аспирант кафедры общей физики
postgraduate student of the Department of General Physics
д.ф.-м.н., доцент, профессор кафедры общей физики; старший научный сотрудник лаборатории физики молекулярных систем
Dr. Sci. (Phys. and Math.), Associate Professor, Professor of the Department of General Physics; Senior Researcher at the Laboratory of Physics of Molecular Systems at the Institute
Тепловое движение молекул и силы межмолекулярного взаимодействия являются фундаментальными причинами, определяющими частоту колебаний в жидкостях. В отличие от кристаллической структуры твердых тел, где атомы или молекулы зафиксированы в узлах решетки и вибрируют вокруг этих положений, в жидкостях частицы осуществляют колебательные движения вблизи изменчивых центров равновесия. Эти колебания сопровождаются периодическими «перескоками» молекул в новые, также временные, положения, что характеризует динамическую природу жидкого состояния. Связующим звеном между микроскопическим движением молекул и макроскопической вязкостью является время оседлой жизни – время, в течение которого молекула колеблется около одного положения равновесия, прежде чем совершить «перескок». Чем дольше молекула колеблется вблизи точки равновесия, тем реже происходят акты перемещения и выше вязкость. Концепция, описывающая рассматриваемую теорию, была развита Я.И. Френкелем. С другой стороны, А.Е. Бачинский установил, что вязкость жидкостей связана со «свободным» объемом, которая уже зависит от температуры. Проведено исследование частоты колебаний, времени оседлой жизни, энергии активации и свободного объема различных жидкостей. Для определения свободного объема были использованы данные плотностей и энтальпий испарений при различных температурах, которые были рассчитаны с помощью линейной экстраполяции и формулы К.М. Уотсона. Используя теории вязкости Г. Эйринга и Я.И. Френкеля, были получены значения частот колебаний, времени оседлой жизни для более двадцати различных жидкостей. Полученные расчеты показали, что вблизи точки кипения доля свободного объема возрастает до 7 ‒ 9 % (исключая муравьиную кислоту). Бачинский А.Е. установил, что при фиксированном объеме вязкость жидкости остается почти неизменной, несмотря на вариации давления и температуры. Экспериментальное подтверждение этого наблюдения позволило определить свободный объем в пределах 10 – 15 %. Для жидкостей с высокой вязкостью (н-додекан, н-гексадекан), имеющих водородные связи (вода, этанол, глицерин и т.д.), частота колебаний и энергия активации гораздо выше, чем у остальных жидкостей.
The thermal motion of molecules and the forces of intermolecular interaction are the fundamental causes that determine the frequency of vibrations in liquids. In contrast to the crystal structure of solids, where atoms or molecules are fixed in lattice sites and vibrate around these positions, in liquids, particles vibrate near volatile centers of equilibrium. These fluctuations are accompanied by periodic "jumps" of molecules to new, also temporary, positions, which characterizes the dynamic nature of the liquid state. The link between the microscopic movement of molecules and macroscopic viscosity is the sedentary lifetime, the time during which a molecule oscillates around one equilibrium position before making a "leap." The longer the molecule oscillates near the equilibrium point, the rarer the displacement acts occur and the higher the viscosity. The concept describing the theory under consideration was developed by J.I. Frenkel. On the other hand, A.E. Bachinsky found that the viscosity of liquids is related to the "free" volume, which already depends on temperature. The oscillation frequency, sedentary life time, activation energy, and free volume of various liquids have been studied. To determine the free volume, data on vapor densities and enthalpies at various temperatures were used, which were calculated using linear extrapolation and the Watson formula. Using the viscosity theories of G. Eyring and J.I. Frenkel, the values of oscillation frequencies and sedentary life time for more than twenty different liquids were obtained. The calculations showed that near the boiling point, the proportion of free volume increases to 7 ‒ 9 % (excluding formic acid). A.E. Bachinsky found that with a fixed volume, the viscosity of a liquid remains almost unchanged, despite variations in pressure and temperature.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.