Моделирование динамики структурных и ассоциативных функций воды при ее нагревании на основе параметров парафиновых углеводородов метанового ряда и представлений и. Ньютона кондратов В. К



Скачать 51.16 Kb.
Дата01.01.2013
Размер51.16 Kb.
ТипДокументы
МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ СТРУКТУРНЫХ И АССОЦИАТИВНЫХ ФУНКЦИЙ ВОДЫ ПРИ ЕЕ НАГРЕВАНИИ НА ОСНОВЕ ПАРАМЕТРОВ ПАРАФИНОВЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ МЕТАНОВОГО РЯДА И ПРЕДСТАВЛЕНИЙ И. НЬЮТОНА

Кондратов В.К.

Восточный научно-исследовательский углехимический институт, Екатеринбрг, Россия

Рахманин Ю.А., Михайлова Р.И.

НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина РАМН, Москва, Россия
Метан отличается от воды тем, что не имеет неподеленных электронных пар, поэтому при моделировании параметров соединений ряда метана и воды можно определить вклад этих неподеленных пар электронов воды в ее константы.

Водные кластеры также могут быть подобны кристаллам углерода, кремния и их соединений, поскольку молекула воды способна образовывать четыре водородных связи (ВС), а указанные элементы – четыре ковалентных связи. Поэтому структура водных кластеров может быть близка к структуре алмаза, графита, фуллеренов или различных силикат-анионов. Так, кристаллическая решетка обычного льда (Ih) имеет, подобно графиту, гексагональную структуру, а лед Ic, подобно алмазу, - кубическую структуру. В том и другом случае кристаллическая решетка формируется из тетраэдров.

В качестве модельных соединений использовали углеводороды нормального строения – н-бутан, н-пентан, н-гексан и др.

Если бы вода не образовывала ВС, то температура ее кипения была бы значительно ниже 100оC. Образование ВС повышает температуру кипения воды, поскольку при кипении испаряется не индивидуальная молекула воды, а ассоциат, содержащий несколько связанных молекул. В связи с этим, молекулярная масса (ММ) углеводорода, кипящего при 100оC и не образующего ВС, будет соответствовать ММ ассоциата воды.

На основании зависимости температур кипения парафиновых углеводородов от их ММ показано, что при 100оC кипит углеводород с ММ 101,9 атомных единиц (а.е.), что соответствует ассоциату, включающему 5,66 молекулы воды.

Известно, что в элементарной ячейке гидратов газов содержится одна молекула газа на 5,75 молекулы воды. Найденная нами величина близка к составу ячейки такого газ-гидрата, т.е., очевидно, при кипении воды в паровую фазу переходит ее клатрат.

Вода имеет также квазикристаллическую структуру, и состав этого ассоциата должен изменяться с температурой. Если бы вода не содержала систему ВС, то она имела бы более низкую температуру плавления. Поскольку температура плавления характеризует подвижность молекул углеводородов, то каждый углеводород, плавящийся при данной температуре, будет моделировать структуру ассоциатов в жидкой воде при этой же температуре.

С помощью зависимости температур плавления н-парафинов от их ММ найдено, что при 0оC вода образует ассоциат с ММ 191,9 а.е., включающий 10,66 молекулы воды.

Поскольку лед является гексагональной структурой, то он должен включать при 0оC ассоциат из 12 молекул воды.
В действительности, при 0оC вода содержит только 88,83% гексамеров, что указывает на распад его структуры.

Из зависимости числа молекул воды в ее ассоциате (n) от температуры установлено, что число молекул воды в нем увеличивается с повышением температуры от 3,22 при минус 140оC до 48 при 100оC.

Поскольку константы преобразования структуры воды в термическом процессе зависят от изменения ее ММ, структуры и размеров ассоциата, то для определения энергии изменения структуры воды при различных температурах построена зависимость логарифмов ММ ассоциата воды от обратной температуры, которая описывается кривой с пятью линейными участками с энергиями активации структуры ассоциатов воды, кДж/моль, в интервале температур равных: I.18,3 (41-100оC), II.7 (4-41оC), III.4.9 (4-минус 44оC), IV. 2,1 (минус 44- минус 120оC), V. 1.6 (минус 120-минус 140оC).

Следовательно, преобразование небольших ассоциатов воды (3,22-7,44 молекулы) при нагревании (охлаждении) проходит с меньшей энергией активации, в то время как формирование больших ассоциатов воды (48 молекул) протекает с энергией активации до 18,3 кДж/моль.

Бейлиным А.Ю., на основе представлений И. Ньютона, показано, что молекулярно-кинетическая структура жидкостей (воды) определяется следующими параметрами:

Размером жидкофазного зерна (фазовой частицы) (D1).

Структурно-кинетической постоянной вязкости, характеризующей объемную плотность (концентрацию) количества теплового движения молекул на контактах между фазовыми частицами жидкости (Cη).

Тепловой скоростью сдвига молекул (Ut).

Расстоянием, на которое распространяется единичное тангенциальное тепловое смещение (амплитудой теплового сдвига) молекулы от воображаемого положения равновесия, соответствующее расходу всего запаса тепловой энергии при тех же температурах и давлениях (lt).

Линейной постоянной вязкости, т.е. расстоянием, на которое должны сдвинуться непосредственно соседствующие (микроскопические и субмикроскопические) фазовые частицы, чтобы могло начаться течение (Lη).

Кратчайшим расстоянием между центрами молекул, находящимися на противоположных гранях фазовой частицы, которое должна преодолеть оболочечная молекула в плоскости взаимного сдвига фазовых частиц, чтобы началось течение жидкости (Lη)l.

Размером молекулы воды (rm).

Линейной константой вязкости воды в паровой фазе (Lη)g.

