Нейтронні дослідження процесів самодифузії молекул у системі важка вода – гліцерин залежно від температури і концентрації

Нейтронні дослідження процесів самодифузії молекул у системі важка вода – гліцерин залежно від температури і концентрації

Методом квазіпружного розсіяння повільних нейтронів досліджено процеси самодифузії молекул гліцерину в розчині важка вода—гліцерин з концентрацією гліцерину 0,046 та 0,055 мольних часток в інтервалі температур 2—10 °С. Отримано значення загального коефіцієнта самодифузії та його одночастинкової і...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2018
Автори: Василькевич, О.А., Слісенко, В.І.
Формат: Стаття
Мова:Ukrainian
Опубліковано: Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2018
Назва видання:Доповіді НАН України
Теми:
Фізика
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/143433
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Нейтронні дослідження процесів самодифузії молекул у системі важка вода – гліцерин залежно від температури і концентрації / О.А. Василькевич, В.І. Слісенко // Доповіді Національної академії наук України. — 2018. — № 8. — С. 52-57. — Бібліогр.: 7 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-143433
record_format dspace
spelling irk-123456789-1434332018-11-03T01:23:15Z Нейтронні дослідження процесів самодифузії молекул у системі важка вода – гліцерин залежно від температури і концентрації Василькевич, О.А. Слісенко, В.І. Фізика Методом квазіпружного розсіяння повільних нейтронів досліджено процеси самодифузії молекул гліцерину в розчині важка вода—гліцерин з концентрацією гліцерину 0,046 та 0,055 мольних часток в інтервалі температур 2—10 °С. Отримано значення загального коефіцієнта самодифузії та його одночастинкової і колективної складових. Виявлено аномальну поведінку в їх температурній залежності: при Т = 3 °С і концентрації молекул гліцерину в розчині 0,046 мол. ч. спостерігається глибокий мінімум. При цьому час осілого життя молекул гліцерину в коливному стані значно зростає. Це можна пояснити тим, що молекули гліцерину при даній температурі та концентрації ефективно зв’язують молекули води, утворюючи комплекси і тим самим зменшуючи їх рухливість. Зі збільшенням концентрації молекул гліцерину вже до 0,055 мол.ч. інтенсивність дифузійних процесів різко зростає (на 40 %). Методом квазиупругого рассеяния медленных нейтронов исследованы процессы самодиффузии молекул глицерина в растворе тяжелая вода—глицерин при концентрации глицерина 0,046 и 0,055 мольных долей в интервале температур 2—10 °С. Получено значение общего коэффициента самодиффузии и его одночастичной и коллективной составляющих. Установлено аномальное поведение в их температурной зависимости: при Т = 3 °С и концентрации молекул глицерина в растворе 0,046 мол. д. наблюдается глубокий минимум. При этом время оседлой жизни молекул глицерина существенно возрастает. Это можно объяснить тем, что молекулы глицерина при данной температуре и концентрации эффективно связывают молекулы воды, образуя комплексы и тем самым уменьшая их подвижность. Изменение концентрации молекул глицерина уже до 0,055 мол. д. приводит к резкому увеличению (на 40 %) интенсивности диффузионных процессов. The results of studies of the selfdiffusion of glycerol molecules in a solution of heavy water-glycerol at two concentrations x = 0.046 molar fractions and x = 0.055 mol. f. in the temperature range 2-10 °С by the method of quasielastic scattering of slow neutrons are presented. The values of the total coefficient of self-diffusion and its oneparticle and collective components are obtained. Anomalous behavior has been revealed in their temperature dependence: at T = 3 °C and the solution concentration, especially at x = 0.046 mol. f., a deep minimum is observed. Herewith. the lifetime of glycerol molecules in the vibrational state increases substantially. This can be explained by the fact that glycerol molecules at a given temperature and concentration effectively bind water molecules, forming complexes and thereby reducing their mobility. The change in the concentration of glycerol molecules to 0.055 mol. f. leads to a sharp increase (by 40 %) in the intensity of diffusion processes. 2018 Article Нейтронні дослідження процесів самодифузії молекул у системі важка вода – гліцерин залежно від температури і концентрації / О.А. Василькевич, В.І. Слісенко // Доповіді Національної академії наук України. — 2018. — № 8. — С. 52-57. — Бібліогр.: 7 назв. — укр. 1025-6415 DOI: doi.org/10.15407/dopovidi2018.08.052 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/143433 539.21 uk Доповіді НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Ukrainian
topic Фізика
Фізика
spellingShingle Фізика
Фізика
Василькевич, О.А.
