Поверхностное и межфазное натяжения двухкомпонентных двухфазных расслаивающихся систем кубической формы

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

Проведен численный анализ термодинамического определения поверхностного натяжения (ПН) между флюидом и твердым телом бинарной смеси и межфазного натяжения (МН) между двумя плотными фазами как избыточной величины свободной энергии ∆F двухфазной системы с учетом и без учета наличия границы раздела фаз. Расслаивание рассматривается для конденсатов кубической формы, которые ранее обсуждались в термодинамических подходах. Дан микроскопический анализ обобщения термодинамического подхода Гиббса, вводящего поверхностное натяжение на математической поверхности раздела фаз, на случай сложной формы границы с введением локальных поверхностных натяжений для граней, ребер и вершин граней. В зависимости от типа усреднения локальных неоднородных областей построены две формы слоевых разделяющих поверхностей: с прямыми и сглаженными углами. Расчет проведен в простейшем варианте модели решеточного газа (МРГ) при учете взаимодействия ближайших соседей в квазихимическом приближении на жесткой решетке. Каждый узел двухкомпонентной смеси в МРГ системы может быть занят компонентами смеси А + В и вакансией V. Сопоставлены два основных способа расчета ПН и МН, которые выражаются через разные парциальные вклады Mfi в избыточную свободную энергию ∆F (здесь i = A, В, V – вакансии, 1 ≤ f ≤ t, t – число типов узлов разного типа, зависящее от положения узла внутри угловых областей куба). Получена неоднозначность значений ПН и МН в зависимости от вида функций Mfi при расчете зависимости ПН и МН от размера домена при фиксированной температуре. Обсуждается роль вакансий как основной механической характеристики двухкомпонентной смеси в МРГ при условии строгого фазового равновесия по трем частным равновесиям (механического, теплового и химического). Показано, что если проводить расчеты МН для двух плотных расслаивающихся фаз в пренебрежении учета вакансий, то это искажает реальную величину МН.

全文:

