Surface Tension of the Planar Interface of a Vapor–Liquid System on a Two-Dimensional Square Lattice

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

In an earlier work, the authors described a theoretical approach to deriving equations for equilibrium particle distributions by means of heterogeneous cluster variation (CV) that converges to the exact solution as the basis cluster grows. In this work, they present calculations of the surface tension (ST) of the planar interface of a vapor-liquid system on a two-dimensional square lattice by means of heterogeneous CV. The transitional region of the interface is a sequence of monomolecular layers with a variable fluid density fluidа. Calculations are made for six types of clusters with different sizes inside the phases (2 × n, n = 1–4, 3 × 3, and the k1s cluster with the nearest neighbors of any central site), and for eight clusters inside the transitional region (2 × 1, 2 × 2, 2 × 3, 3 × 2, 2 × 4, 4 × 2, 3 × 3, k1s) that differ by each cluster’s orientation relative to the normal to the surface. As the clusters grow, so does the accuracy of describing indirect correlations of laterally interacting particles. The temperature dependence of the ST is calculated. A monotonically growing ST is obtained as the temperature falls, starting from zero at the critical temperature. The calculation results converge to the exact Onsager solution as the clusters grow. Differences between thermodynamic requirements and ST calculations performed with the Ising model are discussed.

About the authors

E. V. Votyakov

Cyprus Institute, Energy Environment and Water Research Center

Email: karaul@gmail.com
2121, Nicosia, Cyprus

Yu. K. Tovbin

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

Author for correspondence.
Email: karaul@gmail.com
119991, Moscow, Russia

References

  1. Гиббс Дж. В. Термодинамика. Статистическая механика. М.: Наука, 1982. 584 с.
  2. Оно С., Кондо С. Молекулярная теория поверхностного натяжения. М.: Изд-во иностр. лит., 1963. Ono S., and Kondo S., 1960, Molecular Theory of Surface Tension in Liquids, Handbuch der Physik, Vol X (Springer).
  3. Русанов А.И. Фазовые равновесия и поверхностные явления. Л.: Химия, 1967. 388 с.
  4. Адамсон А. Физическая химия поверхностей. М.: Мир, 1979. 568 с.
  5. Роулинсон Дж., Уидом Б. Молекулярная теория капиллярности. М.: Мир, 1986.
  6. Товбин Ю.К. Малые системы и основы термодинамики. М.: Физматлит, 2018. 404 с.
  7. Товбин Ю.К. // Журн. физ. химии. 2018. Т. 92. № 12. С. 1902.
  8. Семенченко В.К. Поверхностные явления в металлах и сплавах. М.: 1957.
  9. Щукин Е.Д., Перцов А.В., Амелина Е.А. Коллоидная химия. М.: Высш. школа, 1992. 416 с.
  10. Ursell H.D. // Proc. Cambr. Phil. Soc. 1927. V. 23. P. 685.
  11. Mayer J. E. // J. Chem. Phys. 1937. V. 5. P. 67.
  12. Майер Дж., Гепперт-Майер М. Статистическая механика. М.: Мир, 1980. (Mayer J.E., Mayer M.G., Statistical Mechanics, New York, 1940.)
  13. Гиршфельдер Дж., Кертис Ч., Берд Р. Молекулярная теория газов и жидкостей. М.: Изд-во иностр. лит., 1961. 929 с. 3. J.O. Hirschfelder, C.F. Curtiss and R. Bird, Molecular Theory of Gases and Liquids. New York: John Wiley and Sons, Jnс, 1954.
  14. Боголюбов Н.Н. Проблемы динамической теории в статистической физике. М.: Гостехиздат, 1946. 119 с.
