Journal of Experimental and Theoretical Physics
HOME | SEARCH | AUTHORS | HELP      
Journal Issues
Golden Pages
About This journal
Aims and Scope
Editorial Board
Manuscript Submission
Guidelines for Authors
Manuscript Status
Contacts


ZhETF, Vol. 152, No. 6, p. 1374 (December 2017)
(English translation - JETP, Vol. 125, No. 6, December 2017 available online at www.springer.com )

Феноменологическая модель гидрофобных и гидрофильных взаимодействий
Меньшиков Л.И., Меньшиков П.Л., Федичев П.О.

Received: June 24, 2016

DOI: 10.7868/S0044451017120215

PDF (470.8K)

На основе феноменологической модели полярных жидкостей рассчитаны силы гидратации между макроскопическими телами на расстояниях L\lesssim 3 нм в чистой воде. Показано, что в зависимости от свойств поверхностей тел взаимодействующие поверхности по-разному поляризуют жидкость, а смачивающие свойства поверхностей полностью характеризуются двумя параметрами. Если поверхности гидрофильные, то молекулы жидкости поляризованы перпендикулярно им, а взаимодействие является отталкивающим и короткодействующим (силы взаимодействия экспоненциально убывают на характерной длине \lambda \approx 0.2 нм). Взаимодействие между гидрофобными поверхностями отличается большим разнообразием и менее изучено. Если при L\lesssim 3 нм в его характере имеются универсальные свойства, то при L\gtrsim 3 нм оно существенно зависит от свойств поверхностей и расстояния между ними, а также от состава полярной жидкости. В полном согласии с имеющимися экспериментами показано, что если границы раздела в основном гидрофобны, то при L\lesssim 3 нм взаимодействие является притягивающим и относительно дальнодействующим (\lambda \approx 1.2 нм). В этом случае результирующая поляризация молекул воды параллельна поверхностям. Показано, что силы гидратации определяются нелинейными эффектами поляризации жидкости в объеме или аналогичной нелинейностью взаимодействия воды с погруженным телом. Это означает, что силы взаимодействия не могут быть правильно рассчитаны в приближении линейного отклика. Силы, действующие между гидрофобными или гидрофильными поверхностями, по природе являются, соответственно, энтропийными или электростатическими. Показано, что гидрофобная и гидрофильная поверхности при L\lesssim 3 нм отталкиваются друг от друга. Рассчитанная величина их взаимодействия согласуется с экспериментами. Предсказано существование промежуточного режима, когда тело не может упорядочить молекулы жидкости, что приводит к значительно более слабому и притягивающему взаимодействию, уменьшающемуся обратно пропорционально квадрату расстояния между поверхностями тел. Обсуждается степень отличия микроскопической структуры жидкостей, заключенных в нанообъемах, от жидкостей в больших объемах. Предложенная модель применима для количественного описания свойств воды при температурах T, удовлетворяющих условию 0<\left (T-T_{c}\right )/T_{c}\ll 1, где T_{c}\approx 230 K - температура сегнетоэлектрического фазового перехода, наблюдаемого в переохлажденной воде. При нормальных условиях модель может быть использована для качественных оценок.

 
Report problems