受限制的访问

作者简介

Е. Зайцева

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН

Email: tovbinyk@mail.ru
俄罗斯联邦, Ленинский пр-т, 31, Москва, 119991

Ю. Товбин

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН

编辑信件的主要联系方式.
Email: tovbinyk@mail.ru
俄罗斯联邦, Ленинский пр-т, 31, Москва, 119991

参考

  1. Френкель Я.И. Кинетическая теория жидкостей. Изд. АН СССР. 1945. c.
  2. Скрипов В.П., Файзуллин М.З. Фазовые переходы кристалл–жидкость–пар и термодинамическое подобие. М.: Физматлит. 2003. 210 с.
  3. Хачатурян А.Г. Теория фазовых переходов и структура твердых тел. М.: Наука. 1974. 384 с.
  4. Кацнельсон А.А., Олемской А.И. Микроскопическая теория неоднородных структур. М.: Изд-во МГУ. 1987. 333 с.
  5. Штремель М.А. Прочность сплавов. Часть 1. Дефекты решетки. М.: МИСИС. 1999. 384 с.
  6. Иона Ф., Ширане Д. Сегнетоэлектрические кристаллы. М.: Мир. 1965. 556 с.
  7. Струков Б.А., Леванюк А.П. Физические основы сегнетоэлектрических явлений в кристаллах. М.: Наука, 1983. 240 с.
  8. Вакс В.Г. Введение в микроскопическую теорию сегнетоэлектриков. М.: Наука. 1973. 327 с.
  9. Лайнс М., Гласс А. Сегнетоэлектрики и родственные им материалы. М.: Мир. 1981.
  10. Хуберт А. Теория доменных стенок в упорядоченных средах. М.: Мир. 1977. 308 с.
  11. Сидоркин А.С. Доменная структура в сегнетоэлектриках и родственных материалах. М.: Физматлит. 2000. 240 с.
  12. Петров Ю.И . Физика малых частиц. М.: Наука, 1982. 359 с.
  13. Чернов Ф.Ф., Гиваргизов E.И., Багдасаров Х.С., Демьянец Л.Н., Кузнецов В.А., Лобачев А.Н. Современная кристаллография. Т. 3. 1980. 408 с.
  14. Сиротин Ю.И., Шаскольская М.П. Основы кристаллофизики. М.: Наука. 1979. 640 с.
  15. Займан Дж. Модели беспорядка. М.: Мир. 1972. 592 с.
  16. Физика сегнетоэлектриков. Современный взгляд / Под редакцией К.М. Рабе, Ч.Г. Ана, Ж. -М. Трискона. Москва. БИНОМ. Лаборатория знаний. 2015. 442 с.
  17. Фридкин В.М., Дюшарм С. // УФН. 2014. Т. 184. № 6. С. 646.
  18. Hill T.L. Thermodynamics of Small Systems. Part 1. New York; Amsterdam: W.A. Benjamin. Inc. Publ. 1963.
  19. Русанов А.И. Фазовые равновесия и поверхностные явления. Л.: Химия. 1967. 388 с.
  20. Базаров И.П. // Термодинамика. М.: Высшая школа. 1991. 376 с.
  21. Ising E. // Zeits. f. Physik. 1925. V. 31. C. 253.
  22. Чернавский П.А. // Рос. Хим. Журн. 2002. Т.46. № 3. С. 19.
  23. Chernavskii P.A., Khodakov A.Y., Pankina G.V., Girardon J.-S., Quinet E. // Applied Catalysis A: 2006. V. 306. P. 108.
  24. Чернавский П.А, Панкина Г.В., Лунин В.В. // Успехи химии. 2011. Т. 80. С. 605.
  25. Чернавский П.А., Панкина Г.В. // ЖФХ. 2022. Т. 96. № 2. С. 271.
  26. Хилл Т. Статистическая механика. М.: Изд-во иностр. лит. 1960. (Hill T.L. Statistical Mechanics. Principles and Selected Applications. N.Y.: McGraw–Hill Book Comp.Inc., 1956.)
  27. Стенли Г. Фазовые переходы и критические явления. М.: Мир. 1973. 400 с.
  28. Паташинский А.З., Покровский В.П. Флуктуационная теория фазовых переходов. М.: Наука. 1975. 256 с.
  29. Ма Ш. Современная теория критических явлений. М.: Мир. 1980. 260 с.
  30. Zeng H., Skomski R., Menon L., Liu Y., Bandyopadhyay S., Sellmyer D.J. // Phys. Rev. B. 2002. V. 65. P. 134426.
  31. Товбин Ю.К. // ЖФХ. 2010. Т. 84. № 9. С. 1795.
  32. Stranski I.N., Kiaschev R. // Ann. Physik. 1925. Bd. 23. С. 330.
  33. Stranski I.N. // Z. Physic. Chem. 1938. Bd. 38. С. 451.
  34. Фольмер М. Кинетика образования новой фазы. М.: Наука. 1986. (M. Volmer, Kinetik der Phasenbildung. Drezden – Liepzig. 1939).
  35. Товбин Ю.К. // ЖФХ. 2018. V. 92. №. 1. С. 36.
  36. Товбин Ю.К., Зайцева Е.С. // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2017. Т. 53. № 5. С. 451.
  37. Зайцева Е.С., Товбин Ю.К. // ЖФХ. 2020. Т. 94. № 6. С. 951.
  38. Зайцева Е.С., Михайлова Т.Ю., Долин С.П., Товбин Ю.К. // Неорганические материалы. 2022. Т. 58. № 6. С. 484.
  39. Товбин Ю.К. Малые системы и основы термодинамики. М.: Физматлит. 2018. 408 с. (Tovbin Yu.K., Small systems and fundamentals of thermodynamics. CRC Press. Boca Raton. Fl. 2019).
  40. Зайцева Е.С., Товбин Ю.К. // ЖФХ. 2022. Т. 96. № 10. С. 1411.
  41. Товбин Ю.К. // ЖФХ. 2022. Т. 96. № 11. С. 1547.
  42. Товбин Ю.К. // ЖФХ. 1992. Т. 66. № 5. С. 1395.
  43. Товбин Ю.К. // ЖФХ. 2016. Т. 90. № 7. С. 1059.
  44. Зайцева Е.С., Товбин Ю.К. // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2023. Т. 59. № 3. С. 244.
  45. Товбин Ю.К., Рабинович А.Б. // Изв.Академии наук. Сер. химическая, 2009, № 11 С. 2127.
  46. Товбин Ю.К. Теория физико–химических процессов на границе газ – твердое тело. М.: Наука. 1990. (Tovbin Yu.K. Theory of physical chemistry processes at a gas–solid surface processes. Boca Raton. Fl.: CRC Press. 1991.)
  47. Товбин Ю.К. // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2020. Т. 56. № 4. С. 339.
  48. Зайцева Е.С., Товбин Ю.К. // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2020. Т. 56. № 5. С. 451.
  49. Гиршфельдер Дж., Кертис Ч. Берд Р., Молекулярная теория газов и жидкостей. М.: Изд-во иностр. лит. 1961. 929 с. (Hirschfelder J.O., Curtiss C.F., Bird R.B. Molecular Theory of Gases and Liquids. N.Y.: Wiley. 1954.)
  50. Товбин Ю.К., Зайцева Е.С., Рабинович А.Б. // ЖФХ. 2017. Т. 91. № 10. C. 1730.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. The scheme of dividing the nodes of the transition region into types on the plane: (a) on a circle and (b)–(d) for a square: (b) the angle of the cubic part of the system of straight monolayers, (c) the selection of vertices in the corners of all monolayers, (d) a distributed set of nodes in the nodes).

