SURFACE THICKNESS WATER AND ETHANOL

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

A theoretical model is proposed that allows one to determine the thickness of the surface layer of liquid R(I) . For water and ethanol it turned out to be 1,1 nm. As a result, ethanol is unlimitedly soluble in water. Methyl acetate, benzene and toluene ( R(I) of above 1,4 nm) form azeotropic mixtures with water. Glycerol, nitrobenzene and mercury ( R(I) greater than 3 nm) are practically insoluble in water. From the proposed model, we can conclude that the surface layer of the liquid is a nanostructure with size effects. It is of interest that the thickness of the surface layer of water coincides with the thickness of the surface layer of iron, cobalt and nickel. The work of adhesion and elastic constants for water and ethanol, including Young’s modulus, were also found. It was established that the elasticity of water is only 100 times less than the elasticity of steel, i.e. water can be considered as an incompressible substance, and the internal friction in water is three times greater than in ethanol. It is also shown that the universal element of the geometry of spaces of liquid systems is the tetrahedron, which corresponds to sp 3 hybridization of interatomic or intermolecular bonds.

About the authors

Viktor M. Yurov

Karaganda Technical University named after A. Saginova

Email: exciton@list.RUS
Karaganda, Republic of Kazakhstan

Kanat N. Zhangozin

LP «TSK-Vostok»

