Analysis of a Thermodynamic Determination of the Surface Tension of a Two-Component Vapor–Liquid System

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

A numerical analysis is performed of a thermodynamic determination of the surface tension (ST) of a vapor–liquid binary mixture and interfacial tension (IT) between two liquid phases as the excess value of free energy ΔF of a two-phase system with and without for a phase boundary. Calculations are made in the simplest version of the lattice gas model (LGM), allowing for the interaction of nearest neighbors in a quasi-chemical approximation. Each node of a two-component mixture in the LGM system can be occupied by mixture components A + B and vacancy V. The two main ways of calculating ST, expressed in terms of different partial contributions Miq to excess free energy ΔF (where i = A, B, V are vacancies; 1 ≤ q ≤ κ, q is the number of the monolayer inside the boundary; and κ is its width), are compared, as are calculations of ST and IT as excess free energy ΔF for a lattice model with no vacancies. The ambiguity of ST and IT values depending on the type of Miq functions is obtained by calculating the temperature dependence for a flat boundary and the dependence of ST and IT on droplet size at a fixed temperature. The role of vacancies in the LGM as the main mechanical characteristic of the system under the condition of strict phase equilibrium in three equilibria (mechanical, energy, and chemical) is discussed.

About the authors

E. S. Zaitseva

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

Email: tovbinyk@mail.ru
119991, Moscow, Russia

Yu. K. Tovbin

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

Author for correspondence.
Email: tovbinyk@mail.ru
119991, Moscow, Russia

References

  1. Зайцева Е.С., Товбин Ю.К. // Журн. физ. химии. 2022. Т. 96. № 10. С. 1411.
  2. Гиббс Дж. В. Термодинамика. Статистическая механика. М.: Наука, 1982. 584 с.
  3. Оно С., Кондо С. Молекулярная теория поверхностного натяжения. М.: Изд-во иностр. лит., 1963. [S. Ono and S. Kondo, Molecular Theory of Surface Tension in Liquids (Springer, Berlin, 1960; Inostr. Liter., Moscow, 1963].
  4. Русанов А.И. Фазовые paвновесия и поверхностные явления. Л.: Химия, 1967. 387 с.
  5. Адамсон А. Физическая химия поверхностей. М.: Мир, 1979. 568 с.
  6. Джейкок М., Парфит Дж. Химия поверхностей раздела фаз. М.: Мир, 1984. 269 с.
  7. Роулинсон Дж., Уидом Б. Молекулярная теория капиллярности. М.: Мир, 1986. [J. Rowlinson and B. Widom, Molecular Theory of Capillarity (Oxford Univ., Oxford, UK, 1978).]
  8. Щукин Е.Д., Перцов А.В., Амелина Е.А. Коллоидная химия. М.: Высш. школа, 1992. 416 с.
  9. 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)
  10. Товбин Ю.К. // Журн. физ. химии. 2022. Т. 96. № 11. С. 1547.
  11. Lane J.E. // Austr. J. Chem. 1968. V. 21. P. 827.
  12. Пиотровская Е.М., Смирнова Н.А. // Коллоидн. журн. 1979. Т. 41. С. 1134.
  13. Товбин Ю.К. // Там же. 1983. Т. 45. № 3. С. 707.
  14. Окунев Б.Н., Каминский В.А., Товбин Ю.К. // Там же. 1985. Т. 47. № 6. С. 1110.
  15. Смирнова Н.А. Молекулярные растворы. Л.: Химия, 1987. 334 с.
  16. Товбин Ю.К. // Журн. физ. химии. 1992. Т. 66. № 5. С. 1395.
  17. Товбин Ю.К. // Там же. 2018 Т. 92. № 12. С. 1902.
  18. Товбин Ю.К. // Там же. 2019. Т. 93. № 9. С. 1311.
  19. Фишер И.З. Статистическая теория жидкостей. М.: ГИФМЛ, 1961. 280 с.
  20. Крокстон К. Физика жидкого состояния. М.: Мир, 1979. (Croxton C.A. Liquid State Physics – A Statistical Mechanical Introduction. Cambridge Univer. Press. Cambridge. 1974.)
  21. Жуховицкий Д.И. // Коллоидный журнал. 2003. Т. 65. № 4. С. 480.
  22. Arinshteyn E.A. // J. Stat. Phys. (2011) 144: 831-845.https://doi.org/10.10077/s10955-011-0275y
  23. 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).
  24. Хуанг К. Статистическая механика. М.: Мир, 1966. 520 с. (Huang K. Statistical mechanics. N.Y.: Wiley H. & Sonds, Inс. 1963)
  25. Товбин Ю.К. Теория физико-химических процессов на границе газ–твердое тело, М.: Наука, 1990.
  26. Yang C.N., Lee T.D. // Phys. Rev. 1952. V. 87. P. 404.
  27. Onsager L. // Ibid. 1944. V. 65. P. 117.
  28. Domb C. // Adv. Phys. 1960. V. 9. P. 149.
  29. Стенли Г. Фазовые переходы и критические явления. М.: Мир, 1973. 400 с.
  30. Паташинский А.З., Покровский В.П. Флуктуационная теория фазовых переходов. М.: Наука, 1975. 256 с.
  31. Ма Ш. Современная теория критических явлений. М.: Мир, 1980. 300 с.
  32. Глазов В.М., Павлова Л.М. Химическая термодинамика и фазовые равновесия. М.: Металлургия, 1981. 336 с.
  33. Товбин Ю.К. // Журн. физ. химии. 2016. Т. 90. № 7. С. 1059.
  34. Товбин Ю.К., Рабинович А.Б. // Изв. Академии наук. Сер. хим. 2009. № 11. С. 2127.
  35. Товбин Ю.К., Рабинович А.Б. // Там же. 2010, № 4. С. 663.
  36. 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)
  37. Товбин Ю.К., Зайцева Е.С., Рабинович А.Б. // Журн. физ. химии. 2017. Т. 91. № 10. С. 1730.
  38. Ising E. // Zeits. f. Physik. 1925. B. 31. S. 253.
  39. Займан Дж. Модели беспорядка. М.: Мир, 1972. 592 с.
  40. Кривоглаз А.М., Смирнов А.А. Теория упорядочивающихся сплавов. М.: ГИФМЛ, 1958. 388 с.
  41. Муто Т., Такаги Ю. Теория явления упорядочения в сплавах. М.: ИЛ, 1959.
  42. Хачатурян А.Г. Теория фазовых переходов и структура твердых тел. М.: Наука, 1974. 384 с.
  43. Чеботин В.Н. Физическая химия твердого тела. М.: Химия, 1982. 320 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (42KB)
3.

Download (35KB)
4.

Download (35KB)
5.

Download (44KB)
6.

Download (47KB)
7.

Download (51KB)
8.

Download (58KB)

Copyright (c) 2023 Е.С. Зайцева, Ю.К. Товбин

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».