Научная статья на тему 'Зависимость толщины тонких водных плёнок в капиллярах, заполненных раствором CuSO4 и октаном, от напряжения электрического поля'

Зависимость толщины тонких водных плёнок в капиллярах, заполненных раствором CuSO4 и октаном, от напряжения электрического поля Текст научной статьи по специальности «Физика»

CC BY
107
34
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
КАПИЛЛЯРНОСТЬ / РАСТВОР СУЛЬФАТА МЕДИ / ОКТАНОВАЯ КОЛОНКА / ВОДНАЯ ПЛЁНКА / ПРЯМОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ / ТОЛЩИНА ПЛЁНКИ / CAPILLARY / COPPER SULFATE SOLUTION / OCTANE COLUMN / WATER FILM / DIRECT ELECTRIC FIELD / FILM THICKNESS

Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы — Богачёв Дмитрий Александрович, Тихомолов Дмитрий Всеволодович, Тихомолова Ксения Петровна

Работа выполнена при финансовой поддержке программы Президента РФ «Ведущие научные школы» (проект НШ грант № 3020.2008.3). Исследовано явление увеличения под действием постоянного электрического поля толщины тонкой (единицы-сотни нм) водной плёнки, находящейся у внутренней поверхности стеклянного капилляра, заполненного раствором CuSO4 и одной каплей октана вформе столбика. Особенность зависимости отражается внеизменности толщины плёнки до некоторого напряжения (U*), зависящего от радиуса капиллярови протяжённости столбика, и активном росте при напряжении больше U*. Делаются заключения об отражении вэкспериментах особого состояния воды вплёнках при U U*. В обсуждение привлекается также опубликованная гипотеза о причине поведения плёнок в капилляре под током. Библиогр. 22 назв. Ил. 4.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по физике , автор научной работы — Богачёв Дмитрий Александрович, Тихомолов Дмитрий Всеволодович, Тихомолова Ксения Петровна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Features of dependence of thin water films thickness of capillaries filled with solution CuSO4 and octane on electric field tension

The increase phenomenon of thickness of thin water film which is located at internal surface of a glass capillary filled with solution CuSO4 and one octane drop in the form of a column under direct electric field influence is investigated. The feature of dependence is reflected in constancy of film thickness up to some tension (U*), dependent on a capillary radius and column length, and active growth at tension more U*. The conclusions concerning the influence of a special state of water in films at U U* in experiments are made. The hypothesis published on the reasons of film behavior in the capillary energized is also involved in the discussion.

Текст научной работы на тему «Зависимость толщины тонких водных плёнок в капиллярах, заполненных раствором CuSO4 и октаном, от напряжения электрического поля»

Сер. 4. 2009. Вып. 2

ВЕСТНИК САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

УДК 54.148+537.228

Д. А. Богачёв, Д. В. Тихомолов, К. П. Тихомолова

ЗАВИСИМОСТЬ ТОЛЩИНЫ ТОНКИХ ВОДНЫХ ПЛЁНОК В КАПИЛЛЯРАХ, ЗАПОЛНЕННЫХ РАСТВОРОМ CuSO4 И ОКТАНОМ, ОТ НАПРЯЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ *)

Введение. Настоящая работа входит в проводимые на кафедре в течение многих лет комплексные исследования по проблеме изучения изменения свойств (параметров) смачивающих водных плёнок в гидрофильных капиллярно-пористых телах, заполненных двумя флюидами - водным раствором электролита и неполярным флюидом (газом или жидкостью, не имеет значения) при наложении на данные капиллярно-пористые тела внешнего (от внешнего источника) постоянного электрического поля (ВЭП). В подавляющем количестве лабораторных экспериментов рабочая система состояла из стеклянного капилляра, заполненного водным раствором различных хлоридов щелочных металлов и одной дисперсной частицей неполярного флюида в виде столбика длиной (1С) от единиц до десяти внутренних диаметров капилляра (¿к). В силу гидро-фильности стекла между цилиндрической поверхностью столбика неполярного флюида и внутренней поверхностью капилляра находилась тонкая плёнка водного раствора. Данная система применяется во всех работах по изучению поведения фаз прямой эмульсии в гидрофильном капилляре, в которых содержатся количественные теоретические разработки (независимо от природы силового поля - электрическое или поле давления) [1-11].

