авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Исследование равновесных свойств жидких 1-бромалканов на основе акустических измерений

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Рышкова Ольга Сергеевна

ИССЛЕДОВАНИЕ РАВНОВЕСНЫХ СВОЙСТВ

ЖИДКИХ 1-БРОМАЛКАНОВ

НА ОСНОВЕ АКУСТИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ

01.04.07 – Физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени

кандидата физико-математических наук

Курск 2010

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении

высшего профессионального образования

«Курский государственный университет»

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

профессор

Неручев Юрий Анатольевич

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор

Жакин Анатолий Иванович

доктор технических наук,

профессор

Рощупкин Владимир Владимирович

Ведущая организация: Московский государственный

областной университет

Защита состоится « 18 »  марта  2010 г. в  16  ч.  00  мин. на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.105.04

при Курском государственном техническом университете по адресу:

305040, г. Курск, ул. 50 лет Октября, 94.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке

ГОУ ВПО «Курский государственный технический университет».

Автореферат разослан  «___»  февраля  2010 г.

Учёный секретарь совета по защите

докторских и кандидатских диссертаций

Д 212.105.04 Л. И. Рослякова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Основной задачей физики конденсированного состояния является установление связи макроскопических свойств вещества с его молекулярной структурой, характером и интенсивностью межмолекулярных сил. В этой связи экспериментальные и теоретические исследования равновесных свойств различных веществ весьма актуальны.

В силу специфических особенностей жидкости физика жидкого состояния заметно отстаёт в своём развитии от теорий газового и кристаллического состояний вещества. Высокий уровень развития статистических теорий газов и кристаллов обусловлен возможностью использования простых модельных представлений газового и кристаллического состояний. В случае же жидкого состояния вещества, сочетающего сильное взаимодействие между молекулами с относительно большой неупорядоченностью их расположения, построение общего универсального уравнения состояния, описывающего свойства жидкостей независимо от их природы, по-видимому, крайне затруднительно.

В сложившейся ситуации обширные экспериментальные исследования различных свойств веществ в широком интервале параметров состояния позволяют получить необходимый эмпирический материал для более успешного решения существующих проблем физики жидкости, в частности для разработки приемлемой физической модели, учитывающей особенности структуры и характера межмолекулярных сил в простых конденсированных системах.

Несомненный интерес представляют исследования теплофизических свойств веществ, обладающих однотипной структурой молекул и сходным характером межмолекулярных сил, к числу которых относятся н-алканы и их моногалогенозамещённые. Совместное изучение теплофизических свойств указанных веществ имеет большое научно-теоретическое значение, так как способствует выявлению закономерностей в изменении калорических и упругих свойств жидкости, связанных с особенностями структуры молекул и характера межмолекулярного взаимодействия. Степень актуальности всесторонних исследований физико-химических свойств галогенозамещённых н-алканов существенно повышается в связи с их широким и многообразным использованием в химической, нефтехимической, газоперерабатывающей, фармацевтической промышленности и других областях.



Связь работы с крупными научными проектами и темами. Работа выполнена в лаборатории молекулярной акустики Курского государственного университета в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ КГУ и заданием Федерального агентства по образованию № 1.2.07 по теме «Комплексные исследования физико-химических свойств моногалогенозамещённых н-алканов» (2007–2009 гг.); поддержана грантом Российского фонда фундаментальных исследований № 06–08–00875а «Исследование акустических и теплофизических свойств технически важных жидкостей» (2006–2008 гг.), а также персональными грантами, в которых соискатель являлся руководителем проекта: Student Stipend Program in Acoustics – American Acoustical Society Grants (2008, RX0–1210(8)–XX–04) и грантами Учёного совета КГУ «Исследование физико-химических свойств гомологического ряда бромалканов» (2007 г.), «Исследования равновесных свойств жидких моногалогенозамещённых н-алканов на линии насыщения» (2008 г.).

