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

  • 17/03/2017

    Ученые ТГУ предложили свой способ снижения веса самолетов

    Ученые Томского государственного университета разработали специализированное покрытие, благодаря которому на 30 и более процентов можно уменьшить вес летательных аппаратов. Созданная в ТГУ технология не имеет в России аналогов и позволит снизить расходы на запуск и эксплуатацию аэрокосмической техники.
    1366
  • 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.
    2561
  • 03/01/2019

    Обнаружены особенности образования соединений, мешающих добыче нефти и газа

    ​​Ученые из Института неорганической химии имени А.В. Николаева Сибирского отделения Российской академии наук (ИНХ СО РАН) исследовали реакцию образования кристаллических соединений воды и газа (газовых гидратов) с метастабильной (неустойчивой) структурой.
    801
  • 26/08/2016

    Российские и немецкие ученые разрабатывают молекулярные переключатели для электроники

    ​Физики из Томского госуниверситета (ТГУ). а также их коллеги из Германии, работают над изучением новых свойств органики, наблюдаемых при взаимодействии органических молекул с металлом. Перспективное исследование, как отмечают его авторы, найдет применение в молекулярной электронике будущего.
    1579
  • 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.
    378
  • 15/03/2017

    Молодые ученые Красноярска создают «умные нанофильтры»

    ​Молодые ученые из России и Украины приехали в Красноярск для работы над инновационным проектом. Научный коллектив создает в лаборатории мембраны, способные разделять компоненты жидких смесей. Ученые уверены: такая технология может найти свое применение в металлургической, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности.
    1331
  • 24/10/2017

    Ученые ОмГТУ разрабатывают технологию передачи данных для удаленной связи в Арктике

    ​Специалисты Омского государственного технического университета (ОмГТУ) при поддержке Российского научного фонда (РНФ) разрабатывают технологию передачи коротких сообщений по радиоканалу для удаленной связи в Арктике.
    697
  • 16/03/2018

    Омские ученые заставили молекулы строить «лестницы дьявола»

    ​Ученые из Омска заставили одиночные звенья полимерных молекул самостоятельно объединяться в двумерные нанообъекты, которые физики называют "лестницей дьявола", из которых можно собирать структуры любой формы и размеров, сообщает РИА Новости.
    665
  • 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.
    738
  • 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.
    281