Astana, Republic of Kazakhstan

References

  1. Thompson, M. Philosophy for Life (Teach Yourself) / M. Thompson. - John Murray Press, 2018. - 320 p.
  2. Бульенков, Н.А. Системно-структурное модульное обобщение кристаллографии связанной воды для изучения механизмов процессов в биосистемах на атомно-молекулярном уровне / Н.А. Бульенков // Кристаллография. - 2011. - Т 56. - № 4. - С. 729-746.
  3. Юров, В. М. Толщина поверхностного слоя, поверхностная энергия и атомный объем элемента / В. М. Юров, С. А. Гученко, В. Ч. Лауринас // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2018. - № 10. - С. 691-699. - doi: 10.26456/pcascnn/2018.10.691. - EDN YUNXRJ.
  4. Юров, В. М. Толщина поверхностного слоя атомарно-гладких кристаллов / В. М. Юров // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2019. - № 11. - С. 389-397. - doi: 10.26456/pcascnn/2019.11.389. - EDN TESWYB.
  5. Толщина поверхностного слоя и анизотропия поверхностной энергии кубических кристаллов рутения / В. М. Юров, В. И. Гончаренко, В. С. Олешко, С. А. Гученко // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2021. - № 13. - С. 522-533. - doi: 10.26456/pcascnn/2021.13.522. - EDN NYOWXN.
  6. Юров, В. М. Толщина поверхностного слоя каркасных углеводородов / В. М. Юров, В. С. Портнов, А. Д. Маусымбаева // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2022. - № 14. - С. 331-341. - doi: 10.26456/pcascnn/2022.14.331. - EDN XFTTZH.
  7. Tolman, R.C. The effect of droplet size on surface tension / R.C Tolman // Journal of Chemical Physics.- 1949. - V. 17. - I. 2. - P. 333-337. doi: 10.1063/1.1747247.
  8. Лаплас, П.С. Изложение системы мира / П.С. Лаплас. - Л.: Наука, - 1982. - 376 с.
  9. Русанов, А.И. Метод двух разделяющих поверхностей в термодинамике тонких пленок / А.И. Русанов // В книге: Поверхностные силы и граничные слои жидкостей; под ред. Б.В. Дерягина. - М.: Наука, 1983.- C. 152-159.
  10. Tsai, C.J. Theoretical study of the (H20)6 cluster / C.J. Tsai, K.D. Jordan // Chemical Physics Letters.- 1993. - V. 213. - I. 1-2. - P. 181-188. doi: 10.1016/0009-2614(93)85438-Т.
  11. Смирнов, А.Н. Новые структуры воды-эмулоны / А.Н. Смирнов // Химия и жизнь. - 2012. - № 12.- С. 36-39.
  12. Nilsson, A. Perspective on the structure of liquid water / A. Nilsson, L.G.M. Pettersson // Chemical Physics.- 2011. - V. 389. - I. 1-3. - P. 1-34. DOI::10.1016/j.chemphys.2011.07.021
  13. Игнатов, И. Математические модели, описывающие структуру воды / И. Игнатов, О.В. Мосин, Б. Великов // Интернет-журнал "НАУКОВЕДЕНИЕ". - 2013. - № 3 (16). - 25 c.
  14. Chen, M. Ab initio theory and modeling of water / M. Chen, H.-Yu. Ko, R.C. Remsing et al. // PNAS.- 2017. - V. 114. - № 41. - P. 10846-10851. doi: 10.1073/pnas.1712499114.
  15. Chaplin, M.F. Structure and properties of water in its various states / M.F. Chaplin. // In: Encyclopedia of Water: Science, Technology, and Society; ed. by P.A. Maurice. - John Wiley & Sons, 2019. - Р. 1-19. doi: 10.1002/9781119300762.wsts0002.
  16. Полянская, А.В. Связь явлений переноса с характеристиками кластерной структуры воды / А.В. Полянская, А.М. Полянский, В.А. Полянский // Журнал технической физики. - 2019. - Т. 89.- Вып. 6. - С. 958-964. doi: 10.21883/JTF.2019.06.47647.367-18.
  17. Urquidi, J. Origin of temperature and pressure effects on the radial distribution function of water / J. Urquidi, S. Singh, C.H. Cho, G.W. Robinson // Physical Review Letters. - 1999. - V. 83. - I. 12. - Р. 2348-2350. doi: 10.1103/PhysRevLett.83.2348.
  18. Poole, P.H. Phase-behavior of metastable water / P.H. Poole, F. Sciortino, U. Essmann, H.E. Stanley // Nature.- 1992. - V. 360. - Р. 324-328. doi: 10.1038/360324a0.
  19. Артемьев, В.Г. Электрические свойства воды. Новый взгляд / В.Г. Артемьев, А.А. Волков // Биофизика.- 2014. - Т. 59. - № 4. - С. 636-640.
  20. Wanga, Y. Effect of magnetic eld on the physical properties of water / Y. Wanga, H. Weia, Zh. Lia // Results in Physics. - 2018. - V. 8. - Р. 262-267. doi: 10.1016/j.rinp.2017.12.022.
  21. Beauvais, F. Memory of water and blinding / F. Beauvais // Homeopathy. - 2008. - V. 97. - I. 1. - Р. 41-42. doi: 10.1016/j.homp.2007.10.001.
  22. Maheshwary, S. Structure and stability of water clusters (H2O)n, n=8-20: an ab initio investigation / S. Maheshwary, N. Patel, N. Sathyamurthy et al. // The Journal of Physical Chemistry A. - 2001. - V. 105.- I. 46. - Р. 10525-10537. doi: 10.1021/jp013141b.
  23. Liu, Y. Geometries and energetics of methanol-ethanol clusters: a VUV laser/time-of-flight mass spectrometry and density functional theory study / Y. Liu, S. Consta, F. Ogeer et al. // Canadian Journal of Chemistry. - 2007. - V. 85. - № 10. - P. 843-852. doi: 10.1139/V07-104.
  24. Buck, U. Structure and vibrational spectra of methanol clusters from a new potential model / U. Buck,J.-G. Siebers, R.J. Wheatley // The Journal of Chemical Physics. - 1998. - V. 108. - I. 1. - P. 20-32. doi: 10.1063/1.475361.
  25. Jorgensen, W.L. Optimized intermolecular potential functions for liquid alcohols / W.L. Jorgensen // The Journal of Physical Chemistry. - 1986. - V. 90. - I. 7. - P. 1276-1284. doi: 10.1021/j100398a015.
  26. Shi, Y.J. A 118 nm vacuum ultraviolet laser/time-of-flight mass spectroscopic study of methanol and ethanol clusters in the vapor phase / Y.J. Shi, S. Consta, A.K. Das et al. // The Journal of Chemical Physics. - 2002.- V. 116. - I. 16. - Р. 6990-6999. doi: 10.1063/1.1466467.
  27. Fanourgakis, G.S. A spectroscopic and computer simulation study of butanol vapors / G.S. Fanourgakis, Y.J. Shi, S. Consta, and R.H. Lipson // The Journal of Chemical Physics. - 2003. - V. 119. - I 13. - Р. 6597-6608. doi: 10.1063/1.1605384.
  28. Зимон, А.Д. Адгезия пленок и покрытий / А.Д. Зимон. - М.: Химия, 1977. - 352 с.
  29. Головин, И.С. Внутреннее трение и механическая спектроскопия металлических материалов / И.С. Головин. - М.: Изд. дом МИСиС, 2012. - 247 с.
  30. Андрижиевский, А.А. Механика жидкости и газа / А.А. Андрижиевский. - Минск: БГТУ, 2014.- 203 с.
  31. Царев, М.В. Генерация и регистрация терагерцового излучения ультракороткими лазерными импульсами / М.В Царев. - Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, - 2011. - 75 с.
  32. Холманский, А.С. Дихотомия правого и левого / А.С. Холманский // Квантовая Магия. - 2007. - Т. 4.- Вып. 3. - С. 3125-3131.
  33. Бульенков, Н.А. Функциональная модульная динамическая модель поверхностного слоя воды / Н.А. Бульенков, Е.А. Желиговская // Журнал физической химии. - 2006. - Т. 80. - № 10. - С. 1784-1805.
  34. Бульенков, Н.А. Роль поверхностного слоя водной субфазы в механизме самоорганизации текстур сульфидов металлов под ленгмюровским монослоем / Н.А. Бульенков, Е.А. Желиговская, В.В. Клечковская, Г.И. Ивакин // Кристаллография. - 2011. - Т. 56. - № 3. - С. 555-564.
  35. Желиговcкая, Е.А. Стеpжневые cтpуктуpы cвязанной воды: иx возможная pоль в cамооpганизации биологичеcкиx cиcтем и недиccипативной пеpедаче энеpгии / Е.А. Желиговcкая, Н.А. Бульенков // Биофизика. - 2017. - Т. 62. - № 5. - С. 837-845.
  36. Желиговская, Е.А. Структурные механизмы фазовых переходов водных льдов II, IV И V в метастабильный лед Ic при атмосферном давлении / Е.А. Желиговская // Журнал физической химии.- 2023. - T. 97. - № 1. - С. 13-20. DOI: doi: 10.31857/S0044453723010399.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).