В наших публикациях многократно фиксировалось внимание на факт значительного увеличения толщины указанной плёнки воды Т) при наложении на систему ВЭП [7, 9-11]. В работах [7, 9, 10] была предложена и теоретически разрабатывалась гипотеза причин данного феномена вне столбика.

Подчеркнём, что во всех ранее приведённых результатах эксперимента в качестве электролита использовались неорганические соли с индифферентными по отношению к стеклу катионами ^+, ^+, К+, Сз+) [6, 7, 9, 10]. Цель постановки настоящей работы - получение экспериментальных данных по изменению под воздействием ВЭП толщины плёнки водного раствора соли со специфически адсорбирующимся на стекле катионом и их анализ с позиций классических коллоидно-химических представлений о свойствах граничных слоёв воды. В настоящей работе в качестве такого катиона был выбран Си2+, для которого характерно образование с активными центрами поверхности силикатов (стекла, кварца) весьма устойчивых координационных соединений [12, 13].

Экспериментальная часть. Для работы были выбраны водные растворы Си804, как полярные флюиды, и октан, как неполярный флюид. Удельная электропроводность растворов СиБ04 (%у) - 0,740-0,750 и 1,40-1,50 См/м (концентрации « 0,1 и 0,22 М/л). Для её определения был применён стандартный кондуктометрический

*) Работа выполнена при финансовой поддержке программы Президента РФ «Ведущие научные школы» (проект НШ грант № 3020.2008.3).

© Д. А. Богачёв, Д. В. Тихомолов, К. П. Тихомолова, 2009

метод с использованием макроячейки (кондуктометр «Анион 410»). Рабочая ячейка (рис. 1) состояла из тонкостенного стеклянного капилляра, включающего раствор СиБ04 и один столбик октана. Радиусы рабочих капилляров (тк) варьировали от 85 до 170 мкм, длина (¡к) - 12-24 см. В качестве электродов была выбрана медная проволока. Капилляр заполняли флюидами аналогично описанному ранее [15].

Основная часть экспериментов сводилась к получению вольтамперных кривых методом ступенчатого изменения напряжения, стабилизированного в течение определённого времени на каждой ступени. Напряжение (Ик) на клеммах стабилизированного источника питания Б5-49 контролировали вольтметром В7-46/1. Величину Ик варьировали в пределах 3-90 В, причём до 30 В напряжение изменяли с шагом 3 В, а от 30 до 90 В - с шагом 5 В. Заполненный капилляр подключался последовательно в электрическую цепь, но первоначально источник питания в ней был выключен на время порядка 30-90 мин и только затем цепь замыкали. Выбор времени определялся оценкой роли строения плёнки перед наложением поля и времени, за которое заканчивались первоначально сильные изменения (колебания) строения исходной плёнки [11].Также выдерживалось время стабилизации I на каждой ступени. Последнее время стабилизации было выбрано на основе предварительных опытов по наблюдению кинетики выхода на плато кривой зависимости силы тока от времени, начиная от момента включения напряжения данной величины (« ступени) до практически фиксируемого выхода на плато. В наших экспериментах время стабилизации было выбрано равным 30 с для всех ступеней (аналогично тому, как это описано, в наших предыдущих статьях [11]) **).

