Вплив анізотропії потенціалу міжмолекулярної взає-модії на коефіцієнт поверхневого натягу модельних флюїдів
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe70.5.339Ключові слова:
метод Уанга–Ландау, анiзотропiя потенцiалу мiжмолекулярної взаємодiї, поверхневий натяг, лiнiя рiвноваги рiдина–параАнотація
Термодинамiчна та кiнетична поведiнка рiдин iз суттєво рiзним характером мiжмолекулярної взаємодiї, таких як вода та аргон, демонструє певну подiбнiсть. Зокрема, кiнематична в’язкiсть та густина на лiнiї рiвноваги рiдина–пара у зведених координатах є близькими для аргону та води. Ця подiбнiсть пояснюється усередненням за орiєнтацiями потенцiалу мiжмолекулярної взаємодiї молекул. Виникає питання, наскiльки унiверсальною є виявлена закономiрнiсть. Метою роботи є дослiдження таких теплофiзичних параметрiв системи двоатомних молекул, як коефiцiєнт поверхневого натягу та густина на лiнiї рiвноваги рiдина–пара, а також вплив несферичностi частинок на вiдповiднi властивостi. Методом Уанга–Ландау у великому канонiчному ансамблi розраховано температурнi залежностi густини газової та рiдинної фази на лiнiї їх рiвноваги та коефiцiєнта поверхневого натягу систем частинок з нецентральною взаємодiєю. А саме, розглянуто системи двоатомних частинок, взаємодiя атомiв яких описується за допомогою потенцiалу Леннарда-Джонса. Дiаметр атомiв варiювався таким чином, щоб об’єм молекули залишався сталим. Проаналiзовано вплив несферичностi молекул на теплофiзичнi властивостi дослiдженого флюїду. Показано, що анiзотропiя потенцiалу мiжмолекулярної взаємодiї майже не впливає на густину рiдинної та газової фаз на лiнiї їх рiвноваги на вiдмiну вiд коефiцiєнта поверхневого натягу, для якого вплив анiзотропiї потенцiалу мiжмолекулярної взаємодiї є помiтним, особливо при низьких температурах.
Посилання
1. J.N. Israelachvili. Intermolecular and Surface Forces (Academic Press, 2011).
2. D. Langbein Dieter. Capillary Surfaces: Shape-StabilityDynamics, In Particular Under Weightlessness (Springer, 2002).
3. H. Bruus. Theoretical Microfluidics (Oxford University Press, 2008).
4. V.I. Kalikmanov. Statistical Physics Of Fluids (Springer, 2001).
https://doi.org/10.1007/978-3-662-04536-7
5. L.A. Bulavin, D.A. Gavryushenko, V.M. Sysoev. Molecular Physics: Textbook (Znannia, 2006) (in Ukrainian).
6. B. Nicolas-Apolinar, B. Ibarra-Tandi, J. Lopez-Lemus, D.P. Luis-Jimenez. Influence of molecular parameters on the representativeness of interfacial properties of simple fluids. J. Chem. Phys. 161, 054711 (2024).
https://doi.org/10.1063/5.0210919
7. M. Isaiev, S. Burian, L. Bulavin, W. Chaze, M. Gradeck, G. Castanet, S. Merabia, P. Keblinski, K. Termentzidis. Gibbs adsorption impact on a nanodroplet shape: Modification of Young-Laplace equation. J. Phys. Chem. B 122, 3176 (2018).
https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.7b12358
8. V. Mandrolko, G. Castanet, S. Burian, Y. Grosu, L. Klochko, D. Lacroix, M. Isaiev. Features of the contact angle hysteresis at the nanoscale: A molecular dynamics insight. Phys. Fluids 36 (5), 052012 (2024).
https://doi.org/10.1063/5.0206801
9. M. Aleksandrovych, G. Castanet, S. Burian, F. Lemoine, D. Lacroix, M. Isaiev. Effect of surface nano-texturing on wetting properties: Molecular dynamics study. Ukr. J. Phys. 65, 817 (2020).
