Влияние условий эксперимента на скорость испарения воды и депрессорную эффективность мономолекулярных пленок
Gespeichert in:
| Datum: | 1983 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України
1983
|
| Schriftenreihe: | Украинский химический журнал |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/183078 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Влияние условий эксперимента на скорость испарения воды и депрессорную эффективность мономолекулярных пленок / В.Г. Чаленко, А.В. Архаров, Т.Я. Соболевская // Украинский химический журнал. — 1983. — Т. 49, № 11. — С. 1153-1156. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-183078 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1830782022-02-03T01:26:28Z Влияние условий эксперимента на скорость испарения воды и депрессорную эффективность мономолекулярных пленок Чаленко, В.Г. Архаров, А.В. Соболевская, Т.Я. Неорганическая и физическая химия 1983 Article Влияние условий эксперимента на скорость испарения воды и депрессорную эффективность мономолекулярных пленок / В.Г. Чаленко, А.В. Архаров, Т.Я. Соболевская // Украинский химический журнал. — 1983. — Т. 49, № 11. — С. 1153-1156. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 0041–6045 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/183078 541.183.022 ru Украинский химический журнал Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Неорганическая и физическая химия Неорганическая и физическая химия |
| spellingShingle |
Неорганическая и физическая химия Неорганическая и физическая химия Чаленко, В.Г. Архаров, А.В. Соболевская, Т.Я. Влияние условий эксперимента на скорость испарения воды и депрессорную эффективность мономолекулярных пленок Украинский химический журнал |
| format |
Article |
| author |
Чаленко, В.Г. Архаров, А.В. Соболевская, Т.Я. |
| author_facet |
Чаленко, В.Г. Архаров, А.В. Соболевская, Т.Я. |
| author_sort |
Чаленко, В.Г. |
| title |
Влияние условий эксперимента на скорость испарения воды и депрессорную эффективность мономолекулярных пленок |
| title_short |
Влияние условий эксперимента на скорость испарения воды и депрессорную эффективность мономолекулярных пленок |
| title_full |
Влияние условий эксперимента на скорость испарения воды и депрессорную эффективность мономолекулярных пленок |
| title_fullStr |
Влияние условий эксперимента на скорость испарения воды и депрессорную эффективность мономолекулярных пленок |
| title_full_unstemmed |
Влияние условий эксперимента на скорость испарения воды и депрессорную эффективность мономолекулярных пленок |
| title_sort |
влияние условий эксперимента на скорость испарения воды и депрессорную эффективность мономолекулярных пленок |
| publisher |
Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України |
| publishDate |
1983 |
| topic_facet |
Неорганическая и физическая химия |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/183078 |
| citation_txt |
Влияние условий эксперимента на скорость испарения воды и депрессорную эффективность мономолекулярных пленок / В.Г. Чаленко, А.В. Архаров, Т.Я. Соболевская // Украинский химический журнал. — 1983. — Т. 49, № 11. — С. 1153-1156. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| series |
Украинский химический журнал |
| work_keys_str_mv |
AT čalenkovg vliânieuslovijéksperimentanaskorostʹispareniâvodyidepressornuûéffektivnostʹmonomolekulârnyhplenok AT arharovav vliânieuslovijéksperimentanaskorostʹispareniâvodyidepressornuûéffektivnostʹmonomolekulârnyhplenok AT sobolevskaâtâ vliânieuslovijéksperimentanaskorostʹispareniâvodyidepressornuûéffektivnostʹmonomolekulârnyhplenok |
| first_indexed |
2025-07-16T02:39:48Z |
| last_indexed |
2025-07-16T02:39:48Z |
| _version_ |
1837769529775620096 |
| fulltext |
УДК 541.183.022
ВЛИЯНИЕ УСЛОВИй ЭКСПЕРИМЕНТА
НА СКОРОСТЬ ИСПАРЕНИЯ ВОДЫ И ДЕПРЕССОРНУЮ
ЭФФЕКТИВНОСТЬ МОНОМОЛЕКУЛЯРНЫХ ПЛЕНОК
В. г. Чаленко, д.. В. Архаров, Т. Я. Соболевская
Степень влияния мономолекулярных пленок (МП) на скорость испаре
ния поды, или, иначе, эффективность их депрессорного действия Е
определяется по формуле
(1)
где i и i' - скорость испарения воды с чистой водной поверхности и
покрытой мономолекулярной пленкой соответственно.
