Сотрудники Омского государственного технического университета (ОмГТУ) построили решеточную модель и исследовали поведение двухкомпонентной газовой смеси при ее осаждении на поверхность твердого тела.

Полученные данные иллюстрируют практически все возможные варианты взаимодействия молекул на плоскости и могут быть полезны для истолкования результатов специалистов в самых разных областях химической науки. Работа выполнена при поддержке гранта Президентской программы исследовательских проектов Российского научного фонда (РНФ) и опубликована в журнале Physical Chemistry Chemical Physics.

Явление адсорбции имеет место практически во всех системах, где есть две и более фазы - однородные части с различающимися между собой свойствами. Суть адсорбции рассмотрим на следующем примере.

В воздухе летают, предположим, воробьи и синицы. Внутри своего вида они активно контактируют: конкурируют или взаимодействуют более мирно, однако, синицы с воробьями стараются не общаться. При изменении условий - повышении температуры или увеличении количества птиц - они опускаются на землю, "адсорбируются" на ее поверхности. Теперь им необходимо разместиться так, чтобы всем было комфортно и не возникало конфликтов. Происходит самопроизвольное перемещение, сопровождающееся разного рода контактами друг с другом, и логично, что каждый стремится затратить на это как можно меньше энергии. В конце концов, каждая птица находит себе место. Выбор кружка своих сородичей вполне понятен, но порой возникают весьма странные межвидовые скопления.

Описанное можно перенести в научную плоскость, если учесть, что птицы - молекулы газа, их вид - тип или сорт, а общение между ними - физическое взаимодействие. Как и в "птичьей" модели, причины скопления молекул разного типа не ясны и вызывают особый интерес ученых.

"В своей работе мы провели полный анализ поведения модели адсорбции смеси двух газов, оседающих на поверхность квадратной решетки. Мы считали, что адсорбированные молекулы одного типа реализуют всевозможные варианты взаимодействия друг с другом, но никак не реагируют на молекулы другого типа. Такая модель была исследована при абсолютном нуле и конечных - в данной работе порядка -173°C - температурах, причем фазовое поведение модели в обеих ситуациях качественно одинаково", - рассказывает Василий Фефелов, кандидат химических наук, старший научный сотрудник, начальник Научно-исследовательской части ОмГТУ.

Простая модель ученых продемонстрировала богатое разнообразие поведений адсорбционного слоя молекул газовой смеси на поверхности решетки при изменении внешних условий. Для их описания вернемся к примеру с птицами. В некоторых областях плоскости собирались кружки исключительно воробьиные или синичьи (в зависимости от того, кто испытывал большее давление от своих сородичей в воздухе), где-то вообще никого не оказалось. Такие пограничные случаи не представляют особого научного интереса, гораздо примечательнее те группы, в которых возникает общение между разными видами и образовываются особым образом упорядоченные скопления. Понимание того, какая энергетическая выгода у соседствующих молекул разных типов в конкретном взаимном расположении, позволяет организовывать заданные "кружки" при точном варьировании параметров среды.

"Мы считаем, что результаты нашей работы окажутся полезными для истолкования экспериментальных данных низкотемпературного гетерогенного, многофазного, катализа, процессов самосборки молекулярных структур на поверхности, разделения газовых смесей и так далее. В частности, наша работа показывает перспективы применения в различных отраслях науки и техники адсорбционного оборудования, позволяющего изменять параметры системы с точностью, сравнимой с соответствующим изменением энергии взаимодействий между молекулами", - заключает Василий Фефелов.

Похожие новости

  • 18/03/2021

    Учёные расширят перечень пригодных для 3D-печати материалов

    Ученые Томского государственного университета и ИФПМ СО РАН предложили новый способ 3D-принтинга, который позволяет использовать ранее недоступные для этого материалы: металлы, металлокерамику и даже высокоэнергетические материалы.
    891
  • 23/06/2021

    В России создан уникальный сплав для авиа и железнодорожного транспорта

    Ученые Национального исследовательского технологического университета "МИСиС" (НИТУ МИСиС) при участии коллег из Сибирского федерального университета и "НПЦ магнитной гидродинамики" (г.
    550
  • 24/12/2020

    Алексей Гоголев: «Мы сумели выполнить все обязательства и не снизить планку»

    И.о. руководителя Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ рассказал о достижениях коллектива школы в 2020 году, планах и задачах на следующий год.  2020 год в силу понятных причин стал для нас крайне непростым, но мы достойно выдержали удар, сумев выполнить все обязательства по грантам, программам, не допустить снижения основных индикаторов исследовательской деятельности.
    1088
  • 14/03/2018

    Физики помогут нефтяникам добывать больше углеводородов

    ​Российские ученые в составе международной группы разработали алгоритм для расчета проницаемости горных пород по их 3D-изображениям. Программа поможет нефтяникам выбирать наиболее эффективные схемы разработки месторождений.
    1429
  • 26/07/2021

    «Движущая сила науки – интерес»: физик из США в Томске изучает озон

    ​Профессор университета Центральной Флориды (США) Вячеслав Кокоулин приехал в Томский госуниверситет для работы над проектом «Озон: радиационные свойства на пороге диссоциации, процессы формирования, релаксации и распада; спектроскопическое обеспечение для моделирования спутниковых наблюдений».
    377
  • 03/06/2021

    Алмазные наноиглы для квантовых устройств и детекторов станут доступнее

    Российские ученые совместно с финскими коллегами усовершенствовали метод получения алмазных игл, что делает их более доступными для различных применений, включая квантово-оптические сенсоры. Новый способ использует синтез алмаза из смеси водорода и метана при активации газовой среды методом «горячей нити».
    1352
  • 09/04/2019

    Сибирские ученые оптимизируют работу электронных дисплеев органическими полупроводниками

    ​Ученые Новосибирского государственного университета (НГУ) займутся исследованием свойств органических полупроводников (материалов, используемых в электронике), чтобы повысить эффективность используемых сейчас электронных дисплеев, сообщил ТАСС руководитель лаборатории органической оптоэлектроники НГУ Евгений Мостович.
    2291
  • 11/04/2019

    Ученые ТПУ изучают, чем загрязнена река в промышленном районе Индии

    ​Исследователи Томского политехнического университета (ТПУ) привезли пробы воды из Дамодара – одной из самых грязных рек Индии; изучив состав и миграцию вредных веществ, политехники вместе с коллегами из России, Китая и Индии намерены предложить меры по очистке и предотвращению дальнейшего загрязнения реки, сообщила пресс-служба вуза.
    2076
  • 06/07/2021

    НГТУ НЭТИ и ОмГТУ создадут IT-консорциум по информационной безопасности

     На онлайн-площадке НГТУ НЭТИ состоялось обсуждение важнейшего вопроса в области информационной безопасности. Представители ООО «Предприятие «Элтекс», ООО «Системы информационной безопасности», Агентства стратегических инициатив (АСИ), кафедры защиты информации НГТУ НЭТИ и кафедры комплексной защиты информации ОмГТУ приняли решение о вступлении в консорциум в рамках планируемого Центра компетенций (ЦК) «Технологии доверенного взаимодействия».
    427
  • 29/08/2016

    В Новосибирске будут производить шагающие экзоскелеты для инвалидов

    ​Заместитель генерального директора по инновационному развитию "Инновационного медико-технологического центра" (Новосибирского медтехнопарка) Анатолий Аронов на круглом столе в рамках форума "Новосибирск- город безграничных возможностей" рассказал, что будут производить резиденты второй очереди медицинского промышленного парка.
    4107