Квазигомогенное приближение для описания свойствдисперсных систем. Основные подходы к моделированию процессов отвержденияв дисперсных силикатных системах. Часть 4. Основные подходы к моделированию кинетики процессов золь-гель перехода
Автор: Кудрявцев П.Г., Фиговский О.Л.
Журнал: Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал @nanobuild
Рубрика: Международный опыт
Статья в выпуске: 4 т.7, 2015 года.
Бесплатный доступ
В этой статье мы рассматривали возможности применения квазигомогенного приближения для описания свойств дисперсных систем. Мы использовали статистический полимерный метод на основе рассмотрения усредненных структур всех возможных макромолекул одинакового веса. Выведены уравнения, позволяющие оценить многие аддитивные параметры макромолекул и содержащих их систем. Статистический полимерный метод позволяет моделировать разветвленные, сшитые макромолекулы и содержащие их системы, находящиеся в состоянии равновесия или в неравновесном состоянии. Фрактальное рассмотрение статистического полимера позволяет моделировать различные виды случайного фрактала и других объектов, изучаемых методами фрактальной теории. Способ статистического полимера применим не только к полимерам, но также и к композитам, гелям, ассоциатам в полярных жидкостях и другим агрегативным системам. В данной работе было описано состояние коллоидных растворов оксида кремния с точки зрения статистической физики. Такой подход основан на идее, состоящей в том, что коллоидный раствор диоксида кремния - золь диоксида кремния - состоит из очень большого числа взаимодействующих друг с другом частиц, находящихся в непрерывном движении. Она посвящена изучению идеализированной системы сталкивающихся, но не взаимодействующих частиц золя. Был проведен анализ поведения золя кремнезема с точки зрения распределения Максвелла-Больцмана, и была рассчитана средняя длина свободного пробега коллоидных частиц. На основании этих данных было рассчитано количество частиц, способных преодолеть потенциальный барьер при столкновении. Для моделирования кинетики золь-гель перехода были рассмотрены различные подходы.
Квазигомогенное приближение, дисперсные системы, статисти- ческий полимерный метод, образование сшивок, фрактальный метод, коллоидный раствор, кремнезоль, золь-гель переход, длина свободного пробега
Короткий адрес: https://sciup.org/14265777
IDR: 14265777 | УДК: 69.001.5 | DOI: 10.15828/2075-8545-2015-7-4-16-41
Quasi-homogenous approximation for description of the properties of dispersed systems. The basic approaches to modeling hardening processesin dispersed silica systems. Part IV. The main approaches to modeling the kinetics of the sol-gel transition
The paper deals with possibilities to use quasi-homogenous approximation for description of properties of dispersed systems. The authors applied statisti- cal polymer method based on consideration of average structures of all possible macromolecules of the same weight. The equations which allow evaluating many additive parameters of macromolecules and the systems with them were deduced. Statistical polymer method makes it possible to model branched, cross-linked macromolecules and the systems with them which are in equilibrium or non-equi- librium state. Fractal analysis of statistical polymer allows modeling different types of random fractal and other objects examined with the methods of fractal theory. The method of fractal polymer can be applied not only to polymers but also to composites, gels, associates in polar liquids and other packaged systems. There is also a description of the states of colloid solutions of silica oxide from the point of view of statistical physics. This approach is based on the idea that colloid solu- tion of silica dioxide - sol of silica dioxide - consists of enormous number of in- teracting particles which are always in move. The paper is devoted to the research of ideal system of colliding but not interacting particles of sol. The analysis of be- havior of silica sol was performed according to distribution Maxwell-Boltzmann and free path length was calculated. Using this data the number of the particles which can overcome the potential barrier in collision was calculated. To model kinetics of sol-gel transition different approaches were studied.
Список литературы Квазигомогенное приближение для описания свойствдисперсных систем. Основные подходы к моделированию процессов отвержденияв дисперсных силикатных системах. Часть 4. Основные подходы к моделированию кинетики процессов золь-гель перехода
- Smoluchowski Marian Ritter von Smolan. Versuch Einer Mathematischen Theorier der Koagulationskinetik Kolloider Lösungen, Zeitschrift Fur Physikalische Chemie, V. 92, p. 129-168, (1917).
- Schumann, T.E.W. (1940), Theoretical aspects of the size distribution of fog particles. Q.J.R. Meteorol. Soc., V. 66, pp. 195-208 DOI: 10.1002/qj.49706628508
- Ziff R.M., Stell G. Kinetics of polymer gelation. J. Chem. Phys. V. 73, Nо 7, p. 3492, (1980).
- Винокуров Л.И., Кац А.В. Степенные решения кинетического уравнения при стационарной коагуляции аэрозолей//Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. -1980. -Т. 16, № 6. -С. 601-607.