Одним из распространенных методов определения цепрессорной
эффективности монослоев с учетом скорости испарения воды с чистой
поверхности и покрытой пленкой является взвешивание кювет с водой
или измерение уровня воды в них в условиях, приближающихся к есте
ственным, в частности в потоке воздуха. Обычно определения проводят,
пропуская с определенной скоростью воздух над поверхностью воды в
кювете, находящейся в термостатируемой камере, и измеряя в таких
условиях скорость испарения чистой воды и покрытой мономолекуляр
ной пленкой. Однако при этом могут возникать искажения в определяе
мой величине Е, связанные с соотношением размеров кюветы, камеры
и скорости продуваемого воздуха.
110 мере движения над поверхностью воды слой воздуха постепен
но насышается водяными п арами, и скорость испарения с каждого по
слелуюшего участка кюветы (вдоль пути движения воздуха) будет
меньше, чем с предыдушего. Если на поверхность воды нанести пленку
депрсс сора испарения, это явление повторится, но в меньшей степени,
так K8k монослой замедляет испарение воды, поток воздуха медленнее
насычгагтся водяными парами и скорость испарения вдоль кюветы
падает менее резко. Следовательно, согласно уравнению (1) эффек
тивность монослоя вдоль кюветы будет уменьшаться, и тем резче, чем
выше начальная эффективность монослоя. Выразим эту закономер
НОСТЬ математически.
Для простоты рассмотрим случай, когда поток воздуха сохраняет
ламинарный характер. Поскольку при ламинарном течении перемеши
ванне отсутствует, перенос компонентов движущейся смеси в верти
кальном направлении осуществляется в основном посредством молеку
лярной диффузии [1] и скорость испарения может быть описана (так
же, как и в неподвижном воздухе) диффузионной формулой Фика:
i = D (Cs - С) = A~C, (2)
h
(4)
(3)
(штрихами отмечены аналогичные уравнению
щиеся к воде под МП).
Из формул (1)-(3) получаем
Е = A~C - B~C'.
A~C ·
где О - коэффициент диффузии водяного пара в воздухе; h - толщи
на диффузионного воздушного слоя над поверхностью воды; Св и С
коицснтрапия водяного пара при насыщении и в условиях опыта соот
ветственно; А - постоянная в условиях опыта величина, равная D/h.
Для испарения с водной поверхности, покрытой монослоем, в урав
нении (2) появляется в знаменателе дополнительный член г, связан
ный с сопротивлениемпленки испарению [2]:
D'(C' -С)
., == S = BdC'
t h'-D'r
(2) величины, но ОТНОСЯ-
УКРАИНСКИй химичвскии ЖУРНАЛ, 1983, Т. 49, 1'19 11 3 - 3·684 1153
Концентрации насыщенного пара Cs и Cs' (а следовательно, и раз
ности концентраций I1С и I1С') над чистой водной поверхностью и
покрытой монослоем в общем случае не совпадают. В результате умень
шения скорости испарения водная поверхность под пленкой несколько
теплее, чем без нее, поэтому Cs'>Cs. Однако различие в температурах
.tlT обычно бывает невелико (0,5-4,00). При ~T~ 1,50 в величинах Св
и Св' оно не превышает 5 о/о, что находится в пределах ошибки опре
деления Е в лабораторных условиях. В полевых условиях эта ошибка
значительно возрастает, так что различием в величинах Cs' и Cs можно
прснсбречь.