下载 (128KB)
索引源数据
3. Fig. 2. Diagram of the shape of the dividing surface in the section of the transition region of the cubic phase: (a) strictly cubic and (b) smoothed shape.

下载 (53KB)
索引源数据
4. 3. Comparison of concentration profiles in cube models (b) (curve 1), (c) (2) and (d) (curves 3 and 4) separately for cube faces (field a), its edges (field b), vertices (field c) and averaged over all areas. (field d).

下载 (147KB)
索引源数据
5. Fig. 4. Comparison of concentration profiles averaged over all regions (1, 5), on the faces of the cube (2), averaged over the edge (3), averaged over the vertex (4), diagonally local edges (6) and diagonally local vertices (7 – only on field b) in the model cube b) (curve 1 in fields a and b), c) (curves 2-5 in field a) and d) (curves 2-7 in field b).

下载 (97KB)
索引源数据
6. Fig. 5. Vacancy density profiles in the transition region between two dense phases in the cube model (d) with side L = 40.

下载 (22KB)
索引源数据
7. Fig. 6. Dimensional dependencies of PN: (field a) for two-component s3 (1-3) and one-component s2 (4-6) systems in the cube model (d) on the cube face (1, 4), local in the center of the edge (2, 5), local in the center of the vertex (3, 6); (field b–d) for the same two-component s3 (1-3) and one-component s2 (4-5) systems, by definition 2 with reference grades V (1, 4), A (2, 5) and B (3) in the cube model d) on the cube face (Fig. 6b), the local in the center of the edge (Fig. 6b), the local one is in the center of the vertex (Fig. 6g).

下载 (179KB)
索引源数据
8. Fig. 7. MON by definition 2-V: (field a) by definition 2-V with side L in cube models b) (curve 1), c) (2-4) and d) (5-9) on the face of the cube (2, 5), the average edge (3, 6), the average of the vertex (4, 7), the local diagonal of the edge (8) and the local diagonal of the vertex (9); (field b) for the same system, the dimensional dependencies of the PN averaged over all areas of the cube are compared in the cube models b) (curve 1), c) (2) and d) (3).

下载 (102KB)
索引源数据
9. Fig. 8. MON by definition 2-V in model d) the average along the edge (1, 4), the average along the vertex (2, 5) and averaged over all areas of the cube (3, 6). Comparison of the shapes of the dividing surface: the shape of the cube with smoothed segments of the sphere (curves 1-3) and strict the shape of a cube (curves 4-6).

下载 (44KB)
索引源数据
10. Fig. 9. Analysis of local PN (1) and (2).

下载 (40KB)
索引源数据
11. Fig. 10. The size dependence of MN according to the 2nd definition without taking into account the presence of vacancies according to 2A (curve 1) and 2-B definitions (curve 2) and in the presence of vacancies according to 2A, 2-B and 2-V definitions (curves 3-5, respectively).

下载 (82KB)
索引源数据

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2024