- Stockmayer W.H. Theory of Molecular Size Distribution and Gel Formation in Branched-Chain Polymers, The Journal of Chemical Physics, Vol. 11, pp. 45-55 (1943), DOI: DOI: 10.1063/1.1723803
- White W.H. On the form of steady-state solutions to the coagulation equations, J. of Colloid and Interface Science, Vol. 87, N 1, 1982, pp. 204-208.
- Лушников А.А. Некоторые новые аспекты теории коагуляции//Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. -1978. -Т. 14, № 10. -С. 1046-1054.
- Домиловский Е.Р., Лушников А.А., Пискунов В.Н. Моделирование процессов коагуляции методом Монте-Карло//ДАН СССР. -1978. -Т. 240, № 1. -С. 108-110.
- Бондарев Б.В., Калашников Н.П., Спирин Г.Г. Курс общей физики: в 3 кн. Книга 3. Статистическая физика. Строение вещества. -М.: Юрайт, 2013. -369 с.
- Жюльне Р. Фрактальные агрегаты//УФН. -1989. -Т. 157, № 2. -С. 339-357.
- Смирнов Б.М. Свойства фрактального агрегата//УФН. -1989. -Т. 157, № 2 -С. 357-360.
- Лифшиц Е.М., Питаевский Л.П. Статистическая физика. Часть 2. Теория конденсированного состояния//Теоретическая физика. -М.: Физматлит, 2004. -Т. IX. -496 с.
- Левеншпиль О. Инженерное оформление химических процессов. -М.: Химия, 1969.
- Лоскутов А. Нелинейная динамика, теория динамического хаоса и синергетика (перспективы и приложения)//Компьютеры. -1998. -№ 47. -15 с. Mikhailov A.S., Loskutov A.Yu. Chaos and Noise. -Springer, Berlin, 1996.
- Слеттери Дж. Теория переноса импульса, энергии и массы в сплошных средах. -пер. с англ. -М., 1978.
- Хейфец Л.И., Неймарк А.В. Многофазные процессы в пористых средах. -М., 1982.
- Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике -3 изд. -М., 1987.
- Frenkel D., Smit B. Understanding Molecular Simulation From Algorithms to Applications. San Diego, Academic Press, 2002.
- Allen M.P., Tildesley D.J. Computer Simulation of Liquids, Oxford, Oxford University Press, 1990.
- Romm F., Karchevsky V., Figovsky O. Combined Monte-Carlo/Тhermodynamic model of formation of microporous aggregate structure like silica from quaternary ammonium silicate solutions. Journal of Surfactants and Detergents (IF 1.515), 2000, Vol. 3 (4), pp. 475-481. Springer. http://onlinelibrary. wiley.com/doi/10.1002/1521-3919%2820020101%2911:1%3C93::AIDMATS93% 3E3.0.CO;2-F/abstract.
- Шмид Р., Сапунов В.Н. Неформальная кинетика. В поисках путей химических реакций. -М.:МИР, 1985. -264 с.
- Kudryavtsev P., Figovsky O. Nanomaterials based on soluble silicates, ISBN 978-3-659-63556-4, LAP Lambert Academic Publishing, 2014, 241 p.
- Кудрявцев П., Фиговский О. Наноматериалы на основе растворимых силикатов, ISBN 978-3-659-58361-2, LAP Lambert Academic Publishing, 2014, с. 155.
- Коробов В.И., Очков В.Ф. Химическая кинетика: Ведение с Mathcad/Maple/MCS. М.: Горячая линия -Телеком, 2009, 384 с.
- Волощук В.М., Седунов Ю.С. Процессы коагуляции в дисперсных системах, Гидрометеоиздат, Л.: 1975, 320 с.
- Кудрявцев П.Г., Фиговский О.Л. Квазигомогенное приближение для описания свойств дисперсных систем. Основные подходы к моделированию процессов отверждения в нанодисперсных силикатных системах. Часть I. Статистический полимерный метод//Нанотехнологии в строительстве. -2015. -Том 7, № 1. -С. 29-54. -DOI: DOI: 10.15828/2075-8545-2015-7-1-29-54
- Кудрявцев П.Г., Фиговский О.Л. Основные подходы к моделированию процессов отверждения в нанодисперсных силикатных системах. Часть II. Процессы отверждения с точки зрения статистической физики//Нанотехнологии в строительстве. -2015. -Том 7, № 2. -С. 62-84. -DOI: dx.doi. org/10.15828/2075-8545-2015-7-2-62-84.
- Кудрявцев П.Г., Фиговский О.Л. Основные подходы к моделированию процессов отверждения в нанодисперсных силикатных системах. Часть III. Преодоление энергетических барьеров//Нанотехнологии в строительстве. -2015. -Том 7, № 3. -С. 15-36. -DOI: DOI: 10.15828/2075-8545-2015-7-3-15-36