В начальный момент времени С - содержание водяного пара в
подаваемом воздухе - равно С'. Тогда из (4) следует, что в начальный
момент времени
А-В
Ео = А · (5)
(6)
Рассмотрим случай, когда кювета с водой длиной 1 и шириной q
(М) находится в камере с высотой потолка над водной поверхностьюn
(М). Через камеру продувается воздух со скоростью v (м/с) и влаж
ностью СО. Начальные значения io, io' и Ео определяем по уравнениям
(2), (3) и (5) (учитывая, что !1С=I1С'). За следующий интервал вре
мени ~T концентрация водяного пара в кювете возрастает на величи
ну, равную отношению количества воды, испарившейся с соответствую
щего участка кюветы, к объему пространства камеры над этим участ
ком. За время ~t воздух со скоростью v пройдет расстояние и· ~t, ко
торому будет соответствовать площадь водной поверхности S=v·~tq
и объем пространства над ней V= v·!1t· а- n. С указанной площади
чистой водной поверхности за время ~t испарится воды m=А ·~CoX
Х V· q -;1t2 (приближенно принимаем, что в пределах времени ~t ско-
рость испарения остается постоянной). Тогда концентрацию водяного
пара в воздухе над водой через дt запишем в виде
с == с +~ == с + A~Codt
1 о V Оп'
а скорость испарения-
i1 = A(Cs - С1) = А [t!J.Co.- At!J.~oM] = At!J.Co(l- A~t) = io(1 _ A~t) .
(7)
Рассуждая аналогично, для следующего интервала времени полу
чим значение для скорости испарения в течение этого интервала:
i2 = io(1- АnМУ.
а для t-ro интервала--
_ . (' A~t)t
tt == [о 1-- n . (8)
(9)
Поскольку I1t - величина произвольная, примем ее за единицу,
тогда t будет количеством единиц времени от начала опыта, и урав
нение (8) примет такой вид:
: A)t
it = io(1-- n, .
Рассуждая аналогично, для скорости испарения воды над МОНО
слоем в момент времени t, получим выражение
i;=B~Co(l- ~Y=i~(I- ~}. (10)
1154 ~!кr,\I[IIСКIIП химпчпскип жьт-пхл, 1983. ... 49, N9 11
а для эффективности-
(11 )
в
1-
п
А
1-
n
io(1 - 4-J- i~ (1 - {)t _ В ( )' =
.(' A)t -1--;[-
lo 1-
n
/
_ В (n- В ')!-1--
А \ n-А ·
Диффузионная формула Фика действительна, когда скорость ис
парения лимитируется диффузией пара от водной поверхности в окру-
50
30
Е, j;
о
80
400.2
14
!J 8 iб ~. r. О О i... 0.1 О, 3 t, с 10
1 5
Рис. 1. Рассчитанное (а) 11 экспериментально найденное (6) измснепис скорости ИС
парения чистой воды (1)~ воды под монослоем (2) и эффективности монослоя (3) в
зависпмости от времспи контакта воздуха с поверхностыоВОДЫ.
(13)
(12)
(14)
жающее пространство, что наблюдается в обычных условиях и подразу
мевает достаточно большую толщину диффузионного слоя h (как по
казывают результаты лабораторного опыта, порядка 1 см (3]). в таких
условиях В<А<1 и 0< (l-A) < (1-8) < 1.
Анализ уравнений (9) - (11) с учетом сказанного показывает, что
по мере продвижения воздуха над поверхностью воды вдоль кюветы
скорость испарения падает, причем для чистой воды резче, чем в при
сутствии монослоя. поскольку В<А. Эффективность МП также умень-
шается с ростом t, так как ( 1- ~) > (1 - ~) и отношение
(~=~~~) растет с увеличением значения t. Рост t эквивалентен увели
чению ДЛИНЫ кюветы или уменьшению скорости потока воздуха.
Изменение величины i, i' и Е по мере движения воздуха вдоль
кюветы с водой, рассчитанное по уравнениям (9) - (11), представлено
на рис. 1. При этом D=O,23·10-4 м2/с; h=O,Ol м; 8=0,5 А; со=о.