https://doi.org/10.15407/ujpe65.9.817
10. S. Burian, Y. Shportun, A. Yaroshchuk, L. Bulavin, D. Lacroix, M. Isaiev. Size-dependent wetting contact angles at the nanoscale defined by equimolar surfaces and surfaces of tension. Sci. Rep. 14, 31340 (2024).
https://doi.org/10.1038/s41598-024-82683-2
11. S. Burian, M. Isaiev, K. Termentzidis, V. Sysoev, L. Bulavin. Size dependence of the surface tension of a free surface of an isotropic fluid. Phys. Rev. E 95, 062801 (2017).
https://doi.org/10.1103/PhysRevE.95.062801
12. O. Odriozola, M. Barcenas, P. Orea. Vapor-liquid surface tension of strong short-range Yukawa fluid. J. Chem. Phys. 134, 154702 (2011).
https://doi.org/10.1063/1.3578637
13. A. Ghoufi, P. Malfreyt. Calculation of the surface tension of water: 40 years of molecular simulations. Mol. Simulat. 45, 295 (2019).
https://doi.org/10.1080/08927022.2018.1513648
14. S. Stephan, J. Liu, K. Langenbach, W.G. Chapman, H. Hasse. Vapor-liquid interface of the Lennard-Jones truncated and shifted fluid: Comparison of molecular simulation, density gradient theory, and density functional theory. J. Phys. Chem. C 122, 24705 (2018).
https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.8b06332
15. D. Duque, L.F. Vega. Some issues on the calculation of interfacial properties by molecular simulation. J. Chem. Phys. 121, 8611 (2004).
https://doi.org/10.1063/1.1802672
16. J.G. Sampayo, F.J. Blas, E. de Miguel Enrique, E.A. Muller, G. Jackson. Monte Carlo simulations of the liquidvapor interface of Lennard-Jones diatomics for the direct determination of the interfacial tension using the test-area method. J. Chem. Eng. Data 55, 4306 (2010).
https://doi.org/10.1021/je100450s
17. A.N. Grigoriev, Yu.I. Kuzovkov, I.V. Markov, L.A. Bulavin. Particle-shape effect on thermophysical properties of model liquid systems. Solutions of hard spherocylinders. Ukr. J. Phys. 66, 837 (2021).
https://doi.org/10.15407/ujpe66.10.873
18. A.I. Fisenko, N.P. Malomuzh, A.V. Oleynik. To what extent are thermodynamic properties of water argon-like. Chem. Phys. Lett. 450, 297 (2008).
https://doi.org/10.1016/j.cplett.2007.11.036
19. N.P. Malomuzh, V.N. Makhlaichuk. On the similarity of the self-diffusion and shear viscosity coefficients in lowmolecular liquids. J. Mol. Liq. 295, 111729 (2019).
https://doi.org/10.1016/j.molliq.2019.111729
20. V.E. Chechko, V.Ya. Gotsulskiy, N.P. Malomuzh. Similarity degrees and differences of argon, hydrogen sulphide, water, methanol and ethanol on their coexistence curves. J. Mol. Liq. 317, 113941 (2020).
https://doi.org/10.1016/j.molliq.2020.113941
21. M.P. Allen, D.J. Tildesley. Computer Simulation of Liquids (Oxford University Press, 2017).
https://doi.org/10.1093/oso/9780198803195.001.0001
22. G. Ganzenmueller, P.J. Camp. Applications of WangLandau sampling to determine phase equilibriain complex fluids. J. Chem. Phys. 127 (15), 154504 (2007).
https://doi.org/10.1063/1.2794042
23. C. Desgranges, J. Delhommelle. Evaluation of the grandcanonical partition function using expanded Wang-Landau simulations. I. Thermodynamic properties in the bulk and at the liquid-vapor phase boundary. J. Chem. Phys. 136, 184107 (2012).
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
