CC BY
3МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ
СПЕКТРОСКОПИЯ МАНДЕЛЬШТАМ-БРИЛЛЮЭНОВСКОГО РАССЕЯНИЯ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ С ОСОБОЙ ТОЧКОЙ
Сабиров Л.М.3, Бункин Н.Ф.1,2, Семенов Д.И.3, Исмаилов Ф.Р.3, Хайдаров Х.С.3, Хасанов М.А.3
1 Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, 105005 Москва, Россия, 2-я Бауманская ул., д. 5, стр. 1 2Институт общей физики РАН им. А.М. Прохорова, 119991 ГСП-1, Москва, Россия, ул. Вавилова, д. 38 3Институт инженерной физики, Самаркандский государственный университет им. Ш. Рашидова, 140104 Самарканд, Узбекистан, Университетский бульвар, 15 leonard.sabirov@gmail.com
Методом спектроскопии рассеяния Мандельштама-Бриллюэна исследованы акустические параметры на частоте гиперзвука (скорость распространения и коэффициент поглощения, адиабатическая сжимаемость) в водных растворах неэлектролитов с особой точкой.
Экспериментальное изучение адиабатической сжимаемости Р3 растворов 4-метилпиридина (4МП) в широком интервале изменения температуры раствора и концентрации неэлектролита показали наличие минимума адиабатической сжимаемости, обусловленного микронеоднородным строением раствора при концентрации 4МП х=0.06 мольных долей.
Приведены результаты экспериментального исследования поглощения гиперзвука в растворах ацетон + вода и 3-метилпиридин + вода. Проведен анализ полученных в эксперименте данных с позиций теории рассеяния высокочастотного звука вблизи критической точки (И.А. Чабан) и теории фазовых переходов второго рода Л.Д. Ландау. В рамках этих теорий наблюдаемые в эксперименте особенности поведения коэффициента поглощения гиперзвука в окрестности особой точки объяснены существованием в растворе двух различных состояний с минимумом термодинамической стабильности.
Представленные результаты исследования адиабатической сжимаемости водных растворов 4МП на гиперзвуковой частоте позволили экспериментально установить границы существования (в координатах «температура-концентрация») различных фаз, характеризующихся различной структурной организацией компонентов раствора. Переход между разными структурами может осуществляться либо за счет изменения температуры раствора (при фиксированной концентрации), либо за счет изменения концентрации раствора (при фиксированной температуре).
Данные об адиабатической сжимаемости растворов, измеренные на гиперзвуковой частоте, служат экспериментальным свидетельством существования непрерывной сетки водородных связей в чистой воде и в водных растворах в определенном интервале температур и концентраций. Вариация концентрации неэлектролита приводит к переходу сетки из недеформированного состояния (низкие концентрации) в деформированное состояние с последующим разрушением (фрагментацией) с ростом концентрации молекул неэлектролита.
Наличие дополнительного минимума адиабатической сжимаемости при концентрации особой точки (0.06 м.д.) на гиперзвуковой частоте и его отсутствие для сжимаемости, измеренной на ультразвуковой частоте, указывают на то, что в особой точке существует дополнительный механизм «упрочнения» локальной структуры раствора за счет фазового перехода структурного типа на масштабах порядка 10-12 нм.
В растворах ацетон-вода и ЗМП-вода избыточное спектральное уширение компонент тонкой структуры спектра рассеянного света в окрестности особой точки обусловлено взаимодействием адиабатических флуктуаций плотности с флуктуациями параметра порядка, что приводит к росту затухания гиперзвука вследствие его некогерентного рассеяния на флуктуациях параметра порядка. Динамика флуктуаций вблизи температуры особой точки описывается теорией Ландау фазовых переходов второго рода с критическим индексом обобщенной восприимчивости у = 1.
