Влияние конвекции на формирование адсорбированной плёнки ПАВ при динамическом изменении площади поверхности раствора
DOI:
https://doi.org/10.7242/1999-6691/2016.9.3.28Ключевые слова:
динамическая адсорбция, межфазная поверхность, вынужденная конвекция, массоперенос, поверхностно-активные веществаАннотация
Экспериментально и теоретически исследована динамика формирования поверхностной фазы в водных растворах поверхностно-активных веществ (ПАВ) в лотке барьерной системы Ленгмюра в течение одного цикла сжатия-расширения границы раздела. В качестве ПАВ использованы соли жирных органических кислот - лаурат, каприлат и ацетат калия, которые являются членами одного гомологического ряда. Опытным путём обнаружено, что зависимость приращения поверхностного давления, измеренного при максимальном сжатии поверхности, от объёмной концентрации имеет максимум, различный у всех рассмотренных растворов поверхностно-активных веществ (сурфактантов). Показано, что положение максимума отвечает величине концентрации, при которой на границе раздела формируется насыщенный монослой молекул сурфактанта. Для интерпретации лабораторных результатов предложена теоретическая модель, учитывающая влияние вынужденной конвекции, возникающей в объёме раствора при изменении площади его поверхности, что позволяет выявить кинетические характеристики процессов адсорбции/десорбции исследуемых веществ. Показано хорошее согласие между теорией и экспериментом. На основании полученных данных предложена новая методика определения константы Ленгмюра-Шишковского.
Скачивания
Библиографические ссылки
Dukhin S.S., Kretzschmar G., Miller R. Dynamics of adsorption at liquid interfaces: Theory, experiment, application. - Amsterdam: Elsevier, 1995. - 581 р.
2. Joos P. Dynamic surface phenomena. - VSP BV: AH Zeist, the Netherlands, 1999. - 360 р.
3. Скурыгин Е.Ф., Дильман В.В. О конвективной неустойчивости Марангони в процессе абсорбции, сопровождающейся обьёмной химической реакцией // Теоретические основы химической технологии. - 2006. - Т. 40, № 2. - С. 115-123. DOI
4. Skurygin E.F., Dil’man V.V. On Marangoni instability during desorption accompanied by evaporation // J. Food Eng. - 2000. - Vol. 43, no. 3. - P. 125-131. DOI
5. Schwarzenberger К., Köllner Т., Linde H., Odenbach S., Boeck T., Eckert K. On the transition from cellular to wavelike patterns during solutal Marangoni convection // Eur. Phys. J. Special Top. - 2013. - Vol. 219. - P. 121-130. DOI
6. Аитова Е.В., Брацун Д.А. Точное решение задачи о хемоконвективной устойчивости двухфазной системы жидкость-газ в присутствии адсорбируемого реагента // Вестник ПНИПУ. Механика. - 2013. - № 4. - С. 5-17.
7. Scriven L.E., Sternling С.V. On cellular convection driven by surface tension gradients: effects of mean surface tension and surface viscosity // J. Fluid Mech. - 1964. - Vol. 19, no. 3. - P. 321-340. DOI
8. Kostarev K.G., Levtov V.L., Romanov V.V., Shmyrov A.V., Viviani A. Experimental study of surfactant transfer in fluid systems in microgravity conditions // Acta Astronaut. - 2010. - Vol. 66, no. 3-4. - Р. 427-433. DOI
9. Kretzschmar G., Miller R. Dynamic properties of adsorption layers of amphiphilic substances at fluid interfaces // Adv. Colloid Interfac. - 1991. - Vol. 36. - P. 65-124. DOI
10. Gibbs J.W. The collected works of J. Willard Gibbs. - London, New Haven: Yale University Press, 1957. - 288 р.
11. Langmuir I. The adsorption of gases on plane surfaces of glass mica and platinum // J. Am. Chem. Soc. - 1918. - Vol. 40, no. 9. - P. 1361-1403. DOI
12. Левич В.Г. Физико-химическая гидродинамика. - М.: АН СССР, 1952. - 538 с.