Слісенко, В.І.
Нейтронні дослідження процесів самодифузії молекул у системі важка вода – гліцерин залежно від температури і концентрації
Доповіді НАН України
description Методом квазіпружного розсіяння повільних нейтронів досліджено процеси самодифузії молекул гліцерину в розчині важка вода—гліцерин з концентрацією гліцерину 0,046 та 0,055 мольних часток в інтервалі температур 2—10 °С. Отримано значення загального коефіцієнта самодифузії та його одночастинкової і колективної складових. Виявлено аномальну поведінку в їх температурній залежності: при Т = 3 °С і концентрації молекул гліцерину в розчині 0,046 мол. ч. спостерігається глибокий мінімум. При цьому час осілого життя молекул гліцерину в коливному стані значно зростає. Це можна пояснити тим, що молекули гліцерину при даній температурі та концентрації ефективно зв’язують молекули води, утворюючи комплекси і тим самим зменшуючи їх рухливість. Зі збільшенням концентрації молекул гліцерину вже до 0,055 мол.ч. інтенсивність дифузійних процесів різко зростає (на 40 %).
format Article
author Василькевич, О.А.
Слісенко, В.І.
author_facet Василькевич, О.А.
Слісенко, В.І.
author_sort Василькевич, О.А.
title Нейтронні дослідження процесів самодифузії молекул у системі важка вода – гліцерин залежно від температури і концентрації
title_short Нейтронні дослідження процесів самодифузії молекул у системі важка вода – гліцерин залежно від температури і концентрації
title_full Нейтронні дослідження процесів самодифузії молекул у системі важка вода – гліцерин залежно від температури і концентрації
title_fullStr Нейтронні дослідження процесів самодифузії молекул у системі важка вода – гліцерин залежно від температури і концентрації
title_full_unstemmed Нейтронні дослідження процесів самодифузії молекул у системі важка вода – гліцерин залежно від температури і концентрації
title_sort нейтронні дослідження процесів самодифузії молекул у системі важка вода – гліцерин залежно від температури і концентрації
publisher Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate 2018
topic_facet Фізика
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/143433
citation_txt Нейтронні дослідження процесів самодифузії молекул у системі важка вода – гліцерин залежно від температури і концентрації / О.А. Василькевич, В.І. Слісенко // Доповіді Національної академії наук України. — 2018. — № 8. — С. 52-57. — Бібліогр.: 7 назв. — укр.