Во всех экспериментах по получению вольтамперных кривых использовался только «закрытый тип установки», то есть тип, при котором в любой её части суммарный поток через поперечное сечение был равен 0 (система «герметизирована»). При применении рекомендуемого нами в [11] вида закрытой ячейки (с введением электродов прямо в капилляр) к выбранной сейчас системе возникали сложности как при работе при малых напряжениях, так и при больших. Основной недостаток применения этого вида закрытой установки к нашему случаю заключался в том, что при работе с напряжением ниже 40-45 В оно может оказаться ниже ^р (^р - значение Ик, при котором резко увеличивается угловой коэффициент зависимости ^ = ](Ик) - отражено на всех рисунках, представленных ниже). В итоге при работе при низких Ик мы теряли важную количественную информацию об особенностях свойств водной плёнки, имеющей в своём составе специфически адсорбирующийся катион. При больших Ц на результаты с большой вероятностью накладывалось влияние побочного процесса - прохождение электродных реакций. Роль этого процесса, очевидно, значимо уменьшается при удалении электродов в достаточно большие буферные ёмкости, что позволяет увеличить верхний предел рабочего Ик. Как следует из приведённых ниже результатов, увеличение предела рабочего значения Ик сейчас являлось необходимым. К сказанному добавим, что визуальное наблюдение раствора СиБ04 в паре с Си-электродом не даёт столь явной информации о появлении продуктов электродных реакций, как в случае исследованной в [11] паре Р^или Си)-электрод- раствор ^С1. Можно было надеяться, что в системе «Си2+-Си-электрод» влияние электродных реакций может быть слабее,

**) Укажем, что в действительности при малых Vк изменение Тк во времени в несколько секунд (~ продолжительности ступени) было настолько малым, что величина Тк здесь воспринималась как постоянная в пределах погрешности её измерения. Однако, как было продемонстрировано в [11], при длительном времени наложения ВЭП на данной ступени рост Тк мог продолжаться существенно дольше, чем в течение 30 с, и в конечном итоге равновесная величина Тк могла оказаться значимо больше, чем полученная при 30 с включения ВЭП [11].

о

сл

Рис. 1. Схема модели системы и рабочей установки для получения вольтамперных кривых (а) и электроосмотических измерений (б):

1 — капилляр, 2 — столбик октана, 3 — буферные ёмкости («кресты»), 4 ~ электроды, 5 — контрольно-измерительные капилляры в электроосмотической установке, А — амперметр, V — вольтметр; М — микроскоп

V* в

Рис. 2. Иллюстрация лабильности системы:

система 55: с = 0,1 М/л, Тк = 147 мкм, 1С = 814 мкм, Тк = 20,6 см; кривые 1, 2, 3 — результаты трёх циклов; кривая 4 — среднее из результатов циклов 2 и 3; цифры у кривых — значения Tf при Пк = 85 В

чем <^а+-Р^электрод» и верхний допустимый предел значения Пь, даже при использовании ячейки, рекомендованной в [11], выше, чем 40-45 В.

В настоящей работе электроды вводились не прямо в капилляр, как в [11], а в «буферные ёмкости» (рис. 1а). Последние имели форму стеклянных крестов круглого сечения диаметром около 1 см, заполненных водным раствором того же электролита, что и находящийся в капилляре.

Во многих работах ранее [16] нами использовались «открытые» установки (добавление к основной схеме установки рис. 1б). Сейчас наша установка отличалась тем, что измерительные капилляры были заменены пробками (система герметизирована). Установка с измерительными капиллярами также использовалась в нашей работе, но в экспериментах по определению величины электрокинетического потенциала на границе октан-раствор СиБ04 (£,°ш) [14]. Для определения электрокинетического потенциала границ раздела стекло-водные растворы СиБ04 (£°ш) применялся стандартный метод микроэлектрофореза в плоскопараллельной ячейке.

Недостатки в виде, применённом нами в настоящей работе: 1) сложность точного обеспечения равных уровней всех частей рабочей системы; что обусловливало относительно высокую лабильность параметров плёнки под током (иллюстрация на рис. 2), более высокую, чем при использовании ячейки, рекомендованной в [11], но значимо меньшую, чем при работе с открытой ячейкой [14]; 2) сложность

теоретически точного построения электрического поля во всём рабочем пространстве между электродами (что крайне желательно при разработке теории).

