Введение 4
Глава 1. Литературный обзор научных публикаций в области исследования водородо-связанных жидкостей 6
Глава 2. Краткие сведения о диэлектрической поляризации и релаксации полярных диэлектриков 18
2.1 Поляризация и релаксационные свойства жидких диэлектриков 18
2.2 Тангенс угла потерь 18
2.3 Поляризация 19
2.4 Соотношение Дебая 22
2.5 Время релаксации 23
2.6 Распределение Коула-Коула 24
2.7 Распределение Дэвидсона-Коула 24
2.8 Распределение Гаврильяк - Негами 25
2.9 Энергия активации 26
Глава 3. Методы измерений диэлектрической проницаемости 28
3.1 Метод с использованием коаксиального пробника 28
3.2 Метод с использованием линии передач 29
3.3 Метод измерения диэлектрической проницаемости в свободном
пространстве 31
3.4 Сравнение методов 32
Глава 4. Исследование структуры смесей вода-этанол методом диэлектрической спектроскопии 35
4.1 Объект исследования 35
4.2 Методика проведения эксперимента 38
4.3 Калибровка установки 40
4.4 Исследование первичных спиртов 41
4.5 Способ приготовления растворов 45
4.6 Результаты эксперимента 46
4.7 Обсуждение результатов 47
Заключение 53
Список литературы 54
Структура спиртов и их водно-спиртовых смесей является одной из принципиально важных вопросов физики, химии, биологии и медицины. Невзирая на большое количество работ, посвященных спиртам и водно- спиртовым системам, до сих пор нет единого взгляда на интерпретацию экспериментальных данных[1]. Это связано с тем что, на ряду с межмолекулярными взаимодействиями, которые свойственны простым жидкостям, в спиртах и водно-спиртовых системах присутствуют водородные связи, приводящие к коллективным тепловым движениям и ассоциированным структурам[2].
Первичные спирты являются хорошей модельной системой для понимания механизмов диэлектрической поляризации и релаксации. Одним из методов, позволяющих исследовать молекулярную подвижность жидкостей, на ряду с ЯМР и ДСК, является метод диэлектрической спектроскопии.
Основная суть метода диэлектрической спектроскопии состоит в том, что на диэлектрик подается слабое внешнее электрическое поле, в результате чего происходит поляризация диэлектрика и измеряется линейный отклик на воздействие электрическим полем.
Целью данной работы является исследование структуры смесей вода- этанол методом диэлектрической спектроскопии.
Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи:
1. Провести диэлектрические измерения ряда первичных спиртов
2. Провести анализ результатов измерений, рассчитать термодинамические параметры: т-время релаксации и Еа - энергия активации;
3. Приготовить смеси вода-этанол в широком диапазоне концентраций: от 0 до 100% содержания этанола в смеси;
4. Провести диэлектрические измерения и рассчитать термодинамические параметры т и Еа для всех концентраций смесей;
5. Установить связь структуры смесей вода-этанол с диэлектрическими термодинамическими параметрами.
В результате проделанной работы было выполнено исследование структуры смесей вода-этанол методом диэлектрической спектроскопии, цель работы достигнута, в ходе работы были решены следующие задачи:
1. Проведены диэлектрические измерения ряда первичных спиртов в температурном диапазоне: от 10 до 50 С, частотном диапазоне: от 10 Гц до 1010Гц;
2. В результате анализа полученных результатов построены температурные зависимости времени релаксации т и рассчитаны значения энергии активации процесса диэлектрической релаксации для трех первичных спиртов;
3. Приготовлены смеси вода-этанол в широком диапазоне концентраций: от 0 до 100% содержания этанола в смеси, измерены диэлектрические спектры смесей в диапазоне температур от -10 С до 30 С и рассчитаны термодинамические параметры Еа для всех концентрации;
4. Анализ концентрационной зависимости Еа для смесей вода-этанол позволил определить три характерные концентрации в которых происходит перестройка структуры раствора. Полученные результаты согласуются с данными приведенными в научной литературе.