series Доповіді НАН України
work_keys_str_mv AT vasilʹkevičoa nejtronnídoslídžennâprocesívsamodifuzíímolekulusistemívažkavodaglícerinzaležnovídtemperaturiíkoncentracíí
AT slísenkoví nejtronnídoslídžennâprocesívsamodifuzíímolekulusistemívažkavodaglícerinzaležnovídtemperaturiíkoncentracíí
first_indexed 2025-07-10T17:09:24Z
last_indexed 2025-07-10T17:09:24Z
_version_ 1837280647837646848
fulltext 52 ISSN 1025­6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2018. № 8 ОПОВІДІ НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ © О.А. Василькевич, В.І. Слісенко, 2018 Воді притаманні досить незвичайні фізико­хімічні властивості порівняно з іншими ріди­ нами. Її термодинамічні характеристики істотно відрізняються від параметрів інших гід­ ридів. Аномальна поведінка води визначається наявністю водневих зв’язків. Ясно, що ці не­ звичайні властивості води відповідним чином трансформуються в процесі її взаємодії з ін­ шими речовинами і, зокрема, зі спиртами, яким також властиві водневі зв’язки, а тому їх молекули, у свою чергу, можуть утворювати складні структури в полярних і неполярних розчинах. Відомо, що водним розчинам спиртів малої концентрації (0,03—0,06) молярних часток (мол. ч.) притаманні певні особливості. У них оптичними методами досить давно було виявлено, крім “нормального” піка при 0,2—0,5 мол. ч. вмісту спирту, ще й так званий додатковий пік [1] при 0,03—0,05 мол. ч. з аномальною поведінкою. Нормальний пік добре вивчений, зумовлений він розсіянням світла на флуктуаціях концентрації, тоді як появу та природу аномальної температурної і концентраційної поведінки додаткового піка на сьо­ годні остаточно не встановлено. Тому наша мета полягала в дослідженні впливу температу­ ри і концентрації на динамічні властивості водного розчину гліцерину (триатомний спирт, doi: https://doi.org/10.15407/dopovidi2018.08.052 УДК 539.21 О.А. Василькевич, В.І. Слісенко Інститут ядерних досліджень НАН України, Київ E­mail: a.vas@i.ua, slisenko@kinr.kiev.ua Нейтронні дослідження процесів самодифузії молекул у системі важка вода—гліцерин залежно від температури і концентрації Представлено членом­кореспондентом НАН України В.І. Слісенком Методом квазіпружного розсіяння повільних нейтронів досліджено процеси самодифузії молекул гліцерину в розчині важка вода—гліцерин з концентрацією гліцерину 0,046 та 0,055 мольних часток в інтервалі температур 2—10 °С. Отримано значення загального коефіцієнта самодифузії та його одночастинкової і колективної складових. Виявлено аномальну поведінку в їх температурній залежності: при Т = 3 °С і концентрації молекул гліцерину в розчині 0,046 мол. ч. спостерігається глибокий мінімум. При цьому час осілого життя молекул гліцерину в коливному стані значно зростає. Це можна пояснити тим, що молеку­ ли гліцерину при даній температурі та концентрації ефективно зв’язують молекули води, утворюючи комплекси і тим самим зменшуючи їх рухливість. Зі збільшенням концентрації молекул гліцерину вже до 0,055 мол. ч. інтенсивність дифузійних процесів різко зростає (на 40 %) . Ключові слова: квазіпружне розсіяння повільних нейтронів, коефіцієнт самодифузії, одночастинкова і колективна складові коефіцієнта самодифузії, кластеризація, вода, гліцерин. ФІЗИКА 53ISSN 1025­6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2018. № 8 Нейтронні дослідження процесів самодифузії молекул у системі важка вода—гліцерин... С3Н5(ОН)3). Оскільки переріз розсіяння нейтронів на водні (протоні) у ~10—20 разів біль­ ший, ніж переріз розсіяння нейтронів на інших атомах, як розчинник була вибрана важка вода і застосовано метод квазіпружного розсіяння повільних нейтронів (КПРН). Це дало змогу отримати