KukllVnLqF

в

Рис. 15. Виды транспорта компонентов в зону реакции: а – по автономным фазам реагентов (А, B); б – по 2-мерным неавтономным фазам реагентов; в – по автономным фазам, не являющимися реагентами системы (С)

Гиббса системы. При температурах TC Tm2n двумерная неавтономная фаза переходит в жидкое состояние и ее транспорт вдоль границ фаз A–C и B–C может осуществляться путем течения жидкой двумерной неавтономной фазы из области A–B (рис. 15).

Следует отметить, что в процессе течения за счет изменения состава двумерной неавтономной фазы вследствие установления локального равновесия по направлению x может измениться температура ее плавления. При

этом если окажется, что T Tm2n, то течение двумерной неавтономной фазы прекратится и транспорт компонентов будет осуществляться более медленным способом – диффузией по границам фаз.

В первом приближении модель течения двумерных неавтономных фаз можно построить на основе энергетического баланса. Отметим, что аналогичным образом Я. И. Френкелем была построена модель вязкого течения кристаллических тел. Особенностью течения двумерных неавтономных фаз является строго определенное значение толщины текущей пленки. Если ее толщина оказывается в какой-то момент больше равновесного значения, то происходит трансформация жидкой двумерной неавтономной фазы в твердую автономную фазу. В противоположном случае происходит обратный трансформационный процесс. Так как указанные трансформационные процессы связаны с установлением локального равновесия по направлению перпендикулярному направлению течения, то при не очень быстрых течениях

31

можно считать, что по всей границе A(B)–C для толщины растекающейся пленки выполнено соотношение hA(B)–C hm2n.

Отметим, что течение подобных жидких пленок размером в несколько мономолекулярных слоев было впервые зафиксировано при исследовании растекания капель по твердой поверхности и описано как движение тонкой «первичной» пленки, опережающей растекание основной массы жидкости под действием смачивающих сил. Отличие процесса течения жидкой двумерной неавтономной фазы в области контакта двух твердых или твердой и газообразной фаз состоит в том, что он тесно сопряжен с трансформацией твердая автономная фаза – жидкая двумерная неавтономная фаза на границе контакта фаз A–B и A(B)–C (см. рис. 15), происходящем при температуре

T Tm2n.

Поскольку течение двумерной неавтономной фазы может наблюдаться только при T Tm2n, а скорость его определяется свойствами компонентов и технологическими факторами, то можно сформулировать следующие условия быстрого увеличения площади соприкосновения реагентов: 1) температура должна превышать значение температуры плавления двумерной неавтономной фазы (неравенство (1)); 2) реагенты должны иметь большое различие в значениях поверхностных энергий; 3) двумерная неавтономная фаза должна обладать малыми значениями вязкости; 4) соотношения дисперсностей компонентов и степень гомогенизации дисперсной системы при получении исходной композиции механическим смешением реагентов или степень пространственного сопряжения реагентов в случае использования других методов приготовления исходной композиции должны обеспечивать минимальное значение отношения площадей поверхности контактов А–С и А–В

(SA–C/SA–B). Значительную роль в химическом взаимодействии твердых веществ играет состав и состояние поверхности, межфазных и межзеренных образований, как правило, имеющих толщину от нескольких десятых долей до нескольких нанометров. В связи с этим следует особое внимание уделять имеющимся в распоряжении химиков способам прецизионного изменения состава и свойств указанных наноразмерных объектов.

32

Список литературы

1.Курс общей химии / под ред. Н. В. Коровина. М.: Высш. шк., 1990.

2.Алесковский В. Б. Курс химии надмолекулярных соединений. Л.: Изд-во Ленингр.

ун-та, 1990.

3.Малыгин А. А. Химическая сборка функциональных наноматериалов методом молекулярного наслаивания: текст лекций. СПб.: Изд-во СПбГТИ(ТУ), 2012. 72 с.

4.Мандельброт Б. Фрактальная геометрия природы / Институт компьютерных исследований. М., 2002.

5.Федер А. Фракталы. М.: Мир, 1991.

6.Роль неавтономного состояния вещества в формировании структуры и свойств наноматериалов // Наноматериалы: свойства и перспективные приложения / Отв. редактор А. Б. Ярославцев. М.: Научный мир, 2014.

7.Русанов А. И. Лекции по термодинамике поверхностей: учеб. пособие. СПб: Лань,

2013.

8.Гусаров В. В., Суворов С. А. Температура плавления локально-равновесных по-

верхностных фаз в поликристаллических системах на основе одной объемной фазы

//Журн. прикл. химии. 1990. Т. 63, № 8. С. 1689–1694.

9.Гусаров В. В. Быстропротекающие твердофазные химические реакции // Журн.

общей химии. 1997. Т. 67, № 12. С.1959–1964.

33

34

Альмяшева Оксана Владимировна, Гусаров Виктор Владимирович, Лебедев Олег Андреевич

Поверхностные явления и наноразмерные системы

Электронное учебное пособие

Редакторы: Э. К. Долгатов, Н. В. Лукина

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Подписано в печать 29.12.14. Формат 60×84 1/16.

Гарнитура «Times New Roman». Печ. л. 2,25.

Тираж 10 экз. Заказ 280.

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ» 197376, С.-Петербург, ул. Проф. Попова, 5

35