После логарифмирования выражений (9) - (11) получаем
19 i = 19 io+ t 19 (1 - ~);
Ig i' = Ig .; + t1g ( 1- ~);
в (n-В)19 (1 - Е) = 19А + t 19 n _ А '
УКРАИНСI<Иl':f ХИМИЧЕСКИй ЖУРНАЛ. 1983. Т. 49. лr2 11 3* 1155
0.'1
0.8
0,2
то есть в случае правильности уравнений (9) - (11) должна наблюда
ться линейная зависимость логарифмов скорости испарения и величи
ны \ I-E) от времени прохождения воздуха t над поверхностью воды.
Наличие такой зависимости было проверено экспериментально. Кювету
длиной 8 см, шириной 7 и высотой 1,4 см разделяли вдоль длины на
четыре разъемных отсека длиной по 2 см каждый. В отсеки наливали
доверху воду и ставили их вплотную друг К другу в термостатнруемую
О 0,1 0,2 O,J 1:, (, О Ka~e2PY шинриной 7 см, длиной ~6 и высо-
тои см. ад отсеками с водои пропус-
кали воздух со скоростью 0,2 м/с и на
чальной влажностью Со=О,35. Число
Рейнольдса в этих условиях было ~ 100,
что соответствовало устойчивому лами
нарному потоку. Скорость испарения
(сначала с чистой воды, а затем после
нанесения на поверхность воды в каждом
0,6 1,2
19; Рис. 2. Зависимость Ig i (Г), 19 i' (2) и 19 (l-Е)
19 (I-E) (3) от времени контакта воздуха с водой.
отсеке депрессора испарения - раствора гексадеканола в бензоле)
определяли периодическим взвешиванием отсеков. Усредненные ре
ЗУЛЬТ3ТЫ трех опытов графически представлены в координатах i-t,
E-t, а также 19 i-t и 19 (I-Е) -t на рис. 1, б и 2.
Как видно из рисунков, значения i и Е уменьшаются с увеличе
нием времени контакта воздуха с водной поверхностью, причем ско
рость испарения более резко падает для чистой воды, чем в присутст
вии монослоя. Зависимости 19 i=f(t) и 19 (l-E) =f(t) действительно
линейны, что соответствует соотношениям (9) - (11). Некоторый раз
брос экспериментальных точек частично можно объяснить ошибкой
эксперимента, которая составляет 5-6 0/0, а частично тем, что в каяс
дом отсеке скорость испарения мы принимали постоянной, равной тОЙ
усредненной, которую находили взвешиванием, в то время как в дей
ствительности скорость испарения и эффективность реагента постепенно
падают не только вдоль всей кюветы, но и вдоль каждого отсека.
С ростом высоты потолка над поверхностью воды п, как следует
из уравнений (9) - (11), изменение скорости испарения и эффектив
ности реагента вдоль кюветы замедляется. При достаточно большом п,
n-В
когда величинами А и В можно пренебречь и отношение n--A~ 1, урав-
нения (9) - (11) преврашаются в обычные уравнения (1-3) для неог
раниченного пространства.
Таким образом, чтобы избежать искажающего влияния условий
эксперимента на скорость испарения и депрессорную эффективность
мономолекулярных слоев при определении этих величин описанным
выше методом, целесообразно использовать более короткие кюветы, а
камеры - с высоким потолком над поверхностью воды, кроме того, воз
дух подавать с достаточно большой скоростью, чтобы сократить время
его контакта с водной поверхностью.
1. Шервуд Т.} Пигфорд Р., Уилки ч. Массопередача.- М. : ХИМИЯ, 1982.-92 с.
2. Крмоян Т. В. Погосян Р. 1(.• Азатян Н. А. Влияние примесей первичных спиртов
на скорость испарения поды через монослой 1-гексадеканола.- Коллоид. ЖУРИ.,
1966,26, N2 1, с. 83-87.
3. Товбин М. В., Чаленко В. г. Механизм действия мономолекулярных слоев.- Укр,
хим. журн., 1978,43, М2 5, с. 472-475.
Киевский государственный университет
ИМ. Т. г. llIевченко
Поступила 05.07.82
Вторично -12.05.83
1156 УКРАИНСКИй ХИМИЧЕСКИй ЖУРНАЛ, 1983, т. 49, Н2 11
|