інформацію про динаміку головним чином молекул гліцерину, які містять вісім атомів водню. Метод квазіпружного розсіяння повільних нейтронів. Відмінність рідин від твердих тіл полягає в тому, що під час плавлення останніх стає можливим переміщення їх структур­ них частинок (атомів, молекул): класичні трансляційні рухи, загальмовані трансляції, за­ гальмовані обертання. Це зумовлює появу в спектрі розсіяних повільних нейтронів складо­ вої, яка є результатом взаємодії нейтронів з дифузійними рухами, і проявляється вона як розширення спершу монохроматичної лінії нейтронів, що падають на зразок. Ця так звана квазіпружна складова нейтронного спектра несе в собі інформацію про механізми самоди­ фузії молекул та її характеристики. Саме в залежності півширини квазіпружної лінії від квадрата переданого імпульсу ( 2( )E E Q∆ = ∆ ) міститься інформація про характеристики дифузії. У нейтронному експерименті час спостереження за дифундуючою частинкою зна­ ходиться в інтервалі від 10–10 до 10–13 с. І на краях цього інтервалу реалізуються умови, за яких проявляються відповідно або тільки повільні, або тільки швидкі рухи атомів чи моле­ кул. Це дає змогу розділити загальний коефіцієнт самодифузії D на дві складові: одночас­ тинкову (френкелівську) DF і колективну (лагранжову) DL. Отже, загальний коефіцієнт са­ модифузії можна подати у вигляді суми цих складових [2]: F LD D D= + . (1) Для інтерпретації квазіпружного розсіяння повільних нейтронів у рідинах запропоно­ вано багато моделей процесу дифузії. Нами аналіз експериментальних даних проводився відповідно до моделі дифузії Оскотського—Іванова [3], в якій у розрахунках перерізу КПРН найбільш повно була врахована динаміка дифундуючої частинки: коливання частинки біля центра тимчасової рівноваги, стрибки частинки з одного центра рівноваги в інший, дифузія центра рівноваги. У випадку, коли час осілого життя τ0 частинки значно більший за час стрибка τ1 частинки між центрами ( 0 1τ τ? ), що виконується для квазікристалічної рідини, закон КПРН згідно з цією моделлю має форму лоренціана [3] 2 2 2 1 ( , ) ( ) W E S Q e E − ∆ ε = π ε + ∆ (2) з півшириною E∆ : 2 2 2 0 0 2 2 1 1 ( ) W L L e E D Q Q D D −  ∆ = + −  τ + − τ   h h . (3) Тут 2We− — фактор Дебая—Валлєра; 0Q k k= − r rr — зміна імпульсу нейтрона при його роз­ сіянні; 0k r , k r — хвильовий вектор падаючого та розсіяного нейтрона відповідно. Розрахунки коефіцієнтів самодифузії D, DF, DL та часу осілого життя τ0 проводили у два етапи. Спочатку визначали півширину квазіпружних нейтронних спектрів залежно від Q2, тобто 2( )E Q∆ . Для цього експериментальні спектри КПРН апрокси мувалися методом 54 ISSN 1025­6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2018. № 8 О.А. Василькевич, В.І. Слісенко найменших квадратів функцією Лоренца (2) з урахуванням функції роздільної здатності спектрометра. Отримані залежності 2( )E E Q∆ = ∆ апроксимувалися виразом (3) також за допомогою методу найменших квадратів. При цьому DL і τ0 були підганяльними параметра­ ми. Детально метод КПРН та методика розрахунків описані в роботі [4]. Умови експерименту. Вимірювання спектрів КПРН проводили на багатодетектор­ ному нейтронному спектрометрі за часом прольоту [4] дослідницького ядерного реактора ВВР­М ІЯД НАН України. Для проведення експериментів початкова енергія падаючих на зразок нейтронів була вибрана рівною 13,2 меВ. Спектри розсіяних нейтронів вимірюва­ лися у діапазоні кутів 25,1—86,1°, що відповідає зміні переданого імпульсу 1,09 нм–1 � � Q � 3,42 нм–1. Реєстрували спектри КПРН системою багатовимірного часового аналізу АІ­9216 [5]. Досліджуваний зразок знаходився у плоскому циліндричному контейнері діа­ метром 