Радиус капилляра определялся кондуктометрически ***). Применённый нами кон-дуктометрический метод базировался на измерении силы тока (I) при капилляре, заполненном только соответствующим раствором СиБ04. Применив закон Ома в записи, разрешённой относительно тf, учитывающей геометрию проводящего канала в рабочей ячейке, использовав определённое указанным выше методом значение электропроводности свободного раствора, имеем следующую формулу расчёта ть:

1

где 1в ; - расстояние от кончика электрода до центра креста в его вертикальном колене; тв 1 - радиус этого же вертикального колена креста; нижний индекс г = 1 ~ правому кресту; г = 2 - левому; 1г 1, тг 1 - расстояния от кончика рабочего капилляра до центра креста в его горизонтальном колене, радиус этого колена, соответственно (рис. 1). В этом случае погрешность расчёта ть около (0,5 + 1,0) %. Остановимся ещё на следующих двух условиях по отношению к радиусу капилляра, заложенным в гипотезе, а именно, условие неизменности поперечного сечения капилляра по его длине и условие круговой формы поперечного сечения. Выполнение обоих условий контролировали с помощью микрометрической шкалы микроскопа, они практически выполнялись с большой степенью точности. Так, наибольшее значение Дть/¡ь было равно 10~5.

Капилляр заполняли флюидами аналогично описанному ранее [15].

С каждой системой проводили несколько циклов измерений: 1 цикл - первое (после сборки системы) замыкание цепи и получение вольтамперной кривой, цепь размыкали на 30-90 мин, причём схему не разбирали, снова включали источник тока и получали вольтамперную кривую цикла 2, далее следовало повторение действий: разрыв цепи на 30-90 мин, включение источника тока, получение вольтамперной кривой - цикл 3 и т. д.). Так же, как и в случае индифферентных электролитов [11], вольтамперные кривые, полученные здесь, часто не совпадали между собой в точности. Ниже при представлении иллюстративных данных приводятся примеры кривых, полученных при работе с приведённой системой и соответствующих средним значениям тf (/(Пь)) и в циклах.

Из полученной в опыте с каждой данной рабочей системой зависимости I = /(Пь) с помощью приводимой ниже формулы (1) [9, 10] рассчитывали «реальные» осуществляющиеся в ней значения толщины плёнки при всех применённых в работе напряжениях:

Цк ____________2__________?’к - Г{_______________| ¿с - 2(гк - Г{) | ¿к - /с т

1 ЪКу/г1 - (гк - ^)2 Ь л/'к - (?’к - »’г)2 XVII[»к - (»’к - ^)2]

где ¡с - длина столбика.

Результаты и их обсуждение. Перейдём к качественному анализу полученных в эксперименте кривых зависимости тf = /(Пь), относящихся к той и другой концентрации электролита.

***) Первоначально для определения т^ мы пользовались микроскопом, снабженным микрометрической шкалой. Однако погрешность определения (+4 мкм ) оказалась недопустимо большой. Поэтому этот метод использовался редко и только как дающий первую «прикидочную» оценку т^.

ть =

К—---------

2

Е

1=\

''В 1

7Г~

+

‘'Г 1

12“

¡

Рис. 3. Иллюстрация влияния на величины Цф длины столбика и радиуса капилляра:

длина столбика — кривые 1, 2, радиуса капилляра — кривые 1 и 3; параметры кривой 1 — Тк = 110 мкм, 1с =407 мкм, ¡к = 23 см; кривой 2 — т^ = 101 мкм, ¡с = 943 мкм, ¡к = 23 см; кривой 3 — т^ = 85 мкм, ¡с = 555 мкм, ¡к = 24 см

1. Концентрация СиБ04 - 0,1 М/л.

