Analysis of the Conditions of Mechanical Equilibrium on the Curved Surface of a Vapor–Liquid System in a Gravitational Field

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

A thermodynamic analysis of mechanical equilibrium conditions is performed for the curved interface of a vapor–liquid system in the gravitational field potential with regard to ratios of experimental times of relaxation of thermodynamic parameters (momentum, energy, and mass). In a kinetic analysis of the relaxation stage of reaching the equilibrium state, it is revealed that it is important to consider the physical nature of the boundary of separating phases. The mechanical model of the boundary is one with an intermediate foreign film preventing the attainment of chemical equilibrium between the neighboring phases. The real boundary of coexisting phases has a variable density profile corresponding to the condition of the constant chemical potential throughout the region of transition and in the neighboring coexisting phases. The absence of an intermediate film excludes the priority of the mechanical equilibrium over the chemical equilibrium and results in pressure being the function of local temperature and chemical potential values (excluding the application of the Laplace equation). Considering times of relaxation is found to change the familiar Gibbs expression for the pressure jump between coexisting vapor and fluid as functions of the boundary in the gravitational field potential. A consequence of considering the correct ratio of momentum and mass times of relaxation is discussed: the phase equilibrium conditions of a separating vapor–liquid system in combined gravitational and surface force fields must be analyzed in order to solve problems of the capillary theory.

Sobre autores

Yu. Tovbin

Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry, Russian Academy of Sciences

Autor responsável pela correspondência
Email: tovbinyk@mail.ru
119991, Moscow, Russia

Bibliografia

  1. Gibbs J.W. // Trans. Connect. Acad., 1877–1878. V. 3. P. 343–524.
  2. Гиббс Дж. В. Термодинамика. Статистическая механика. М.: Наука, 1982. 584 с.
  3. 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, 2018)
  4. Товбин Ю.К., Рабинович А.Б. // Изв. АН. Сер. хим. 2010. № 4. С. 663.
  5. Товбин Ю.К. // Журн. физ. химии. 2010. Т. 84. № 10. С. 1882.
  6. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Т. 5. Статистическая физика. М.: Наука, 1964. 568 с.
  7. Пригожин И., Дефэй Р. Химическая термодинамика. Новосибирск: Наука, 1966, 510 с.
  8. Guggenheim E.A. Thermodynamics. An Advanced Treatment for Chemists and Physics, 5th edition. Amsterdam: North-Holland Publ. Comp., 1967.
  9. Русанов А.И. Фазовые paвновесия и поверхностные явления. Л.: Химия, 1967. 387 с.
  10. Кубо Р. Термодинамика. М.: Мир, 1970. 304 с.
  11. Воронин Г.Ф. Основы термодинамики. М.: Изд-во МГУ, 1987. 192 с.
  12. Базаров И.П. Термодинамика. М.: Высшая школа, 1991. 376 с.
  13. 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.)
  14. Товбин Ю.К. Теория физико-химических процессов на границе газ–твердое тело, М.: Наука, 1990. 288 с.
  15. Onsager L. // Phys. Rev. 1944. V. 65. P. 117.
  16. Domb C. // Adv. Phys. 1960. V. 9. № 34, 35.
  17. Фишер М. Природа критического состояния. М.: Мир, 1968. 221 с. (Fisher M.E. The Nature of Critical Points. Univer. Colorado Press. Boulder, Colorado. 1965.)
  18. Бэкстер Р. Точно решаемые модели в статистической механике. М.: Мир, 1985. 486 с. (Baxter R.J. Exactly Solved Models in Statistical Mechanics. Academic Press. London. 1982)
  19. Товбин Ю.К. // Журн. физ. химии. 2020. Т. 94. № 3. С. 457.
  20. Хаазе Р. Термодинамика необратимых процессов. М.: Мир, 1967. 544 с. (Haase R. Thermodynamik der Irreversible Processe. Darmstadt. Dr. Dierrich Steinkopff Verlag. 1963)
  21. Роулинсон Дж., Уидом Б. Молекулярная теория капиллярности. М.: Мир, 1986.
  22. Квасников И.А. Термодинамика и статистическая физика. Т. 1: Теория равновесных систем: Термодинамика. М.: Едиториал УРСС, 2002. 238 с.
  23. Михайлов И.Г., Соловьев В.Д., Сырников Ю.П. Основы молекулярной акустики. М.: Наука, 1964. 515 с.
  24. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Т. 7. Теория упругости. М.: Наука, 1987. 246 с.
  25. Седов Л.И. Механика сплошной среды. М.: Наука. 1970. Т. 1. 492 с.
  26. Сторонкин А.В. Термодинамика гетерогенных систем. Л.: Изд-во ЛГУ. Ч. 1 и 2. 1967. 447 с.
  27. Yang C.N., Lee T.D. // Phys. Rev. 1952. V. 87. P. 404.
  28. Хуанг К. Статистическая механика. M.: Мир, 1966. С. 1.
  29. Адамсон А. Физическая химия поверхностей. М.: Мир, 1979.
  30. Бартенев Г.М., Френкель С.Я. Физика полимеров. М.: Химия, 1990. 430 с.
  31. Дой М., Эдвардс С. Динамическая теория полимеров. M.: Мир, 1998. С. 1.
  32. Джейкок М., Парфит Дж. Химия поверхностей раздела фаз. М.: Мир, 1984. 270 с.
  33. Оно С., Кондо С. Молекулярная теория поверхностного натяжения. М.: Изд-во иностр. лит., 1963.
  34. Товбин Ю.К., Зайцева Е.С. // Журн. физ. химии. 2020 Т. 94. № 12. С. 1889.
  35. Грег С., Синг К. Адсорбция. Удельная поверхность. Пористость. М.: Мир, 1984. 310 с.

Declaração de direitos autorais © Ю.К. Товбин, 2023

Este site utiliza cookies

Ao continuar usando nosso site, você concorda com o procedimento de cookies que mantêm o site funcionando normalmente.

Informação sobre cookies