100 мм з дюралюмінієвими діафрагмами завтовшки 0,5 мм. Товщина зразка була вибрана рівною 0,9 мм, що дало змогу знехтувати багатократним розсіянням нейтронів. Контейнер із зразком розміщувався в термостаті, виготовленому на основі елементів Пельтьє. Точність термостатування становила ±0,1 °С. Дослідження дифузійних процесів у даній системі проводилися в інтервалі температур 2—10 °С при концентраціях молекул гліцерину 0,046 і 0,055 мол. ч. Їх вибір зумовлений тим, що саме поблизу цих концентрацій проявля­ ються ефекти, згадані у вступній частині. Результати досліджень. За описаною вище методикою було визначено загальний коефіцієнт самодифузії, його колективну і одночастинкову внески та час осілого життя. Отримані значення параметрів дифузії D, DL і DF та τ0 залежно від температури наведені на рис. 1—4. Аналіз даних рис. 1—3 показує, що зі зниженням температури від 10 до 2 °С зразка з концентрацією 0,046 мол. ч. (криві 1) загальний коефіцієнт D(Т) проходить через вузький мінімум при Т = 3 °С. Аналогічний мінімум спостерігається при тій же температурі і в одно­ частинковій його складовій DF. У колективній складовій DL в інтервалі температур 2—5 оС виділяється широкий мінімум, проте значно меншої амплітуди. Така поведінка загального коефіцієнта самодифузії здебільшого визначається одночастинковою його складовою, а отже, активаційним механізмом дифузії молекул гліцерину. Значне зниження коефіцієнта Рис. 1. Температурна залежність загального коефіцієнта самодифузії D системи важка вода—гліцерин для концентрацій: 0,046 мол. ч. (1) і 0,055 мол. ч. (2) Рис. 2. Температурна залежність одночастинкової компоненти DF загального коефіцієнта самодифузії D системи важка вода—гліцерин для концентрацій 0,046 мол. ч. (1) і 0,055 мол. ч. (2) 55ISSN 1025­6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2018. № 8 Нейтронні дослідження процесів самодифузії молекул у системі важка вода—гліцерин... DF (T) при 3 °С вказує на істотне зменшення активаційних рухів молекул гліцерину при цій температурі. Це, відповідно, супроводжується різким зростанням часу осілого життя τ0(Т) від 4,3 · 10–12 с при 4 °С до 7,3 · 10–12 с при 3 °С (див. рис. 4). Сповільнення дифузійних ру хів та збільшення часу осілого життя при 3 °С пов’язано, на нашу думку, з утворенням стійких комплексів молекул важкої води і гліцерину. Інтенсивність активаційного меха­ нізму дифузії, як відомо, визначається величиною енергії активації. Її зростання зумов­ лює зменшення числа перескоків і тим самим приводить до зменшення одночастинкової складової коефіцієнта самодифузії. Саме це відбувається при 3 °С, коли спостерігається мі­ німум на концентраційній залежності коефіцієнта самодифузії. Це означає, що молекули гліцерину при цій температурі ефективно зв’язують молекули важкої води, утворюючи комплекси, що зменшує їх рухливість. Іншими словами, виходячи з концепції мікронеод­ норідної структури системи вода—гліцерин [6, 7], з наближенням температури розчину до 3 °С зростає кількість молекул гліцерину, які беруть участь в утворенні кластерів, що, як відзначалося вище, супроводжується зменшенням інтенсивності дифузії стрибком та, від­ повідно, збільшенням часу осілого життя τ0 молекули гліцерину в коливному стані. Наведені результати були отримані для концентрації гліцерину 0,046 мол. ч. Вибір даної концентрації зумовлений тим, що, як відзначалося вище, саме в такому розчині істотно зростає інтенсивність утворення кластерів і ці процеси посилюються при 3 °С. Для ви­ значення впливу на процеси кластеризації зміни концентрації гліцерину було досліджено процеси дифузії в аналогічних умовах, але вже з концентрацією 0,055 мол. ч. Графічно ха­ рак