  15. Крокстон К. Физика жидкого состояния. М.: Мир, 1979. (Croxton C.A. Liquid State Physics – A Statistical Mechanical Introduction. Cambridge Univer. Press. Cambridge. 1974.)
  16. Мартынов Г.А. Классическая статистическая физика. Теория жидкостей. Долгопрудный: Интеллект, 2011. 326 с.
  17. Onsager L. // Phys Rev. 1944. V. 65. P. 117.
  18. Ising E. // Zeits. f. Physik. 1925. B. 31. S. 253.
  19. Бэкстер Р. Точно решаемые модели в статистической механике. М.: Мир, 1985. 486 с.
  20. Ono S. // Busseiron Kenkyu, 1950. № 23. P. 10.
  21. Lane J.E. // Austral. J. Chem. 1968. V. 21. P. 827.
  22. Bellemans A.// Physica. 1962. V. 28. P 493. 617.
  23. Fisher M.E., Ferdinand A.E. // Phys. Rev. Letters. 1967. V. 19. P. 69.
  24. Минлос Р.А., Синай Я.Г. // Математический сборник СССР, 1967. Т. 2. № 3. С. 335.
  25. Минлос Р.А., Синай Я.Г. // Труды Москов. математ. общества. 1968. Т. 19. С. 121.
  26. Abraham D., Gallavotti G., Martin-Lof A. // Lettere Nuovo Cimento. 1971. V. 2. P. 143.
  27. Gavallavotti G., Martin-Lof A. // Commun. Math. Phys. 1972. V. 25. P. 87.
  28. Стенли Г. Фазовые переходы и критические явления. М.: Мир, 1977. С. 420 с.
  29. Kikuchi R. // Phys. Rev. 1951. V. 81. P. 988.
  30. Asta M. // Theory and Applications of the Cluster Variation and Path Probability Methods / Eds. J.L. Moran-Lopez and J.M. Sanchez / New York and London: Plenum Press, 1996. 237 p.
  31. Cenedese P. // Theory and Applications of the Cluster Variation and Path Probability Methods / Eds. J.L. Moran-Lopez and J.M. Sanchez / New York and London: Plenum Press, 1996. 255 p.
  32. Вотяков Е.В., Товбин Ю.К. // Журн. физ. химии. 2022. Т. 96. № 3. С. 339.
  33. Вотяков Е.В., Товбин Ю.К. // Там же. Т. 97. В печати
  34. Хилл Т. Статистическая механика. М.: Изд-во иностр. лит., 1960. 485 с. (Hill T.L. Statistical Mechanics. Principles and Selected Applications. N.Y.: McGraw–Hill Book Comp. Inc., 1956.)
  35. Хуанг К. Статистическая механика. М.: Мир, 1966. 520 с. (Huang K. Statistical Mechanics. New York-London: Wiley, 1966.)
  36. Смирнова Н.А. Молекулярные теории растворов. Л.: Химия, 1982, 334 с.
  37. Товбин Ю.К. // Журн. физ. химии. 2016. Т. 90. № 7. С. 1059.
  38. Товбин Ю.К., Рабинович А.Б. // Изв. Академии наук. Серия химическая, 2010. № 4. С. 663.
  39. Вотяков Е.В., Товбин Ю.К. // Журн. физ. химии. 2023. Т. 97. В печати
  40. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Электродинамика сплошных сред. Т. 8. М.: Наука, 1982. 620 с.
  41. Зайцева Е.С., Товбин Ю.К. // Журн. физ. химии. 2022. Т. 96. № 10. С. 1411.
  42. Товбин Ю.К. // Там же. 1992. Т. 66. С. 1395.
  43. Пригожин И.Р. Молекулярная теория растворов. М.: Металлургия, 1990. 359 с.
  44. Френкель Я.И. Введение в теорию металлов. М.: ГИТТЛ, Моска – Ленинград, 1950. 384 с.
  45. Товбин Ю.К. Молекулярная теория адсорбции в пористых телах, М.: Наука, 2012. 624с. (Tovbin Yu.K. Theory of physical chemistry processes at a gas–solid surface processes. Boca Raton, Fl.: CRC Press, 2017.)
  46. Yang C.N., Lee T.D. // Phys. Rev. 1952. V. 87. P. 404.
  47. Lee T.D., Yang C.N. // Phys. Rev. 1952. V. 87. P. 410.
  48. Товбин Ю.К. // Журн. физ. химии. 2022. Т. 96. № 7. С. 923.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (179KB)
3.

Download (74KB)
4.

Download (165KB)
5.

Download (68KB)
6.

Download (94KB)
7.

Download (125KB)

Copyright (c) 2023 Е.В. Вотяков, 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».