Отметим следующие наиболее яркие особенности, имевшие место в значительном количестве случаев (~ 70 %) (рис. 2, 3):

а) в области «малых» напряжений вплоть до некоторого значения (Ц;р) толщина плёнки во всех рабочих системах была очень малой. Как правило, она не превышала 1 нм, редко достигала 1-3 нм. Здесь она не изменялась сколько-нибудь монотонно (колебалась около некоторого малого среднего). Заметим, что соответствующие им значения силы тока ниже достоверности измерения, указанной в паспорте вольтамперметра, - 10 нА;

б) по достижении ик, соответствующего данной системе значения (Цф), угловой коэффициент зависимости тf = ](Цк) быстро увеличивался;

в) при «средних» Цк в большом числе случаев наблюдался активный рост тf. Толщина плёнок при больших Цк достигала десятков-сотен нм;

г) вблизи к наибольшим Цк (80-90 В) просматривается тенденция стремления величины тf к пределу;

д) кривые, соответствующие результатам, полученным в разных циклах системы, расходились существенно в области средних значений Цк, при наибольших значениях ик величины тf разных циклов сближались (были равны с точностью погрешности эксперимента и расчёта).

г, нм 1000 -900 -800 -700 -600 -500 -400 -300 -200 -100 -0

Рис. 4- Иллюстрация лабильности систем, влияния 1С на Ц^, близости значений Т{ тах независимо от 1С:

кривые 1 —4 — результаты 4-х циклов на системе 62; 5 — среднее из 4-х; параметры системы 62 — Гк = 123 мкм, ¡С = 1036 мкм, ¡к = 23 см; кривая 6 — система 64,

Гк = 115 мкм, ¡С = 684 мкм, ¡к = 23 см

В ряде же случаев (~ 30 %) при Vк > Цпер рост величины тf, хотя и происходил, но существенно более плавно и с меньшим угловым коэффициентом, чем в предыдущих случаях (иллюстрация двух вариантов хода кривых приведена на рис. 2).

2. Концентрация СиБ04 - 0,22 М/л (рис. 4).

Особенности вида кривых рассматриваемой зависимости тf = ](Цк) полностью совпадают с полученными при с = 0,1 М/л. Отличия проявлялись в том, что, во-первых, системы были заметно менее лабильными (кривые, отвечающие разным циклам в меньшей степени расходились между собой), во-вторых, изменение углового коэффициента зависимости ^ = f (Цк) в области Цк = Ц;р почти всегда скачкообразное, в-третьих, второй вариант зависимости ^ = ](Цк) (существенно более слабого увеличения ^ с ростом Цк) наблюдался значительно реже.

В обсуждение указанного характера изменения ^ по всей области рабочих значений Цк мы привлекаем полученные нами значения электрокинетических потенциалов на границах раздела фаз наших рабочих систем; оценки равновесных значений толщины плёнки в рамках модели теории ДЛФО (в отсутствие ВЭП) [17] и существующие в литературе оценки толщины обладающего крайне малой подвижностью граничного слоя воды ****), граничащего с кварцем (стеклом) и характера изменения по нормали

****) По сравнению с подвижностью стандартной воды (большого объёма).

20

40

к поверхности подвижности воды от таковой непосредственно у поверхности до значения, отвечающего стандартной воде. Все сведения, указанные в данном пункте, основаны на экспериментальных данных, полученных принципиально отличными от нашего методами [18-20].

Соответственно:

а) величина электрокинетического потенциала на границах: раствор СиБ04 - стекло (£™) при обеих концентрациях практически равна 0, раствор СиБ04 - октан (£™) (при обеих концентрациях) так же около 0;

б) равновесные значения толщины плёнки, рассчитанные по формулам теории ДЛФО [17] при полученных нами величинах электрокинетических потенциалов, не более 1-2 нм;

в) толщина «малоподвижного» слоя воды у поверхности вода-кварц (стекло), по оценкам большинства исследователей, занимавшихся данным вопросом, составляет несколько единиц нм (4-7). И, наконец, укажем, что в ряде публикаций приведены заключения о скачкообразном, и при этом значительным по величине, изменении подвижности воды при удалении от поверхности твердого тела вглубь раствора - от очень малой подвижности непосредственно в близи к поверхности до подвижности, характерной для стандартной жидкости.

