CC BY
3МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ
О КОНДЕНСАЦИИ И ИСПАРЕНИИ АЛКАНОЛОВ НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА ПРЕДЕЛЬНЫЙ УГЛЕВОДОРОД - ВОДА
Волков Ю.О.1'2. Тихонов А.М.3
ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН, Россия, 119333 Москва, Ленинский пр., 59 2Институт физики твёрдого тела РАН, Россия, 142432 Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 2 3Институт физических проблем РАН, Россия, 119334 Москва, ул. Косыгина, 2
e-mail: volkov.y@crys.ras.ru
Растворимую адсорбционную пленку одноатомного спирта (алканола) на межфазной границе предельный углеводород (алкан) - вода можно рассматривать как двумерную термодинами-ческую систему с параметрами (p,T,c), где p - давление, T- температура, и c- концентрация алканола в объеме растворителя [1]. В таких системах проявляется термотропный, баротропный либо лиотропный фазовый переход, характеризуемый формированием поверхностной пространственно-неоднородной структуры [2].
В настоящей работе методами рентгеновской рефлектометрии и незеркального рассеяния на син-хротронном источнике уточнена структура адсорбционных слоёв предельных одноатомных спиртов 1-додеканола (C12H25OH) и 1-тетракосанола (C24H49OH) на границах раздела н-гексан (C6H14) - вода и н-гексадекан (C16H34) - вода, соответственно, в области термотропного фазового перехода жидкость - пар. Отличительной особенностью этих плёнок является относительно низкая величина энтальпии перехода AH = —Tc A(öy/öT)pc, которая существенно зависит от отношения r = m/m0 числа атомов углерода в алканоле m к числу атомов углерода в молекуле растворителя m0 [3].
Измерения распределений зеркального отражения и рассеяния были получены на станции X19C синхротрона NSLS (X = 0.825±0.002 Ä). Система н-гексан - вода (T ~ 37 °C) была исследована при температурах 8 °C, 20 °C и 55 °C; система н-гексадекан - вода (T ~ 62 °C) — при температурах 51 °C, 53 °C и 82 °C соответственно. Для анализа экспериментальных данных был применён комбинированный безмодельный подход в рамках теории возмущений [4]. Полученные безмодельные данные о поперечном распределении электронной плотности p(z) и спектрах высот шероховатостей интерфейсов C(v) существенно отличаются от параметров, предложенных ранее для данных систем на основе модельного подхода.
В низкотемпературной мезофазе адсорбционная пленка состоит из монослоя Гиббса, переходного жидкого слоя толщиной в два-три монослоя ~ 50 Ä и протяженного (шириной до ~ 200 Ä) слоя мицелл. Присутствие мицеллярного слоя подтверждается фундаментальным расхождением реального спектра шероховатостей C(v) от предсказаний модели капиллярных волн. Также установлено наличие плоскости наименьшего сближения мицеллярного слоя с адсорбционной пленкой на границе раздела.
Переход в высокотемпературную мезофазу сопровождается разжижением и частичным испарением пленки алканола с границы раздела, а также наблюдаемым истощением мицеллярного слоя до полного его исчезновения. В то же время газовая фаза в чистом виде не реализуется, что, по-видимому, обусловлено малым значением энтальпии перехода C12OH (AH ~ 0.05 мДж/м2) и, соответственно, широким переходным интервалом AT, приводящим к формированию смеси доменов низко- и высокотемпературной мезофаз.
Теоретическая часть работы выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда
(проект № 23-12-00200).
[1] K. Motomura, N. Matubayasi, M. Aratono, R. Matuura, Thermodynamic studies on adsorption at interfaces. II. One surface-active component system: Tetradecanol at hexane/water interface // J. Colloid Interface Sci. 64(2), 356-361 (1978). [2] S. Uredat,
G.H. Findenegg, Domain formation in Gibbs monolayers at oil/water interfaces studied by Brewster angle microscopy // Langmuir
15(4), 1108-1114 (1999). [3] A.M. Tikhonov, M.L. Schlossman, Vaporization and layering of alkanols at the oil/water interface // J. Phys.: Condens. Matter 19, 375101 (2007). [4] I.V. Kozhevnikov, L. Peverini, E. Ziegler, Development of a self-consistent free-form approach for studying the three-dimensional morphology of a thin film // Phys. Rev. B 85, 125439 (2012).