Числом молекул, формирующих оболочки фазовых частиц в одном моле жидкости (Nоб).

Числом фазовых частиц в одном моле жидкости (Nф).

Указанные выше макроструктурно-кинетические параметры воды должны быть связаны с числом молекул воды в составе ее ассоциата (n) при разных температурах, определенных нами методом структурного моделирования.

Нами получены зависимости значений D1, rm, Nоб, Nф, Cη, lt, Ut, (Lη)l, , lt и (Lη)g воды от ее величин n.

Установлено, что при увеличении величин n и температуры от 0 до 50оC параметры rm, Nоб, Cη, Ut и (Lη)g резко повышаются, а при температурах 50-100оC рост этих параметров с температурой происходит в меньшей мере.

Параметры D1, (Lg)l, lt и Lη воды при росте ее значений n при нагревании от 0 до 50оC, напротив, понижаются в большей мере, чем при температурах 50-100оC.

Следовательно, изменение (повышение) параметров rm, Nоб, Cη, Ut и (Lη)g воды находится в прямой связи с изменением (понижением) параметров D1, (Lg)l, lt и Lη и обусловлено уменьшением размера жидкофазного зерна воды и ростом размера ее ассоциата, которое является следствием непрерывного диспергирования (разрушения) льдоподобных частиц воды, происходящего во всем диапазоне нагрева воды от 0 до 100оC и особенно в интервале от 0 до 50оC.

Представляет интерес полученная нами, близкая к линейной, зависимость Nф от температуры и величин n, согласно которой параметры Nф воды увеличиваются с повышением числа молекул воды в ее ассоциате.

Следовательно, фазовые частицы И. Ньютона относятся к ассоциатам воды, которые мы установили и исследовали методом структурного моделирования.

Полученные нами данные указывают на взаимосвязь структурно-кинетических параметров воды с числом молекул в ее ассоциате при разных температурах, когда значительное повышение (понижение) параметров воды в области температур 0-40оC (n = 10,66-16,3 молекулы воды) приводит к относительно небольшому увеличению значений n, и при более слабом изменении (повышении-понижении) параметров воды при температурах 40-100оC (n = 16?3-48 молекул воды) относительно больше изменяются значения n.

Таким образом, структурно-кинетические характеристики воды зависят от динамики числа ее молекул в составе ассоциата.

Похожие:

Моделирование динамики структурных и ассоциативных функций воды при ее нагревании на основе параметров парафиновых углеводородов метанового ряда и представлений и. Ньютона кондратов В. К icon2. Моделирование структурных параметров системы кровообращения для обработки информации о ее состоянии
Методология моделирования структурных параметров сердечно-сосудистой системы с применением дифференциальных форм
Моделирование динамики структурных и ассоциативных функций воды при ее нагревании на основе параметров парафиновых углеводородов метанового ряда и представлений и. Ньютона кондратов В. К iconГидравлический расчет трубопроводов
Па, и температуре воды 5 0C. Определить, пренебрегая деформациями и расширением стенок труб, давление в трубопроводе при нагревании...
Моделирование динамики структурных и ассоциативных функций воды при ее нагревании на основе параметров парафиновых углеводородов метанового ряда и представлений и. Ньютона кондратов В. К iconПрогнозирование значений уровня временного ряда на основе уравнений фильтра калмана
...
Моделирование динамики структурных и ассоциативных функций воды при ее нагревании на основе параметров парафиновых углеводородов метанового ряда и представлений и. Ньютона кондратов В. К iconВ. М. Лутковский Метод молекулярной динамики, в основе которого лежит численное решение
Метод молекулярной динамики, в основе которого лежит численное решение уравнений Ньютона для взаимодействующих частиц, относится
Моделирование динамики структурных и ассоциативных функций воды при ее нагревании на основе параметров парафиновых углеводородов метанового ряда и представлений и. Ньютона кондратов В. К iconТермические и термокаталитические превращения низших парафиновых углеводородов
Химическая переработка углеводородных газов и газоконденсатов, состояние и перспективы развития в России и за рубежом
Моделирование динамики структурных и ассоциативных функций воды при ее нагревании на основе параметров парафиновых углеводородов метанового ряда и представлений и. Ньютона кондратов В. К iconМатематическое моделирование негауссовых случайных процессов на основе моментных функций высших порядков 05. 13. 18 Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

Моделирование динамики структурных и ассоциативных функций воды при ее нагревании на основе параметров парафиновых углеводородов метанового ряда и представлений и. Ньютона кондратов В. К icon"Применение законов Ньютона"
Отработать обязательные результаты учения по теме «Законы Ньютона», систематизировать учебный материал путем использования структурной...
Моделирование динамики структурных и ассоциативных функций воды при ее нагревании на основе параметров парафиновых углеводородов метанового ряда и представлений и. Ньютона кондратов В. К iconМетодические рекомендации к уроку «Значение законов Ньютона»
В начале урока следует повторить формулировки законов Ньютона наизусть и подчеркнуть их взаимосвязь. Например, из второго закона...
Моделирование динамики структурных и ассоциативных функций воды при ее нагревании на основе параметров парафиновых углеводородов метанового ряда и представлений и. Ньютона кондратов В. К iconУрок физики по теме "Второй закон Ньютона"
Ньютона и явление инерции, уметь объяснять на их основе природные явления, выяснить причину появления у тела ускорения, вывести формулу...
Моделирование динамики структурных и ассоциативных функций воды при ее нагревании на основе параметров парафиновых углеводородов метанового ряда и представлений и. Ньютона кондратов В. К iconПеречень вопросов для подготовки к экзамену по органической химии для студенов ii-хт и ii-нт
Ды и кетоны жирного ряда. Изомерия. Номенклатура. Способы получения: из спиртов, галогенпроизводных, непредельных углеводородов,...
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org