Данных по оценкам структурно-механических свойств водных растворов неорганических электролитов у границ раздела с предельными углеводородами, по-видимому, нет. Есть только качественные предположения о наличии и в этом случае тонкого структурированного слоя [21].

Величины тf, рассчитанные нами по данным экспериментов для всех рабочих систем, относящиеся к области малых Цк, весьма близки к приведённым выше значениям, рассчитанным по теории ДЛФО (хотя, строго говоря, в экспериментах мы не задавались целью достижения до включения ВЭП равновесной толщины плёнки). Согласно [22], достижение строго равновесной плёнки может занять длительное время - много больше указанных выше 30-90 мин. Сейчас при сопоставлении мы акцентируем внимание на близости исходных в наших опытах и равновесных по ДЛФО значений тf.

Далее, принимая описанную выше картину изменения подвижности воды по нормали к поверхности стекла, мы пришли к заключениям, что, в отсутствие поля и при «малых» значениях Цк (до Цр) плёнка однозначно состоит не из стандартной воды, а представляет собой слой воды с очень малой подвижностью. Вывод о наличии поверхностного структурированного слоя воды в отсутствие и при малых напряжениях ВЭП согласуется с малым абсолютным значением (следствие ярко выраженной спо-

собности иона меди образовывать на силикатах прочные поверхностные соединения, имеющие молекулярные размеры [12, 13].

Из полученных в эксперименте зависимостей ^ = ](Цк) следует, что при Цк < Цр энергия потока в плёнку была недостаточна для разрушения в ней структуры *****), при Цк = Цр начинало происходить (или происходило скачкообразно) и, далее при Цк > Цр прогрессировало разрушение структуры аналогично разрушению чаще вязкопластичного, реже - упругого тела. Для того, чтобы при малых Цк на начальном этапе воздействия ВЭП любого данного напряжения (т. е. до установления равновесного значения ^ ~ данной ступени) вода из менисков вошла в плёнку со структурномеханическими свойствами, характерными для структурированного поверхностного

*****) В гипотезе наличие структуры полярного флюида в плёнке не заложено и, соответственно, здесь расчёт теоретических параметров неправомочен.

слоя, требовалась большая дополнительная сила (энергия) на разрушение структуры воды в ней.

Перейдём к анализу экспериментальных данных в отношении влияния основных переменных рабочей системы на величины характеристических переменных зависимости rf = f (Uk). Под последними мы подразумеваем Utp и rf max ~ rf области наибольших из заданных для эксперимента Uk (80-90 В).

Значимая лабильность поведения модельных эмульсий в капилляре, указанная выше в настоящей работе и неоднократно в предыдущих публикациях, сложность экспериментального получения рядов систем, которые различались бы величинами только одного параметра, весьма большая чувствительность расчёта rf к точности определения радиуса капилляра, а также многофункциональность зависимости rf = f (Uk) от основных переменных рабочей системы, - всё это обусловливает трудность анализа на сколько-нибудь строгом количественном уровне. Однако у нас нет сомнения, что приводимые ниже средние (по результатам, полученным во всех циклах в данной системе) значения rf соответствуют реальным и что анализ по влиянию основных геометрических переменных системы на величины rf m;n (~ области малых Uk), величины Utp и rf max с удовлетворительным приближением даёт количественно достоверную информацию.

Остановимся на зависимости значения Utp и rf max от геометрических параметров рабочих систем с обеими концентрациями CuSO4.

