Analysis of the Conditions of Mechanical Equilibrium on the Curved Surface of a Vapor–Liquid System in a Gravitational Field

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

A thermodynamic analysis of mechanical equilibrium conditions is performed for the curved interface of a vapor–liquid system in the gravitational field potential with regard to ratios of experimental times of relaxation of thermodynamic parameters (momentum, energy, and mass). In a kinetic analysis of the relaxation stage of reaching the equilibrium state, it is revealed that it is important to consider the physical nature of the boundary of separating phases. The mechanical model of the boundary is one with an intermediate foreign film preventing the attainment of chemical equilibrium between the neighboring phases. The real boundary of coexisting phases has a variable density profile corresponding to the condition of the constant chemical potential throughout the region of transition and in the neighboring coexisting phases. The absence of an intermediate film excludes the priority of the mechanical equilibrium over the chemical equilibrium and results in pressure being the function of local temperature and chemical potential values (excluding the application of the Laplace equation). Considering times of relaxation is found to change the familiar Gibbs expression for the pressure jump between coexisting vapor and fluid as functions of the boundary in the gravitational field potential. A consequence of considering the correct ratio of momentum and mass times of relaxation is discussed: the phase equilibrium conditions of a separating vapor–liquid system in combined gravitational and surface force fields must be analyzed in order to solve problems of the capillary theory.

About the authors

Yu. K. Tovbin

Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: tovbinyk@mail.ru
119991, Moscow, Russia

References

  1. Gibbs J.W. // Trans. Connect. Acad., 1877–1878. V. 3. P. 343–524.
  2. Гиббс Дж. В. Термодинамика. Статистическая механика. М.: Наука, 1982. 584 с.
  3. Товбин Ю.К. Малые системы и основы термодинамики. М.: Физматлит, 2018. 408 с. (Tovbin Yu.K., Small Systems and Fundamentals of Thermodynamics, CRC Press, Boca Raton, Fl, 2018)
  4. Товбин Ю.К., Рабинович А.Б. // Изв. АН. Сер. хим. 2010. № 4. С. 663.
  5. Товбин Ю.К. // Журн. физ. химии. 2010. Т. 84. № 10. С. 1882.
  6. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Т. 5. Статистическая физика. М.: Наука, 1964. 568 с.
  7. Пригожин И., Дефэй Р. Химическая термодинамика. Новосибирск: Наука, 1966, 510 с.
  8. Guggenheim E.A. Thermodynamics. An Advanced Treatment for Chemists and Physics, 5th edition. Amsterdam: North-Holland Publ. Comp., 1967.
  9. Русанов А.И. Фазовые paвновесия и поверхностные явления. Л.: Химия, 1967. 387 с.
  10. Кубо Р. Термодинамика. М.: Мир, 1970. 304 с.
  11. Воронин Г.Ф. Основы термодинамики. М.: Изд-во МГУ, 1987. 192 с.
  12. Базаров И.П. Термодинамика. М.: Высшая школа, 1991. 376 с.
  13. Хилл Т. Статистическая механика. М.: Изд-во иностр. лит., 1960. (Hill T.L. Statistical Mechanics. Principles and Selected Applications. N.Y.: McGraw–Hill Book Comp.Inc., 1956.)
  14. Товбин Ю.К. Теория физико-химических процессов на границе газ–твердое тело, М.: Наука, 1990. 288 с.
  15. Onsager L. // Phys. Rev. 1944. V. 65. P. 117.
  16. Domb C. // Adv. Phys. 1960. V. 9. № 34, 35.
  17. Фишер М. Природа критического состояния. М.: Мир, 1968. 221 с. (Fisher M.E. The Nature of Critical Points. Univer. Colorado Press. Boulder, Colorado. 1965.)
  18. Бэкстер Р. Точно решаемые модели в статистической механике. М.: Мир, 1985. 486 с. (Baxter R.J. Exactly Solved Models in Statistical Mechanics. Academic Press. London. 1982)
  19. Товбин Ю.К. // Журн. физ. химии. 2020. Т. 94. № 3. С. 457.
  20. Хаазе Р. Термодинамика необратимых процессов. М.: Мир, 1967. 544 с. (Haase R. Thermodynamik der Irreversible Processe. Darmstadt. Dr. Dierrich Steinkopff Verlag. 1963)
  21. Роулинсон Дж., Уидом Б. Молекулярная теория капиллярности. М.: Мир, 1986.
  22. Квасников И.А. Термодинамика и статистическая физика. Т. 1: Теория равновесных систем: Термодинамика. М.: Едиториал УРСС, 2002. 238 с.
  23. Михайлов И.Г., Соловьев В.Д., Сырников Ю.П. Основы молекулярной акустики. М.: Наука, 1964. 515 с.
  24. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Т. 7. Теория упругости. М.: Наука, 1987. 246 с.
  25. Седов Л.И. Механика сплошной среды. М.: Наука. 1970. Т. 1. 492 с.
  26. Сторонкин А.В. Термодинамика гетерогенных систем. Л.: Изд-во ЛГУ. Ч. 1 и 2. 1967. 447 с.
  27. Yang C.N., Lee T.D. // Phys. Rev. 1952. V. 87. P. 404.
  28. Хуанг К. Статистическая механика. M.: Мир, 1966. С. 1.
  29. Адамсон А. Физическая химия поверхностей. М.: Мир, 1979.
  30. Бартенев Г.М., Френкель С.Я. Физика полимеров. М.: Химия, 1990. 430 с.
  31. Дой М., Эдвардс С. Динамическая теория полимеров. M.: Мир, 1998. С. 1.
  32. Джейкок М., Парфит Дж. Химия поверхностей раздела фаз. М.: Мир, 1984. 270 с.
  33. Оно С., Кондо С. Молекулярная теория поверхностного натяжения. М.: Изд-во иностр. лит., 1963.
  34. Товбин Ю.К., Зайцева Е.С. // Журн. физ. химии. 2020 Т. 94. № 12. С. 1889.
  35. Грег С., Синг К. Адсорбция. Удельная поверхность. Пористость. М.: Мир, 1984. 310 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2023 Ю.К. Товбин

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».