Целями диссертационной работы являются:

– получение массива надёжных экспериментальных данных по плотности и скорости ультразвука на линии насыщения в температурном интервале (243,15–423,15) К для бромзамещённых предельных углеводородов с линейной структурой молекул и на их основе – данных об адиабатической и изотермической сжимаемостях, отношении теплоёмкостей, изохорной теплоёмкости, изобарном коэффициенте теплового расширения и термическом коэффициенте давления, а также других свойствах исследованных жидкостей;

– поиск закономерностей изменения физико-химических свойств предельных углеводородов с неразветвлённой углеродной цепью и их галогенозамещённых в широком температурном интервале в зависимости от их состава;

– оценка возможности использования простых модельных представлений для прогнозирования равновесных свойств исследуемых органических жидкостей и степень их адекватности реальным системам.

Поставленные цели достигались путём решения следующих задач:

– модернизация экспериментальной установки для измерения скорости ультразвука на линии насыщения в широком температурном интервале;

– проведение измерений плотности и скорости ультразвука в бездисперсной мегагерцовой области частот для жидких 1-бромалканов вдоль линии насыщения в интервале температур (243,15–423,15) К с погрешностью, не превышающей:

для плотности – 0,01 %,

для скорости ультразвука – 0,1 %;

– обработка и анализ полученных экспериментальных данных;

– проведение сравнительного анализа теплофизических свойств н-алканов и их галогенозамещённых и установление зависимостей, характеризующих общие тенденции изменения этих свойств от длины углеродной цепи и свойств атома галогена;

– расчёт важнейших теплофизических свойств исследованных жидкостей по экспериментальным данным о плотности и скорости ультразвука, полученным автором, и имеющимся литературным данным об изобарной теплоёмкости;

– сопоставление результатов термодинамического расчёта теплофизических свойств жидких 1-бромалканов с соотношениями для равновесных свойств исследованного класса жидкостей, полученными в рамках дискретно-континуальной модели.

Объект и предмет исследования. В качестве объектов исследования выбраны бромзамещённые предельных углеводородов с неразветвлённой цепью углеродных атомов (1-бромпропан, 1-бромбутан, 1-бромпентан, 1-бромгексан, 1-бромгептан, 1-бромоктан, 1-бромнонан, 1-бромдекан, 1-бромундекан и 1-бромдодекан) как вещества, обладающие однотипной структурой молекул и сходным характером межмолекулярных сил, теплофизические свойства которых изучены лишь фрагментарно, результаты выполненных исследований не являются последовательными.

Дополнительная очистка образцов исследования не проводилась. Чистота образцов в процессе измерений контролировалась путём сравнения значений характеристических свойств (плотности и показателя преломления) указанных жидкостей до и после проведения эксперимента.

Предмет исследования – теплофизические свойства жидких бромалканов и анализ возможности использования дискретно-континуальной модели жидкости для описания и прогнозирования равновесных свойств исследованных веществ.

Научная новизна результатов диссертационного исследования

  1. Получен массив экспериментальных данных по плотности и скорости распространения ультразвуковых волн малой амплитуды в бездисперсной области частот вдоль линии насыщения для жидких 1-бромалканов с числом углеродных атомов в молекуле от 3 до 12 в температурном интервале (243,15–423,15) К.
  2. На основе полученных экспериментальных данных проведен анализ влияния на равновесные свойства исследованных жидкостей внедряемых в их молекулы атомов галогенов.
  3. Проведена оценка величины энергии межмолекулярного взаимодействия в исследованных веществах и показано, что в жидких бромзамещённых нормальных углеводородах, как и в предельных углеводородах, доминируют дисперсионные силы притяжения, энергия которых пропорциональна квадрату плотности жидкости.

Практическая значимость полученных результатов

  1. Полученный автором массив экспериментальных данных по плотности и скорости распространения ультразвука в мегагерцовой области частот на линии насыщения для жидких бромзамещённых н-алканов представляет самостоятельную ценность и является надёжным источником справочных данных, охватывающих сравнительно широкий температурный интервал.
  2. Подавляющая часть результатов экспериментальных исследований жидких 1-бромалканов опубликована в виде таблиц термодинамических свойств в базе данных Национального института стандартов и технологий (Болдер, США).
  3. Экспериментальные данные по плотности и скорости ультразвука, а также полученные на их основе результаты расчёта адиабатической и изотермической сжимаемостей, отношения теплоёмкостей, изобарного коэффициента теплового расширения и термического коэффициента давления и других свойств исследованных 1-бромалканов могут быть использованы в различных инженерно-физических и химико-технологических расчётах.

