РОЗРАХУНОК ТЕМПЕРАТУРНОЇ ЗАЛЕЖНОСТІ ЕНЕРГІЇ АКТИВАЦІЇ САМОДИФУЗІЇ У ВОДІ
DOI:
https://doi.org/10.31498/2522-9990242021250941Ключові слова:
молекула води, рухливість, дифузія, в'язкість, течія рідини, взаємодія молекул, сили міжмолекулярних зв'язків, енергія активаціїАнотація
В роботі запропонована нова методика розрахунку енергії активації дифузії та проведено розрахунок температурної залежності енергії активації дифузії для молекул у чистій воді за даними про її в'язкість у всьому діапазоні існування її рідкої фази - від точки плавлення до критичної. Величина енергії активації характеризує діючі усередненні сили зв'язку між молекулами і визначає їх рухливість, що має велике значення для властивостей води. Оскільки сама дифузія визначається з великою похибкою, запропоновано провести розрахунок енергії активації використовуючи більш точні дані про її в'язкість. Розрахунок проведено за модифікованою формулою, де застосована не динамічна, а кінематична в'язкість, для якої зберігається число взаємодіючих молекул у процесі нагріву, а також використовуючи формулу Стокса - Ейнштейна зв'язку в'язкості та дифузії. Розрахована температурна залежність енергії активації дифузії в чистій воді (самодифузії). Показано, що вона містить два вкладу - основний ступеневий, що зменшується до нуля у критичній точці і пропорційний кореню другого ступеня, а також поблизу точки плавлення експонентний. Експонентний внесок в енергію активації обумовлений наявністю додаткових взаємодій молекул у кластерах води, що швидко руйнуються з нагріванням. Величина енергії активації дифузії більша за енергію активації в'язкості і більш повільно убуває з ростом температури. Даний ефект пов'язаний з тим, що під час дифузії взаємодії молекул є об'ємними, тривимірними, тоді як під час течії постійно рвуться зв'язки між шарами рідини та відповідними молекулами і взаємодії молекул стають квазідвовимірними. Це веде до більшої величини енергії активації для дифузії і більш повільного ступеневого її зменшення з ростом температури, тоді як енергія активації в'язкості менша за величиною і убуває лінійно до критичної точки води, аналогічно силам поверхневого натягу.
Посилання
Эйзенберг, Д. Структура и свойства воды / Д. Эйзенберг, В. Кауцман – пер. с англ.– Л .: Гидрометеоиздат, 1975. – 280 с.
Маленков, Г. Г. Структура и динамика жидкой воды / ЖСХ, 2006. Т. 47, с. 5-35.
Берсукер, И. Б. Эффект Яна – Теллера и вибронные взаимодействия в современной химии / И. Б. Берсукер – пер. с англ. – М. : Наука, 1987. – 344 с.
Малафаев, Н. Т. О взаимодействиях и динамике молекул в чистой воде / Н. Т. Малафаев // Восточно-европейский журнал передовых технологий. – 2011. – T. 52, №4/8. – С. 48–58. – Режим доступа: http://journals.uran.ua/eejet/article/view/1465/1363.
Ривкин, С. А. Теплофизические свойства воды и водяного пара / С. А. Ривкин, А. А. Александров – 2–е изд., М.: Энергия, 1980. – 422 с.
Френкель, Я.И. Кинетическая теория жидкостей / Я. И. Френкель - Изд-во АН СССР, 1959.- 253 с.
Глестон, С. Теория абсолютных скоростей реакций / С. Глестон, К. Лейдлер, Г. Эйринг - М.: Изд-во иностр. лит-ры , 1948 .- 584 с.
Малафаєв, М. Т. Кластери у воді / Ж. В. Воронцова, М. Т. Малафаєв // Вісник НТУ «ХПІ», Зб. наук. праць. Тематичний вип. «Нові рішення в сучасних технологіях». – Харків: НТУ «ХПІ» – 2011. – № 43. – С. 3-7.
Малафаєв, М. Т. Температурна залежність теплоємності води / М. Т. Малафаєв //“Прогресивні техніка та технології харчових виробництв, ресторанного господарства і торгівлі” Зб. наук. праць. – Харків, ХДУХТ – 2010. – Ч. 2 – с. 459 – 463.