1. Концентрация 0,1 М/л:

а) значительное влияние на величину Utp оказывает протяжённость столбика неполярного флюида - 1с (рис. 3 - сравн. значения Uk в точках отрыва кривых 1 и 2 от оси абсцисс);

б) величина Utp тем больше, чем меньше радиус капилляра (иллюстрация на рис. 3 - значения Uk в точках отрыва кривых 1 и 3 от оси абсцисс);

в) системами, в которых различались бы только lk, мы, к сожалению, не располагаем. Однако если сравнивать величины Utp, относящиеся ко всем системам, то в качественном отношении нет сомнения, что величины Utp, в общем, заметно ниже при меньших lk, чем при больших;

г) ни значения rk, ни lc на величину rfmax не влияют (цифры у кривых рис. 2, 3 соответствующие наибольшим Uk). Как указывалось выше, мы наблюдали два характерных варианта значений rf max. Они колебались в пределах либо 60-100 нм (~ 30 % результатов), либо в пределах 700 до 900 нм (70 %). В обоих случаях выход за указанные пределы имел место, но очень редко. А именно, наблюдались значения приблизительно до 200 и 300 в первом и от 500 до 1100 нм во втором. Учитывая лабильность систем и сложность расчётов, мы считаем, что указанные различия rf max для каждого варианта лежат в пределах погрешности опыта и при получении значений rf max, входящих в приведённые пределы, мы считаем, что практически плёнки одной толщины (нельзя утверждать, что толщина сопоставляемых плёнок разная).

2. Концентрация 0,22 М/л:

а) зависимости Utp от lc, rk аналогичны, причём даже абсолютные значения Utp колеблются в тех же пределах (рис. 4);

б) значения rf min и rf max весьма близки к полученным с с = 0,1 М/л, но все же значения rf max несколько ниже (рис. 4, сравн. с рис. 2, 3).

Приведём значения: средних величин напряжённости ВЭП в области менисков (Em), значения напряжённости в плёнке (Ef) и величин характеристического параметра гипотезы, отражающего ориентационную составляющую диполя воды в электрическом

поле в рабочей системе (w) при Uk = 80-90 B 6*. Значения всех этих параметров практически не зависели от геометрических переменных рабочих систем.

В итоге, значения Em имели порядок 103 В/м, E¡ ~ 104 В/м; w ~ 10~2.

Заключение. Значения характеристических параметров структурно-механических свойств, в принципе, можно оценить, трансформируя стандартные методы анализа кривых зависимости «скорость - напор» в метод анализа зависимости rf = f (Uk ). Такой анализ позволяет косвенно определить коэффициент структурного сопротивления обсуждаемого граничного слоя. Отражённые в экспериментах с растворами CuSO4 факты нестандартного состояния воды дали нам основание сделать вывод, что изучаемый феномен может быть положен в основу нового эмпирического метода изучения свойств поверхностного структурированного слоя полярных жидкостей, граничащих с гидрофильным телом. При Uk > Utp в плёнке, наряду с данным неподвижным слоем, появляется слой стандартной воды, толщина которого увеличивается по мере увеличения Uk и при его «больших» значениях поступление воды в плёнку на начальном этапе воздействия ВЭП определялось законами гидродинамики истинно вязких жидкостей.

Литература

1. Faierbrther F., Stubbs A. Studies in electro-osmosis. The “bubble-tube” method of measurement // J. Chem. Soc. 1935. S. 527-529.

2. Bretherton F. P. The motion of long bubbles in tubes // J. Fluid Mechan. 1961. Vol. 10. P. 166-188.

3. Астраханцева Н. П., Усьяров О. Г. Исследование электроосмотического течения растворов электролитов в смачивающих плёнках // Поверхностные силы в тонких плёнках и устойчивость коллоидов: сб. статей. М., 1974. С. 155-163.

4. Schwarts L. W., Princen H. M., Kiss A. D. Motion of bubbles through a capillary // J. Fluid Mechan. 1986. Vol. 172. P. 259-275.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

5. Иванов В. И., Калинин В. В., Старов В. М. Фильтрационное движение капли в капилляре // Коллоидн. журн. 1991. Т. 53. № 1. C. 32-36.