Положения диссертации, выносимые на защиту:

  1. результаты прецизионных экспериментальных исследований плотности и скорости ультразвука в мегагерцовой бездисперсной области частот на линии насыщения для жидких 1-бромалканов в интервале температур (243,15–423,15) К;
  2. значения важнейших теплофизических свойств: адиабатической и изотермической сжимаемостей, изохорной теплоёмкости, отношения теплоёмкостей, изобарного коэффициента теплового расширения и термического коэффициента давления для исследованных 1-бромалканов, полученные путём термодинамического расчёта по экспериментальным данным о плотности и скорости ультразвука на линии насыщения;
  3. вывод о том, что на кривой равновесия жидкость-пар в исследованных бромзамещённых углеводородах, так же как и в предельных углеводородах, доминируют дисперсионные силы притяжения, энергия которых пропорциональна квадрату плотности среды;
  4. подтверждение плодотворности модели, аппроксимирующей углеводородную среду с линейной структурой молекул системой «свободных» атомных центров с парным взаимодействием, и возможности проведения на её основе количественной оценки величины энергии межмолекулярного взаимодействия для жидких 1-бромалканов на линии насыщения.

Достоверность представленных в диссертационной работе результатов экспериментальных исследований обеспечивается многократной калибровкой экспериментальной установки; надёжной оценкой погрешности измерений; сравнением экспериментальных результатов с данными, полученными другими авторами при аналогичных условиях эксперимента; постоянным контролем характерных свойств исследованных жидкостей до и после проведения эксперимента.

Личный вклад соискателя состоит в следующем:

– выполнение всего объёма экспериментальных исследований жидких бромзамещённых неразветвлённых углеводородов;

– обработка полученных экспериментальных данных по плотности и скорости распространения ультразвука в указанных жидкостях на линии насыщения;





– расчёт важнейших теплофизических величин по экспериментальным данным о плотности и скорости ультразвука на линии насыщения и количественная оценка величины энергии межмолекулярного взаимодействия для жидких 1-бромалканов;

– сопоставление результатов термодинамического расчёта свойств с соотношениями, полученными в рамках дискретно-континуальной модели жидкости, и оценка возможности её использования для описания и прогнозирования равновесных свойств исследованных бромзамещённых углеводородов.

Планирование исследований, обобщение и обсуждение полученных результатов, подготовка и написание научных публикаций осуществлялись совместно с научным руководителем – доктором физико-математических наук, профессором Ю. А. Неручевым. Вклад других сотрудников состоял в оказании технической помощи в ходе проведения экспериментальных исследований.

Апробация результатов диссертационной работы. Материалы диссертации были представлены на международных, европейских и всероссийских конференциях: XVI International Conference on Chemical Thermodynamics in Russia (Суздаль, 2007 г.), XVIII European Conference of Thermophysical Properties (По, Франция, 2008 г.), IV Всероссийской конференции «Физико-химические процессы в конденсированных средах на межфазных границах» (Воронеж, 2008 г.), XII Всероссийской конференции по теплофизическим свойствам веществ (Москва, 2008 г.), XX сессии Российского акустического общества (Москва, 2008 г.), I Международной научной конференции «Актуальные проблемы молекулярной акустики и теплофизики» (Курск, 2008 г.), VI и VII Международных научно-технических конференциях «Техника и технология пищевых производств» (Могилёв, Беларусь, 2007 г, 2009 г.), II Научно-практической конференции с международным участием «Наноматериалы и технологии» (Улан-Удэ, Бурятия, 2009 г.).

