CC BY
26
УДК 534.14:544.032.7
DOI: 10.18698/1812-3368-2017-1-92-102
АНАЛИЗ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ АКУСТИЧЕСКОЙ РЕЛАКСАЦИИ РЯДА НЕИОНОГЕННЫХ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ И ИХ РАСТВОРОВ
С.В. Мысик
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Российская Федерация
Аннотация
Приведены сравнительный анализ релаксационных и термодинамических параметров быстрых и сверхбыстрых процессов, протекающих в используемых на практике неионогенных поверхностно-активных веществах и их растворах, а также зависимость указанных параметров от температуры (в диапазоне значений 253...333 К) и строения поверхностно-активных веществ. Значения релаксационных и термодинамических параметров рассчитаны на основе анализа акустических спектров скорости и поглощения звука в некоторых неионоген-ных поверхностно-активных веществах и их растворах в диапазоне значений частоты 12 МГц...2 ГГц. Рассмотрены возможные молекулярные механизмы процессов перестройки структуры исследованных поверхностно-активных веществ и их растворов
Ключевые слова
Акустический спектр, скорость звука, поглощение звука, неионо-генное мицеллообразующее поверхностно-активное вещество
Поступила в редакцию 14.03.2016 © МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017
Введение. Эффективным физико-химическим методом, позволяющим получить информацию о молекулярных механизмах процессов, протекающих в жидких системах, является метод акустической спектроскопии скорости и поглощения звука [1-8]. Этот метод позволяет изучить механизмы молекулярных процессов, протекающих в жидких системах, а также рассчитать их релаксационные и термодинамические параметры, необходимые при разработке технологий применения поверхностно-активных веществ (ПАВ), решении практических задач физической химии, химической промышленности, биофизики, повышения эффективности нефтеотдачи пластов.
Измерения скорости, поглощения звука, плотности и сдвиговой вязкости исследованных веществ выполнены в «Лаборатории растворов» Химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, результаты этих исследований опубликованы в работах [9, 10]. В качестве неионогенных ПАВ были исследованы оксиэтилирован-ные производные нормального децилового спирта
{СюН^ОС^С^)-ОН}-ОДС (п = 3,5,7) со степенями оксиэтилирования (п = 3, 5, 7). Кроме того, изучены растворы ОДСп (п = 3, 5, 7) в дибутиловом эфире. Анализ акустических спектров, расчет релаксационных и термодинамических параметров исследованных веществ проведен по методике, описанной в работе [8].
Сравнительный анализ экспериментальных результатов. Сравнительный анализ акустических спектров и параметров исследованных растворов ОДСп (п = 3, 5, 7) показал, что их описание больше соответствует релаксационной теории, чем нелокально-диффузионной теории Исаковича — Чабан [8]. Акустические спектры исследованных веществ в изученных диапазонах частоты и температуры не могут быть описаны вследствие погрешностей эксперимента одной простой областью дисперсии, а только двумя областями дисперсии. Расчеты выполнены методом последовательных приближений путем минимизации суммы квадратичных отклонений расчетных значений величин а / /2 и скорости звука от экспериментальных значений по формулам:
_а = Г 2%2е ^ Ьрз1 трз1 + в 12 I Со ) , 1 + ю2трй '
£0У = 1 Ьр${ю2тра2 с ) , 1 + ю2трщ
Здесь а — значение амплитудного коэффициента поглощения звука, соответствующего области релаксации; С — скорость звука на частоте /; с0 — скорость звука на частотах / ^ т^; Ьрь — акустическая релаксационная сила, которая показывает степень чувствительности акустических свойств жидкости к
п с Трт реакции; Р — давление; Ь — энтропия; тр$ = --- — время релаксации при
(1_ Ьрь)
постоянных давлении Р и энтропии Ь, давлении Р и температуре Т; ю = 2ж/ — круговая частота; т, — время релаксации соответствующей области дисперсии; В — высокочастотный предел величины а / /2; Ь{ т, = А, — амплитуда релаксации. Погрешности определения величин А,, Ь и т, составили 5.10 %, величины В — 10.20 %.
Значения релаксационных параметров, рассчитанных в предположении, что акустические спектры а/ /2 (^ /) в исследованных диапазонах значений частоты и температуры состоят из двух простых областей акустической дисперсии для ОДСп и их растворов в дибутиловом эфире, приведены в табл. 1.
Таблица 1
Значения релаксационных параметров в системах ОДС„ — дибутиловый эфир
Мольные доли вещества в растворе ОДС3 Т, K А1 • 1015, м • с2 А2-1015, м • с2 X1 •iö12, с х2 •Ш12, с b •Ю2 Ь2 •Ю2
1,0 С 263 Система О 960 ДС3 — дибу 420 тиловый сп 3200 ирт 160 2,3 21
273 530 370 3200 160 1,3 18
Продолжение табл. 1
Мольные доли вещества в растворе ОДС3 Т, K ¿1 -1015, м• с2 ¿2 -1015, м•с2 Xj -1012, с х2 -1012, с Ь -102 Ь2-102
Система ОДС3 — дибутиловый спирт
283 310 280 2830 160 0,8 14
1,0 293 170 230 2640 150 0,5 11
303 120 200 2520 140 0,3 10
263 570 290 3300 230 1,3 10
273 320 210 2590 200 0,9 8
0,7 283 170 190 2410 180 0,5 8
293 90 160 1590 170 0,4 7
303 80 110 940 140 0,6 5
263 410 210 2730 130 1,1 12
273 240 150 2100 110 0,8 9
0,5 283 130 110 1390 100 0,7 7
293 100 90 1230 90 0,5 7
303 60 80 1030 80 0,4 7
Система ОДС5 — дибутиловый спирт
263 1410 520 3200 160 3,5 26
273 760 420 3100 160 1,9 21
1,0 283 470 290 2940 160 1,2 14
293 240 270 2750 145 0,6 14
303 190 230 2700 140 0,5 11
263 980 350 2950 150 2,3 16
273 580 270 2810 130 1,5 15
0,7 283 350 230 2250 114 1,1 13
293 230 180 1980 100 0,8 12
303 160 150 1760 90 0,6 11
263 720 260 2900 130 1,7 14
273 460 240 2700 114 1,2 14
0,5 283 250 180 1980 100 0,9 13
293 180 170 1740 90 0,7 13
303 120 160 1670 80 0,5 13
Система ОДС7 — дибутиловый спирт
263 3670 490 3000 160 11,2 28
273 810 480 2780 160 2,4 25
1,0 283 490 340 2570 145 1,5 19
293 320 260 2520 145 1,0 14
303 260 200 2400 145 0,8 10
263 2960 370 3050 180 7,8 12
273 580 350 2690 160 1,5 15
0,7 283 340 280 2580 145 0,9 14
293 260 170 2300 130 0,8 9
303 160 160 2050 120 0,5 9
Окончание табл. 1
Мольные доли вещества в растворе ОДС3 Т, K А1 •Ю15, м• с2 А2-1015, м•с2 Xj -1012, с х2 -1012, с b -102 ьг -102
0,5 С 263 истема О 1520 ДС7 — дибу1 330 пиловый сп 3400 ирт 130 3,3 18
273 500 280 3180 110 1,2 18
283 310 230 2490 100 0,9 17
293 240 170 2340 90 0,8 14
303 190 130 1630 80 0,8 11
Результаты. Время релаксации первой (Т) и второй (Т2) областей дисперсии в ОДСя (п = 3, 5, 7) очень слабо зависит от температуры. Для чистых ОДС„
31 (т Т)
значения эффективных энтальпий активации AHf = ^^ ' Я рассматриваемых релаксационных процессов близки к нулю [7]. Эти значения, рассчитанные методом наименьших квадратов для ОДСп (п = 3, 5, 7) и их растворов в дибути-ловом эфире, приведены в табл. 2.
Таблица2
Значения эффективных энтальпий активации для первой (числитель) и второй (знаменатель) областей акустической дисперсии в системе ОДС„ — дибутиловый эфир, кДж/моль
ОДС, Мольная доля ОДС„
1,0 0,7 0,5
ОДС3 0/0 14/6 14/6
ОДС5 0/0 6/6 7/6
ОДС7 0/0 5/5 7/6
Для всех ОДСп (п = 3,5,7) релаксационные силы Ъх и Ь2, амплитуды релаксации Ах и А2, высокочастотный предел В монотонно уменьшаются с повышением температуры, что характерно для структурной релаксации [7]. Амплитуда релаксации первой области дисперсии Ах в ОДСп (п = 3,5,7) в диапазоне значений температуры 263.323 К снижается в 20-50 раз.
С увеличением числа п оксиэтилированных групп в ОДСп (п = 3,5,7) наблюдается возрастание амплитуды Ах. Амплитуда релаксации второй области дисперсии А2 ОДСп(п = 3,5,7) в диапазоне значений температуры 263.323 К уменьшается в 3-4 раза и не зависит от числа п оксиэтилированных групп для соответствующих значений температуры.
Согласно данным, приведенным в табл. х, отношение релаксационных сил Ъ2 / Ъх в зависимости от температуры равно 10 и больше. Релаксационная сила Ъх в растворе ОДСп (п = 3,5,7) возрастает с увеличением степени оксиэтилиро-вания п для соответствующих значений температуры. Релаксационная сила Ъ2
в пределах погрешностей эксперимента не зависит от степени оксиэтилирова-ния n в растворе ОДСп (n = 3,5,7). Для всех исследованных объектов в диапазоне значений температуры 263...323 К релаксационная сила b1 уменьшается более чем на порядок, а релаксационная сила b2 — примерно в 3 раза. Анализ дисперсии скорости звука показывает, что в исследованных диапазонах значений частоты и температуры для растворовОДСп (n = 3,5,7) дисперсия не превышает 10 % и уменьшается с увеличением температуры.
Акустические спектры растворов ОДСП ( n = 3,5,7) в дибутиловом эфире. Исследования акустических спектров растворов позволяют получить информацию о строении и молекулярных механизмах процессов, протекающих в этих растворах, и в некоторых случаях дополнительные сведения о строении и молекулярных механизмах процессов перестройки структуры при тепловом движении молекул в чистых жидкостях.
В связи с этим были проведены измерения акустических спектров растворов ОДСп (n = 3,5,7) в химически чистом дибутиловом эфире. Дибутиловый эфир {C4H9 OC4 H9 } был выбран в качестве растворителя по следующим причинам. Во-первых, все исследованные ОДСп (n = 3,5,7) растворяются дибутиловым эфиром в достаточно широком диапазоне значений концентрации, что возможно для очень ограниченного числа растворителей. Диапазон значений концентрации ОДСп (n = 3,5,7) изученных растворов составил 0,1.0,7 мольной доли чистого вещества. Во-вторых, вязкость дибутилового эфира значительно меньше вязкости ОДСп (n = 3,5,7). Уменьшение вязкости растворов ОДСп (n = 3,5,7) при снижении их концентрации может приводить к уменьшению времени релаксации простых областей дисперсии. В-третьих, исследования акустических спектров растворов ОДСп (n = 3,5,7) в одном и том же растворителе позволят получить дополнительную информацию о зависимости свойств растворов ОДСп (n = 3,5,7) от степени оксиэтилирования n. В-четвертых, в изученных диапазонах значений частоты и температуры дибутиловый эфир имеет малое поглощение, что облегчает обработку, анализ и расшифровку акустических спектров растворов ОДСп (n = 3,5,7). Например, при температуре 263 К и частоте f = 36 МГц поглощение в дибутиловом эфире составляет а/ f2 = 52-10-15 м-1 • с2, а при частоте f = 2000 МГц — а/ f2 = 46-10-15 м-1 • с2. Кроме того, дибутиловый эфир сравнительно малолетуч (Т = 126 °С), что способствует сохранению компонентного состава исследуемых растворов в эксперименте. Экспериментальное исследование акустических свойств растворов ОДСп ( n = 3,5,7 ) в дибутиловом эфире было проведено для концентраций (Х, — 0,7, 0,5, 0,1 мольная доля ОДСп (n = 3,5,7)). Каждый раствор был экспериментально исследован в том же диапазоне значений частоты, что и чистые растворы ОДСп (n = 3,5,7), в диапазоне значений темпера-
туры 263.303 К. Измерены плотность р, сдвиговая вязкость %, рассчитаны адиабатическая сжимаемость р5 и классическое поглощение звука акл/ /2 растворов ОДСп (п = 3,5,7), значения которых приведены в работах [9, 10]. Плотность исследованных растворов ОДСп (п = 3,5,7) линейно возрастает с понижением температуры. Концентрационная зависимость плотности растворов ОДСп (п = 3,5,7) в дибутиловом эфире имеет нелинейный вид. С увеличением степени оксиэтилирования п в растворе ОДСп (п = 3,5,7) плотность и вязкость исследованных систем возрастают. При повышении концентрации растворителя вязкость растворов ОДСп (п = 3,5,7) уменьшается. Зависимость вязкости г\з от
обратной температуры Т 1 имеет нелинейный вид.
Адиабатическая сжимаемость монотонно уменьшается с понижением температуры, с увеличением концентрации растворов ОДСп (п = 3,5,7) в растворе и числа оксиэтилированных групп п в молекуле ОДСп (п = 3,5,7). Результаты расчетов показали, что отношение объемной вязкости г\у к сдвиговой вязкости \ для раствора 0,7 мольных долей раствора ОДС3 в дибутиловом эфире при температуре Т = 303 К приблизительно равно 0,8. При уменьшении концентрации ОДСп (п = 3,5,7) в растворе отношение г\у / \ увеличивается, а при снижении температуры и увеличении степени оксиэтилирования п в растворе ОДСп (п = 3,5,7) отношение г\у / \ уменьшается. Для растворов концентрации 0,7 мольных долей ОДС5 и ОДС7 в дибутиловом эфире при температуре менее 293 К значение акл//2, связанное со сдвиговой вязкостью, превышает экспериментальное значение а / /2. Это свидетельствует о том, что в системе ОДСп (п = 3,5,7) — дибутиловый эфир в диапазоне значений частоты / <10 МГц существует по крайней мере еще один релаксационный процесс, наблюдающийся методами акустической спектроскопии. Этот вывод подтверждается выводами, сделанными для чистых растворов ОДСп ( п = 3,5,7 ) [8]. Значения релаксационных параметров, рассчитанные для систем ОДСп (п = 3,5,7 ) — дибутиловый эфир, приведены в табл. 1. Времена релаксации первой т1 (более низкочастотной) и второй т2 (более высокочастотной) простых областей акустической дисперсии отличаются на порядок и выше. С возрастанием температуры и уменьшением концентрации растворов ОДСп (п = 3,5,7) в исследованных растворах время релаксации т и т2 монотонно уменьшается. При концентрации 0,1 мольных долей чистого вещества и температуре более 273 К релаксационная частота ^ = Т21 выходит за пределы исследованного диапазона значений частоты.
31 ( т Т)
Значения эффективных энтальпий активации АН^ = з(( 1) Я для растворов ОДСп (п = 3,5,7) в дибутиловом эфире приведены в табл. 2. При уменьше-
нии концентрации ОДСп (n = 3,5,7) в исследованных растворах и с возрастанием температуры амплитуды релаксации Ai и А2 уменьшаются, причем в диапазоне значений температуры 263.303 К амплитуда А1 уменьшается на порядок больше, а амплитуда А2 — в 2-3 раза.
Результаты расчета релаксационных сил b1 и b2 показывают, что с уменьшением концентрации ОДСп ( n = 3,5,7 ) в растворе и с увеличением температуры значения b1 и b2 уменьшаются. Возрастание степени оксиэтилирования n в растворе ОДСп ( n = 3,5,7 ) приводит к некоторому возрастанию силы b1, в то время как сила b2 не зависит от концентрации раствора ОДСп ( n = 3,5,7) и степени оксиэтилирования n. Амплитуды релаксации А1, А2, релаксационные силы b1, b2 и высокочастотный предел В исследованных жидких систем монотонно уменьшаются с возрастанием температуры. Указанный факт позволяет предположить, что исследованные процессы в ОДСп ( n = 3,5,7 ) и их растворах в дибутиловом эфире обусловлены структурной релаксацией [7]. Для всех исследованных систем ОДСп ( n = 3,5,7) — дибутиловый эфир частотная зависимость скорости звука в изученных диапазонах значений частоты и температуры не превышает 10 %.
Анализ и интерпретация экспериментальных результатов. Процессы перестройки структуры ПАВ и их растворов при тепловом движении молекул взаимосвязаны с межмолекулярными взаимодействиями фрагментов молекул ПАВ и растворителя. Основными фрагментами молекул ОДСп ( n = 3,5,7 ) являются длинный углеводородный радикал Н-декан и оксиэтилированная группа {( ОСН2СН2 )n ОН|. В этих веществах могут наблюдаться процессы разрыва и
образования химических связей С-Н...С, С-Н...О и О-Н...О. Изучение свойств жидких углеводородов методами диэлектрической радиоспектроскопии показало следующее: процессы перераспределения связей С-Н...С и С-Н...О наблюдаются в диапазоне частоты f > 3 ГГц [1, 7], а энтальпия активации таких процессов составляет АН * = 3...5 кДж/моль. Указанные процессы не установлены в исследованиях, проведенных автором настоящей работы.
Экспериментальные исследования Н-спиртов методами акустической спектроскопии в диапазоне значений частоты 10 МГц.. .3 ГГц свидетельствуют о том, что в этих системах наблюдается дисперсия скорости и поглощения звука. Эти процессы обусловлены реакциями разрыва и образования связей типа О-Н...О [1, 7]. Акустические спектры Н-децилового спирта, являющегося фрагментом раствора ОДСп (n = 3,5,7), описываются двумя простыми областями дисперсии. Первая
(более низкочастотная) область дисперсии обусловлена процессами разрыва и образования связей типа О-Н. О в цепочечных ассоциатах Н-децилового спирта. Вторая (более высокочастотная) область может быть определена процессами диме-ризации. Сопоставление релаксационных параметров первой и второй областей акустической дисперсии растворов ОДСп ( n = 3,5,7) показывает, что они близки соответствующим значениям Н-децилового спирта. В связи с этим можно предпо-
ложить следующее: области дисперсии в ОДСп (п = 3,5,7) и их растворах в дибу-тиловом эфире обусловлены процессами разрыва и образования связей типа О-Н.О.
Полярная часть молекул ОДСп (п = 3,5,7) состоит из одинаковых оксиэтили-рованных фрагментов {(ОСН2СН2)п ОН}. Атомы кислорода и гидроксильная группа ОН этих фрагментов могут принимать участие в образовании внутримолекулярных и межмолекулярных водородных связей типа О-Н.О [1, 7]. Максимальное число связей типа О-Н.О, которое каждая молекула ОДСп может образовывать с соседними молекулами, равно п + 2. Две связи приходятся на гидроксильную группу ОН и по одной связи на атом кислорода каждой оксиэти-лированной группы. Большое число центров для образования связей О-Н.О на одну молекулу исследованных ПАВ дают основание предположить, что в ОДСп наряду с цепочечными ассоциатами могут образовываться фрагменты структур типа пространственно неупорядоченных сеток. С увеличением числа оксиэтили-рованных групп п (при одной и той же температуре) вероятность формирования квазикристаллических структур типа пространственно неупорядоченных сеток возрастает. Это предположение подтверждается экспериментально: при увеличении оксиэтилированных групп начиная с п > 12 уже при комнатной температуре растворы ОДСп представляют собой твердые вещества типа парафинов [8-10].
В результате теплового движения молекул структура жидких растворов ОДСп непрерывно меняется. В общем случае изменение пространственной структуры в жидкости можно рассматривать как совокупность большого числа независимых (для неколлективных процессов) и взаимосвязанных (для коллективных процессов) локальных перестроек структуры. В элементарных событиях неколлективных процессов принимают участие одна, две или три молекулы, которые достаточно хорошо изучены [1, 7]. В коллективных процессах участвует неопределенное число молекул, такие процессы характерны для квазикристаллических структур (типа пространственно неупорядоченных сеток). Согласно данным, приведенным в литературе [1, 7], реакции образования и распада одной связи О-Н.О являются более медленными, чем процессы разрыва и образования связей типа О-Н.О во фрагментах пространственно разветвленных сетчатых структур. Элементарные стадии коллективных процессов можно рассматривать как взаимосвязанную группу из многих простых событий, подобных процессу димеризации, которые протекают в различных элементах объема системы. Различия неколлективных и коллективных процессов проявляются главным образом в характере их зависимости от температуры и давления. В концентрированных растворах ПАВ могут образовываться обычные и «обратные» сферические, цилиндрические, дисковидные и другие мицеллярные структуры [11-14]. В процессе перестройки структуры жидкости при определенных условиях происходит взаимный переход обычных и «обратных мицелл», в котором основную роль играют коллективные процессы. Эти выводы могут быть сопоставимы с исследованными в растворах ОДСп процессами.
Выводы. Приведены результаты анализа термодинамических и релаксационных параметров быстрых и сверхбыстрых процессов перестройки структуры в жидких неионогенных мицеллообразующих ПАВ и их растворах. В качестве неионогенных ПАВ были исследованы оксиэтилированные производные нормального децилового спирта ОДСП (n = 3,5,7), а также их растворы в дибутило-вом эфире. Расчет параметров выполнен по данным акустических спектров скорости и поглощения звука в диапазонах значений частоты 12 МГц.2 ГГц и температуры 253.333 К. Показано, что акустические спектры могут быть описаны двумя простыми областями акустической дисперсии. Для этих областей рассчитаны значения релаксационных и термодинамических параметров. Проанализированы зависимости указанных параметров от температуры и строения молекул ПАВ. Рассмотрены возможные молекулярные механизмы процессов перестройки структуры исследованных ПАВ и их растворов. Изменение пространственной структуры жидких ОДСп можно рассматривать как совокупность большого числа независимых и взаимосвязанных локальных перестроек структуры. В исследованных диапазонах значений частоты и температуры эти процессы в ОДСп (n = 3,5,7) и их растворах в дибутиловом эфире могут быть обусловлены взаимосвязанными реакциями образования и распада связей типа О-Н.О. При этом в соответствии с теоретическими и экспериментальными данными реакции образования и распада одинарных связей О-Н.О являются более медленными, чем процессы разрыва и образования связей типа О-Н.О в фрагментах пространственно разветвленных сетчатых структур.
ЛИТЕРАТУРА
1. Молекулярные взаимодействия / Г. Ратайчак, У. Орвилл-Томас; пер. с англ.; под ред. А.М. Бродского. М.: Мир, 1984. 600 с.
2. Холмберг К., Йенссон Б., Кронберг Б., Линдман Б. Поверхностно-активные вещества и полимеры в водных растворах. М.: Бином, 2007. 528 с.
3. Гребеньков Д.С. Исследование релаксации модельного мицеллярного раствора. СПб.: СПбГУ, 2005. 145 с.
4. Слюсарев А.В., Персиянова М.А. Определение критической концентрации мицеллообра-зования в водных растворах ПАВ методом релеевского рассеяния света // Современные наукоемкие технологии. 2013. № 9. С. 64-65.
5. Хусаинов Р.Р. Обоснование комбинированной технологии повышения нефтеотдачи пластов с применением ПАВ в плазменно-импульсной технологии. СПб.: НМСУ «Горный», 2014. 146 с.
6. Башкирцева М.Ю. Композиции на основе неионогенных ПАВ для комплексного решения задач повышения нефтеотдачи, подготовки и транспортировки высоковязкой нефти. Дис. . д-ра техн. наук. Казань, 2009. 360 с.
7. Шахпаронов М.И. Механизмы быстрых процессов в жидкостях. М.: Высшая школа, 1980. 352 с.
8. Мысик С.В. Анализ акустических спектров скорости и поглощения звука в амфифильных жидкостях // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Физико-математические науки, 2015. №3 (225). С. 164-172. DOI: 10.5862/JPM.225.17
9. Мысик С.В., Шахпаронов М.И. Акустические свойства нормального децилового спирта (степень оксиэтилирования n = 3) и его растворов в дибутиловом эфире // Вестник МГУ. Химия. 1986. № 7779-86. С. 1-17.
10. Мысик С.В., Шахпаронов М.И. Акустические свойства нормального децилового спирта (степень оксиэтилирования n = 5, 7) и их растворов в дибутиловом эфире // Вестник МГУ. Химия. 1986. № 7780-86. С. 1-20.
11. Черемисин А.Н. Воздействие акустического поля на фильтрацию двухфазной жидкости в пористом коллекторе. Дис. ... канд. техн. наук. Тюмень, 2010. 164 с.
12. Хлебников В.Н. Коллоидно-химические процессы в технологиях повышения нефтеотдачи. Дис. ... д-ра техн. наук. Казань, 2005. 277 с.
13. Муджикова Г.В. Моделирование обратных мицелл методом молекулярной динамики. Дис. ... канд. хим. наук. СПб., 2006. 100 с.
14. Невидимое А.В. Исследование строения обратных мицелл методом молекулярной динамики. Дис. ... канд. хим. наук. Черноголовка, 2010. 114 с.
Мысик Сергей Васильевич — канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры «Физика» МГТУ им. Н.Э. Баумана (Российская Федерация, 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5).
Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:
Мысик С.В. Анализ термодинамических параметров акустической релаксации ряда неионо-генных поверхностно-активных веществ и их растворов // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки. 2017. № 1. C. 92-102. DOI: 10.18698/1812-3368-2017-1-92-102
ANALYSIS OF ACOUSTIC RELAXATION THERMODYNAMIC PARAMETERS OF SOME NONIONIC SURFACTANTS AND THEIR SOLUTIONS
S.V. Mysik [email protected]
Bauman Moscow State Technical University, Moscow, Russian Federation
Abstract
The study tested the relaxation and thermodynamic parameters of fast and ultrafast processes of some nonionic surfactants and their solutions used in practice. First, we analyzed these parameters, as well as their temperature dependence (in the range between 253 and 333 K) and their dependence on surfactants structure. Then, we calculated the relaxation and thermodynamic parameters according to the acoustic spectra of the sound velocity and absorption in some nonionic surfactants and their solutions in the frequency range from 12 MHz to 2 GHz. Finally, we examined the possible molecular mechanisms of reorganization processes of the investigated surfactants and their solutions
Keywords
The acoustic spectrum, sound velocity, sound absorption, micelle forming nonionic surfactant
REFERENCES
[1] Ratajczak H., Orville-Thomas W.J. On some problems of molecular interaction. Wiley, 1980.
[2] Holmber K., Jonsson B., Kronberg B., Lindman B. Surfactants and polymers in aqueous solutions. John Wiley & Sons, 2002. 562 p.
[3] Greben'kov D.S. Issledovanie relaksatsii model'nogo mitsellyarnogo rastvora [Research relaxation model micellar solution]. St. Petersburg, St. Petersburg State University Publ., 2005. 145 p.
[4] Slyusarev A.V., Persiyanova M.A. Determination of the critical micelle concentration in the aqueous surfactant solutions by Rayleigh scattering of light. Sovremennye naukoemkie tekhnologii [Modern High Technologies], 2013, no. 9, pp. 64-65 (in Russ.).
[5] Husainov R.R. Obosnovanie kombinirovannoy tekhnologii povysheniya nefteotdachi plas-tov s primeneniem PAV v plazmenno-impul'snoy tekhnologii [Substantiation of the combined technologies improve oil recovery with the use of surfactants in the plasma pulse technology]. St. Petersburg, NMSU "Gornyy ", 2014. 146 p.
[6] Bashkirtseva M.Yu. Kompozitsii na osnove neionogennykh PAV dlya kompleksnogo resheniya zadach povysheniya nefteotdachi, podgotovki i transportirovki vysokovyazkoy nefti. Diss. dokt. tekh. nauk [The compositions based on nonionic surfactants for complex problem solving enhanced oil recovery, preparation and transportation of heavy oil. Dr. tech. sci. diss.]. Kazan', 2009. 360 p.
[7] Shakhparonov M.I. Mekhanizmy bystrykh protsessov v zhidkostyakh [Mechanisms of fast processes in liquids]. Moscow, Vysshaya shkola Publ., 1980. 352 p.
[8] Mysik S.V. Analyzing the acoustic spectra of sound velocity and absorption in the am-phiphilic liquids. Nauch.-tekh. vedomosti SPbGPU. Fiz.-Mat. Nauki [St. Petersburg State Polytechnical University Journal. Physics and Mathematics], 2015, iss. 3 (225), pp. 164-172 (in Russ.). DOI: 10.5862/JPM.225.17
[9] Mysik S.V., Shakhparonov M.I. The acoustic properties of the normal decyl alcohol (degree of ethoxylation n = 3) and its solution in dibutyl ether. Vestnik MGU. Khimiya [Bulletin of the Moscow State University. Chemistry], 1986, no. 7779-86, pp. 1-17 (in Russ.).
[10] Mysik S.V., Shakhparonov M.I. The acoustic properties of the normal decyl alcohol (degree of ethoxylation n = 5, 7) and their solution in dibutyl ether. Vestnik MGU. Khimiya [Bulletin of the Moscow State University. Chemistry], 1986, no. 7780-86, pp. 1-20 (in Russ.).
[11] Tseremisin A.N. Vozdeystvie akusticheskogo polya na fil'tratsiyu dvukhfaznoy zhidkosti v poristom kollektore. Diss. kand. tekh. nauk [Influence of the acoustic field in the two-phase fluid filtration in porous reservoir. Cand. tech. sci. diss.]. Tyumen', 2010. 17 p.
[12] Hlebnikov V.N. Kolloidno-khimicheskie protsessy v tekhnologiyakh povysheniya nefteotdachi. Diss. dokt. tekh. nauk [Colloid-chemical processes in technologies of enhanced oil recovery. Dr. tech. sci. diss.]. Kazan, 2005. 32 p.
[13] Mudzhikova G.V. Modelirovanie obratnykh mitsell metodom molekulyarnoy dinamiki. Diss. kand. khim. nauk [Simulation of reverse micelles by molecular dynamics. Cand. chem. sci. diss.]. St. Petersburg, 2006. 100 p.
[14] Nevidimov A.V. Issledovanie stroeniya obratnykh mitsell metodom molekulyarnoy dinamiki. Diss. kand. khim. nauk [Investigation of reverse micelles by molecular dynamics. Cand. chem. sci. diss.]. Chernogolovka, 2010. 114 p.
Mysik S.V. — Cand. Sci. (Phys.-Math.), Assoc. Professor of Physics Department, Bauman Moscow State Technical University (2-ya Baumanskaya ul. 5, Moscow, 105005 Russian Federation).
Please cite this article in English as:
Mysik S.V. Analysis of Acoustic Relaxation Thermodynamic Parameters of Some Nonionic Surfactants and their Solutions. Vestn. Mosk. Gos. Tekh. Univ. im. N.E. Baumana, Estestv. Nauki [Herald of the Bauman Moscow State Tech. Univ., Nat. Sci.], 2017, no. 1, pp. 92-102. DOI: 10.18698/1812-3368-2017-1-92-102