6. Тихомолова К. П., Кокорина О. В., Возная Э. Е. Определение электрокинетических потенциалов на границе двух флюидов // Там же. 1993. Т. 55. № 3. С. 167-182.

7. Тихомолов Д. В. Возникновение градиентов давления в воде в нелинейном электрическом поле // Журн. прикл. химии. 1993. Т. 66. № 3. С. 519-524.

8. Тихомолова К. П., Сляднева О. Н. Движение длинных пузырьков в гидрофильном капилляре, обусловленное перепадом давления // Коллоидн. журн. 1997. Т. 59. № 6. С. 819-826.

9. Тихомолов Д. В., Сляднева О. Н. Увеличение гидравлического давления в областях гидрофильного капилляра, заполненного двумя флюидами, вызванное неоднородностью внешнего электрического поля // Журн. техн. физики. 1998. Т. 68. № 8. С. 24-30.

10. Tikhomolov D. V., Slyadneva O. N. Estimating the orientation component of stationary water dipoles in constant electric fields // Jnternat. J. of Multiphase Flow. 2002. Vol. 26. P. 1891-1903.

11. Тихомолова К. П., Богачёв Д. А. Влияние электрического поля на толщину тонких водных плёнок в модели прямой эмульсии в гидрофильном капилляре // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер.4: Физика, химия. 2008. Вып. 2. С. 91-99.

12. Цуканова В. М., Тихомолова К. П. Взаимодействия аква- и гидроксокомплексов ме-ди(П) с поверхностью кварца в водных растворах с различными рН // Коллоидн. журн. 1996. Т. 58. № 5. С. 697-703.

13. Тихомолова К. П., Уракова И. Н. Особенности взаимодействия катионов Co(II), Ni(II) и Cu(II) с поверхностью SiO2 в водных растворах с различными значениями рН // Журн. прикл. химии. 2002. Т. 75. Вып. 6. С. 913-919.

6*) Хотя при меньших Uk величина w закономерно падала, в силу указанных особенностей поверхностного слоя воды нет показаний, где начинают выполняться условия, заложенные в гипотезе.

14. Тихомолова К. П., Лузянина Т. В. Влияние природы растворителя и компонентов растворов на электрокинетические потенциалы границ раздела воздух - водные и формамидные растворы хлоридов щелочных металлов // Там же. 2004. Т. 77. Вып. 3. С. 391-398.

15. Возная Э. Е., Комиссарова А. Ю., Таевере Е. Д. и др. Исследование сопротивления системы: капля углеводорода - раствор электролита, находящийся в электрическом поле // Коллоидн. журн. 1980. Т. 42. № 4. С. 738-742.

16. Тихомолова К. П., Арндт Н. С., Тихомолов Д. В., Возная Э. Е. Исследование водных плёнок в системе стекло - вода - воздух (углеводород) в постоянном электрическом поле // Там же. 1990. Т. 52. № 6. С. 805-809.

17. Дерягин Б. В., Чураев Н. В., Муллер В. М. Поверхностные силы. М., 1985. 399 с.

18. Lyklema J., Overbeek J. Th. On the interpretation of electrokinetic potentials // J. Coll. Interf. Sci. 1961. Vol. 16. P. 501-512.

19. Алексеев О. Л., Овчаренко Ф. Д. Электроповерхностные явления и гидрофильность дисперсных систем. Киев., 1992. 169 с.

20. Тихомолова К. П. Электроосмос. Л., 1989. 247 с.

21. Тихомолова К. П., Возная Э. Е., Таевере Е. Д. О форме водной плёнки, расположенной между стеклом и предельным углеводородом, и её зависимости от природы углеводорода и электролита // Коллоидн. журн. 1983. Т. 45. № 2. С. 374-377.

22. Тихомолов Д. В., Возная Э. Е. Кинетика образования и устойчивость несимметричных водных плёнок в стеклянном капилляре // Там же. 1989. Т. 51. № 6. С. 1150-1155.

Принято к публикации 11 ноября 2008 г.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.