теристики дифузії D, DF , DL та час осілого життя τ0 молекули гліцерину наведені на рис. 1—4, криві 2. Виявлено, що з пониженням температури від 10 до 5 °С, як і у випадку концентрації 0,046 мол. ч., відбувається монотонне зменшення загального коефіцієнта само­ дифузії та його одночастинкової складової при майже однакових значеннях (див. рис. 1, 2). З подальшим пониженням температури всі параметри дифузії проходять через мінімум. Проте глибина цього мінімуму в цьому випадку (при х = 0,055 мол. ч.) значно менша (на ~40 %). Отже, зміна концентрації молекул гліцерину вже навіть на 0,009 мол. ч. спри­ чиняє різке збільшення інтенсивності дифузійних процесів. Рис. 3. Температурна залежність колективної компоненти DL загального коефіцієнта самодифузії D сис­ теми важка вода—гліцерин для концентрацій 0,046 мол. ч. (1) і 0,055 мол. ч. (2) Рис. 4. Температурна залежність часу осілого життя молекули в положенні рівноваги для концентрацій 0,046 мол. ч. (1) і 5,5 мол. ч. (2) 56 ISSN 1025­6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2018. № 8 О.А. Василькевич, В.І. Слісенко На закінчення відзначимо, що в околі температури 3 °С і концентрації 0,046 мол. ч. має місце інтенсивне комплексоутворення (кластерів). Конфігурація водневих зв’язків у середині елементарного кластера відрізняється від таких в об’ємі води. У зв’язку з чим час життя цих кластерів значно більший за час життя кластерів у чистій воді і такий елемен­ тарний кластер пропонується розглядати як псевдочастинку [6]. ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА 1. Вукс М.Ф. Рассеяние света в газах, жидкостях и растворах. Ленинград: Изд­во Ленингр. ун­та, 1977. 318 с. 2. Булавин Л.А., Вербинская Г.Н., Кротенко В.Т. Одночастичный и коллективный вклады в коэффициент самодиффузии метилового спирта. Физика жидкого состояния. 1991. № 19. С. 40—43. 3. Оскотский В.С. К теории квазиупругого рассеяния холодных нейтронов в жидкости. Физика твердого тела. 1963. 5, № 4. С. 1082—1085. 4. Булавін Л.А., Кармазіна Т.В., Клепко В.В., Слісенко В.І. Нейтронна спектро скопія конденсованих се­ редовищ. Київ: Академперіодика, 2005. 635 с. 5. Войтер А. П., Слісенко В. І., Доронін М. І., Мазний І.О., Василькевич О.А., Голік В.В., Ковальов О.М., Копачов В.І., Савчук В.Г. Багатоканальний аналізатор для нейтронного спектрометра за часом прольоту. Ядерна фізика та енергетика. 2010. 11, № 1. C. 90—96. 6. Chechko V.Eu., Lokotosh T.V., Malomuzh N.P., Zaremba V.G., Gotsul’sky V.Ya. Clusterization and anomalies of fluctuations in water­alcohol solutions low concentrations. J. Phus. Stud. 2003. 7, № 2. P. 175—183. 7. Маломуж Н.П., Слипчак Е.Л. Кластерная структура разбавленных водно­спиртовых растворов и осо­ бенности молекулярного рассеяния света в них. Журн. физ. химии. 2007. 81, №11. С. 1—6. Надійшло до редакції 25.04.2018 REFERENCES 1. Vuks, M. F. (1977). Scattering of light in gases, liquids and solutions. Leningrad: Izd­vo Leningrad. Un­ta (in Russian). 2. Bulavin, L. A., Verbinskya, G. M. & Krotenko, V. T. (1991). Single­particle and collective contributions to the self­diffusion coefficient of methyl alcohol. Fizika zhidkogo sostoyaniya, No. 19, pp. 40­43 (in Russian). 3. Oskotsky, V. S. (1963). To the theory of quasi­elastic scattering of cold neutrons in a liquid. Fizika tverdogo tela, 5, No. 4, pp. 1082­1085 (in Russian). 4. Bulavin, L. A., Karmazina, T. V., Klepko, V. V. & Slisenko, V. I. (2005). Neutron spectroscopy of condensed media. Кyiv: Akademperiodyka (in Ukrainian). 5. Voiter, A. P., Slisenko, V. I., Doronin, M. I., Maznyi, I. O., Vasilkevich, O. A., Golik, V. V., Kovalev, O. M., Kopachev, V. I. & Savchuk, V. G. (2010). Multichannel analyzer for neutron time­of­flight spectrometer. Nuclear physics and atomic energy, 11, No. 1, pp. 90­96 (in Ukrainian). 