПб.: «Лань», 2013.
  26. Русанов А.И. Распространение законов Коновалова на поверхностные явления // Вест. СПбГУ. Физика и химия. 2013. № 1. С. 9–15.
  27. Русанов А.И. Мои открытия (Обзор) // ЖОХ. 2022. Т. 92. № 4. С. 497–546.
  28. Гиббс Дж.В. О равновесии гетерогенных веществ. С. 61–349. В кн. «Джозайя Виллард Гиббс. Термодинамика. Статистическая механика». М.: «Наука», 1982.
  29. Вассерман А.А., Рабинович В.А. Теплофизические свойства жидкого воздуха и его компонентов. М.: Издательство стандартов, 1968.
  30. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Наука, 1972.
  31. Stansfield D. The surface tensions of liquid argon and nitrogen // Proc. Phys. Soc. 1958. V. 72. № 5. P. 854–866. https://doi.org/10.1088/0370-1328/72/5/321
  32. Clementi E., Raimondi D.L., Reinhardt W.P. Atomic screening constants from SCF functions // J. Chem. Phys. 1967. V. 47. № 4. P. 1300–1307. https://doi.org/10.1063/1.1712084

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Hydrostatic pressure in liquid argon as a function of the molar volume of liquid argon at temperatures of 85, 120 and 145 K. The bold marks on the abscissa axis show the values ​​of the molar volume of liquid argon at a two-phase liquid-vapor equilibrium at the corresponding temperature.

Download (79KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Minimum thickness of the surface layer of liquid argon depending on temperature. On the ordinate axis on the left the layer thickness is expressed in angstroms, on the right – in relation to the calculated value of the diameter of the argon atom, d = 142 pm [32], where the doubled distance between the atomic nucleus and the farthest of the stable electron orbits in the electron shell of argon is taken as such.

Download (68KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Molar volume of a substance: 1 – liquid, 2 – liquid-like part of the surface layer, 3 – vapor-like part of the surface layer, 4 – vapor. The critical point is marked.

Download (79KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Position of the boundaries of the extremely thin, uniform in the pressure tensor, surface layer of argon with liquid, z < 0, and vapor, z > 0, depending on the temperature. The position of the equimolar surface is taken as the origin, z = 0.

Download (65KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences