Search academic texts

Registration Number

0420U101952, Candidate dissertation

Title

Phase behavior of ionic solutions in the bulk and in a porous media: Primitive model with the explicit consideration of solvent

Author

Hvozd Marta V.,

popup.head Holovko Myroslav
popup.opponent Lebovka Mykola I.
popup.opponent Kostrobij Petro

Status

Кандидат фізико-математичних наук, 01.04.24, Фізика колоїдних систем

Date

05-11-2020

Description

Дисертацiя присвячена дослiдженню фазової поведiнки iонних розчинiв з явним врахуванням анiзотропного розчинника в об’ємi та в невпорядкованому пористому середовищi. Система представлена моделлю, що включає двi пiдсистеми: (i) iонна система заряджених твердих сфер HS (RPM модель); (ii) модель твердих сфероцилiндрiв HSC. Невпорядковане пористе середовище представлене замороженою матрицею випадково розмiщених твердосферних частинок. Як перший крок, досліджено систему вiдлiку, якою виступає HS/HSC сумiш. Для її опису узагальнено теорiю масштабної частинки SPT і проведено дослiдження фазової поведiнки суміші в об’ємi. Для такої моделi має мiсце iзотропно-нематичний фазовий перехiд: при певних концентрацiях кожної iз компонент через орiєнтацiйне впорядкування твердих сфероцилiндричних частинок спостерігається формування нематичної фази, коли анiзотропнi молекули орiєнтуються вздовж певного напрямку. З бiфуркацiйного аналiзу нелiнiйного iнтегрального рiвняння для унарної орiєнтацiйної функцiї розподiлу побудовано фазовi дiаграми спiвiснування iзотропної i нематичної фаз. Збiльшенння концентрацiї твердих сфер зсуває область спiвiснування в сторону менших значень густин твердих сфероцилiндрiв. Зi збiльшенням розмiрiв твердих сфер область спiвiснування розширюється, а зi збiльшенням упаковки твердих сфер — звужується. Використовуючи теорiю SPT, дослiджено фазову поведiнку даної HS/HSC сумiшi в невпорядкованому пористому середовищi. Для опису системи застосовано два пiдходи: (i) бiфуркацiйний аналiз нелiнiйного iнтегрального рiвняння на унарну орiєнтацiйну функцiю розподiлу; (ii) термодинамiчний пiдхiд, який грунтується на умовах фазової рiвноваги. В рамках біфуркаційного аналізу показано, що збiльшення упаковки матрицi зсуває область спiвiснування iзотропної i нематичної фаз в сторону менших значень упаковки сумiшi, при цьому область спiвiснування стає вужчою. В рамках термодинамiчного пiдходу показано, що в HS-HSC сумiшi при певних концентрацiях твердих сфер спостерiгається тенденцiя до розшаруваннz, яка проявляється у виникненнi нематичної фази, збагаченої твердими сфероцилiндрами та iзотропної фази, збагаченої твердими сферами. Дослiджено фазову поведiнку iонного плину з явним врахуванням нейтрального анiзотропного розчинника в об’ємi. Iонний плин задається обмеженою примiтивною моделлю RPM, яка складається з однакової кiлькостi позитивно i негативно заряджених твердих сфер однакових розмiрiв. Анiзотропний розчинник моделюється твердими сфероцилiндрами. Для опису термодинамiчних властивостей системи вiдлiку поєднано теорiю SPT та асоцiативне середньосферичне наближення AMSA. Вивчається вплив несферичностi молекул розчинника на фазову поведiнку “рiдина—рiдина” системи RPM-HSC шляхом розгляду “еквiвалентної” сумiшi RPM-HS, у якiй HS частинки розчинника мають такий же об’єм як HSC частинки в моделi RPM-HSC. Для дослiдження асоцiацiї мiж iонами порiвнюються результати, отриманi в наближеннях AMSA i MSA. Показано, що завдяки врахуванню асоцiативних мiжiонних ефектiв у рамках AMSA, на вiдмiну вiд MSA, несферичнiсть молекул розчинника може суттєво мiняти фазову дiаграму iонного плину через доданок вiд закону дiючих мас, що визначається контактним значенням бiнарної функцiї розподiлу iонiв. Використовуючи поєднанання теорiї SPT i наближення AMSA, дослiджено фазову поведiнку iонного плину з явним врахуванням нейтрального анiзотропного розчинника у невпорядкованому пористому середовищi. Показано, що пориста матриця сприяє орiєнтацiйному впорядкуванню сфероцилiндрiв у збагаченiй розчинником фазi та зсуває область спiвiснування в сторону менших густин та вищих температур. Збiльшення несферичностi частинок розчинника розширює область фазового спiвiснування i зсуває в сторону вищих температур. Збiльшення тиску в системi сприяє змiщенню областi фазового спiвiснування “рiдина—рiдина” в сторону вищих температур i бiльших густин. Дослiджено, що невпорядковане пористе середовище знижує ступiнь дисоцiацiї iонiв. Виявлено, що ступiнь дисоцiацiї вздовж кривих спiвiснування у збагаченiй розчинником фазi є менший, нiж у збагаченiй iонами фазi. Це означає, що спарюювання iонiв вiдбувається бiльшою мiрою у збагаченiй розчинником фазi. Ця робота — перше теоретичне дослiдження iонних плинiв, коли вивчається вплив анiзотропностi розчинника на фазову поведiнку системи, i, на додаток до цього, вплив невпорядкованого пористого середовища.