Публикации. Основные результаты диссертационного исследования опубликованы в 15 научных работах, из которых 5 – статьи в научных рецензируемых журналах из перечня ВАК, 3 – статьи в сборниках научных трудов, 2 – статьи в сборниках материалов научных конференций, 5 – тезисы докладов на международных, европейских и всероссийских конференциях.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, библиографического списка и приложения. Работа изложена на 155 страницах и включает 35 рисунков и 33 таблицы, в том числе 12 таблиц приложения. Библиографический список состоит из 232 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационного исследования, указана его связь с крупными научными программами, сформулированы цели и задачи исследования, выделены его объект и предмет, обоснованы достоверность, научная новизна и практическая значимость представленных в работе результатов экспериментальных исследований, сформулированы основные положения, выносимые на защиту, обозначен личный вклад соискателя, представлена апробация результатов диссертационной работы, описаны её структура и объём.

В первой главе приведен краткий обзор результатов, достигнутых в разработке теории конденсированных сред, а также работ, использующих эмпирический подход к решению существующих проблем физики жидкости. Дано обоснование целесообразности проведения исследований калорических и упругих свойств отдельных классов веществ в жидком состоянии. Показано, что, несмотря на успехи, достигнутые в изучении равновесных свойств жидкости, остаётся много проблем, решение которых представляет существенный научный и практический интерес. До сих пор не существует завершенной физической теории, способной объяснить и с достаточной точностью прогнозировать равновесные и другие свойства даже в случае простых одноатомных жидкостей. Еще более существенные проблемы возникают при описании указанных свойств более сложных многоатомных конденсированных систем.

В сложившейся ситуации экспериментальные методы исследования приобретают первостепенное значение, а использование обширного эмпирического материала о различных свойствах отдельных классов веществ в жидком состоянии, несомненно, будет способствовать решению задач, стоящих перед физикой жидкости.

Вторая глава состоит из вводной и основной частей. В первой рассмотрены особенности молекулярного строения и структуры предельных неразветвлённых углеводородов и их галогенопроизводных, приводится краткий обзор работ, посвящённых экспериментальному изучению равновесных свойств указанных веществ. Дано обоснование выбора в качестве объектов исследования бромзамещённых нормальных предельных углеводородов, обладающих удивительным сочетанием физико-химических, химических и потребительских свойств по сравнению с другими аналогами галогенопроизводных н-алканов и чрезвычайно важных с точки зрения использования их в органическом синтезе.

Во второй (основной) части главы описана модернизированная автором экспериментальная импульсно-фазовая установка для измерения скорости распространения ультразвуковых волн в исследуемых жидкостях на линии насыщения, разработанная в лаборатории молекулярной акустики КГУ. Указанная модернизация установки состоит в использовании современной измерительной аппаратуры с целью улучшения режима термостатирования за счёт использования прецизионных криостатов и платиновых термометров сопротивления, а также в применении более чувствительных пьезопластин.

Рассмотрены используемые методики измерения плотности и скорости ультразвука на линии насыщения с описанием системы термостатирования и контроля температуры. Для измерения скорости распространения ультразвуковых волн малой амплитуды в жидких галогенозамещённых предельных углеводородах использовался прецизионный импульсно-фазовый метод фиксированного расстояния с режимом многократного отражения от приёмной и передающей пьезопластин. Для измерения плотности исследованных жидкостей при атмосферном давлении использовался пикнометрический метод.

Представлены результаты контрольных измерений и дана оценка погрешности полученных результатов.

В третьей главе собраны рекомендованные для использования в различных теплофизических расчётах данные о температурах плавления и кипения, критических параметрах, показателях преломления для первичных н-алканов и их фтор-, хлор-, бром- и йодзамещённых с числом углеродных атомов в молекуле от 1 до 20. Показано, что наименее изученными являются бром- и йодзамещённые углеводороды.

Выполнен сравнительный анализ теплофизических свойств н-алканов и их первичных моногалогенозамещённых. Установлено наличие простых зависимостей, характеризующих общие тенденции изменения этих свойств от длины углеродной цепи и свойств атома галогена.

Представлены результаты оригинальных экспериментальных исследований плотности и скорости ультразвуковых волн малой амплитуды в бездисперсной мегагерцовой области частот для жидкой фазы бромзамещённых н-алканов с числом углеродных атомов в молекуле от 3 до 12 вдоль линии насыщения для температурного интервала (243,15–423,15) К (рис. 1–2).



Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.