13. Ward A.F.H., Tordai L. Time-dependence of boundary tensions of solutions: I. The role of diffusion in time effects // J. Chem. Phys. - 1946. - Vol. 14. - P. 453-461. DOI
14. Miller R. Beschreibung der Ad- und Desorptionsvorgänge bei der Kompression von löslichen Tensidadsorptionsschichten // Colloid & Polymer Sci. - 1983. - Vol. 261, no. 5. - P. 441-444. DOI
15. Van Voorst Vader F., Erkens Th.F., van den Tempel M. Measurement of dilatational surface properties // Trans. Faraday Soc. - 1964. - Vol. 60. - P. 1170-1177. DOI
16. Joos P., Van Uffelen M. Adsorption kinetics with surface dilatation: 1. Desorption of slightly soluble monolayers at constant surface pressure // J. Colloid Interf. Sci. - 1993. - Vol. 155, no. 2. - P. 271-282. DOI
17. an Uffelen M., Joos P. Adsorption kinetics with surface dilatation: 2. The steady state dynamic surface tension by compressing an adsorbed soluble monolayer with a constant dilatation rate // J. Colloid Interf. Sci. - 1993. - Vol. 158, no. 2. - P. 452-459. DOI
18. Van Uffelen M., Joos P. Adsorption kinetics with surface dilatation: 3. Adsorption to a surface expanded with a constant dilatation rate // Colloid Surface A. - 1994. - Vol. 85, no. 2-3. - P. 107-118. DOI
19. Van Uffelen M., Joos P. Adsorption-kinetics with surface dilatation: 4. Peaktensiometry-adsorption to a linearly expanded surface // Colloid Surface A. - 1994. - Vol. 85, no. 2-3. - P. 119-125. DOI
20. Joos P., Van Uffelen M. Adsorption kinetics with surface dilatation: 5. Transient surface tensions of an adsorbed monolayer during compression at a constant dilatation rate // Colloid Surface A. - 1995. - Vol. 100. - P. 245-253. DOI
21. Роулинсон Дж., Уидом Б. Молекулярная теория капиллярности. - М.: Мир, 1986. - 375 с.
22. http://www.biolinscientific.com/product/langmuir-troughs-langmuir-blodgett-troughs/ (дата обращения: 01.09.2016).
23. Луцик А.И., Мизев А.И., Брацун Д.А. Изучение динамики формирования поверхностной фазы в многокомпонентных растворах ПАВ на основе барьерной системы Ленгмюра-Блоджет с весами Вильгельми // XVII Зимняя школа по механике сплошных сред: Сб. статей, Пермь, 27 февраля - 3 марта 2011. - 1 CD ROM. - С. 386-394.
24. Брацун Д.А., Мизёв А.И., Трофименко А.И. Динамика формирования адсорбированной плёнки на поверхности многокомпонентных растворов ПАВ // Конвективные течения. - 2011. - № 5. - С. 61-77.
25. Trofimenko A.I., Mizev A.I., Bratsun D.A. Investigation of the dynamics of a surface phase formation in multicomponent solutions of surfactants // XL Summer School-Conference «Advanced Problems in Mechanics» (АРМ2012), 2-8 July 2012, St. Petersburg.- C. 386-394.
26. Мизёв А.И., Пеленёва И.М., Брацун Д.А., Шмыров А.В., Трофименко А.И., Лысенко С.Н. Исследование поверхностных свойств и динамики образования поверхностной фазы в многокомпонентных растворах поверхностно-активных веществ // Сборник статей. - Пермь: ПНЦ УрО РАН, 2013. - С. 14-22.
27. Blodgett K.B. Films built by depositing successive monomolecular layers on a solid surface // J. Am. Chem. Soc. - 1935. - Vol. 57, no. 6. - P. 1007-1022. DOI
28. Blodgett K.B. Built-up films of barium stearate and their optical properties // Phys. Rev. - 1937. - Vol. 51, no. 11. - P. 964. DOI
29. Chechel O.V., Nikolaev E.N. Devices for production of Langmuir-Blodgett films - review // Instrum. Exp. Tech. - 1991. - Vol. 34, no. 4. - P. 750-762.
30. McBain J.W., Sierichs W.C. The solubility of sodium and potassium soaps and the phase diagrams of aqueous potassium soaps // J. Am. Oil Chem. Soc. - 1948. - Vol. 25, no. 6. - P. 221-225. DOI
31. Краткий справочник физико-химических величин / Под ред. К.П. Мищенко, А.А. Равделя. - Л.: Химия, 1967. - 182 с.
32. Братухин Ю.К., Макаров С.О. Межфазная конвекция. - Пермь: ПГУ, 1994. - 328 с.
33. Hansen R.S. The theory of diffusion controlled absorption kinetics with accompanying evaporation // J. Phys. Chem. - 1960. - Vol. 64, no. 5. - P. 637-641. DOI
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2016 Вычислительная механика сплошных сред
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.