6. Chechko, V. Eu., Lokotosh, T. V., Malomuzh, N. P., Zaremba, V. G. & Gotsul’sky, V. Ya. (2003). Clusterization and anomalies of fluctuations in water­alcohol solutions low concentrations. J. Phus. Stud., 7, No. 2, pp. 175­ 183 (in Ukrainian). 7. Malomuzh, N. P. & Slipchak, E. L. (2007). The cluster structure of dilute aqueous­alcohol solutions and the features of molecular light scattering in them. J. Phys. Chem., 81, No. 11, pp. 1­6 (in Russian). Received 25.04.2018 57ISSN 1025­6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2018. № 8 Нейтронні дослідження процесів самодифузії молекул у системі важка вода—гліцерин... А.А. Василькевич, В.И. Слисенко Институт ядерных исследований НАН Украины, Киев E­mail: a.vas@i.ua, slisenko@kinr.kiev.ua НЕЙТРОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ САМОДИФФУЗИИ МОЛЕКУЛ В СИСТЕМЕ ТЯЖЕЛАЯ ВОДА—ГЛИЦЕРИН В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ И КОНЦЕНТРАЦИИ Методом квазиупругого рассеяния медленных нейтронов исследованы процессы самодиффузии молекул глицерина в растворе тяжелая вода—глицерин при концентрации глицерина 0,046 и 0,055 мольных до­ лей в интервале температур 2—10 °С. Получено значение общего коэффициента самодиффузии и его од­ ночастичной и коллективной составляющих. Установлено аномальное поведение в их температурной за­ висимости: при Т = 3 °С и концентрации молекул глицерина в растворе 0,046 мол. д. наблюдается глубокий минимум. При этом время оседлой жизни молекул глицерина существенно возрастает. Это можно объяс­ нить тем, что молекулы глицерина при данной температуре и концентрации эффективно связывают мо­ лекулы воды, образуя комплексы и тем самым уменьшая их подвижность. Изменение концентрации мо­ лекул глицерина уже до 0,055 мол. д. приводит к резкому увеличению (на 40 %) интенсивности диффу­ зионных процессов. Ключевые слова: квазиупругое рассеяние медленных нейтронов, коэффициент самодиффузии, одночастич­ ная и коллективная составляющие коэффициента самодиффузии, кластеризация, вода, глицерин. O.A. Vasylkevych, V.I. Slisenko Institute for Nuclear Research of the NAS of Ukraine, Kiev E­mail: a.vas@i.ua, slisenko@kinr.kiev.ua NEUTRON INVESTIGATIONS OF THE PROCESSES OF SELF­DIFFUSION OF MOLECULES IN THE HEAVY WATER­GLYCEROL SYSTEM AS FUNCTIONS OF THE TEMPERATURE AND CONCENTRATION The results of studies of the self­diffusion of glycerol molecules in a solution of heavy water­glycerol at two concentrations x = 0.046 molar fractions and x = 0.055 mol. f. in the temperature range 2­10 °С by the method of quasi­elastic scattering of slow neutrons are presented. The values of the total coefficient of self­diffusion and its one­particle and collective components are obtained. Anomalous behavior has been revealed in their tem­ perature dependence: at T = 3 °C and the solution concentration, especially at x = 0.046 mol. f., a deep minimum is observed. Herewith. the lifetime of glycerol molecules in the vibrational state increases substantially. This can be explained by the fact that glycerol molecules at a given temperature and concentration effectively bind water molecules, forming complexes and thereby reducing their mobility. The change in the concentration of glycerol molecules to 0.055 mol. f. leads to a sharp increase (by 40 %) in the intensity of diffusion processes. Keywords: quasi­elastic scattering of slow neutrons, self­diffusion coefficient, single­particle and collective compo­ nents of the coefficient of self­diffusion, clusterization. water, glycerol.

Схожі ресурси