ЭлементыЭлементы большой науки
Жизнь в науке. Дневники
Главная / Дневники / Eugeny / Запись

ВОПРОС ПРО КЕРОСИН

seasea
13.01.2009
09:53
Мой товарищ, химик по специальности, задал вопрос. Он работал с эмульсией керосин-вода. Керосина - 60%, воды - 25%, ПАВ - 13% и 2% хлористого алюминия. Эмульсия получалась под воздействием ультразвука 22 кГц в течение 2-3 минут. При получении эмульсии она нагревалась до 60 гр.С (от поглощенного УЗ). Так вот. Стакан с эмульсией стоял на столе и охлаждался. Неожиданным было то, что при снижении температуры до 45 С она стала прозрачной! При дальнейшем снижении температуры до 30 С она опять стала мутной (как ей и положено).
При замене керосина на толуол эффекта нет. Без хлористого алюминия - тоже нет. Других экспериментов пока не было.
С чем связан этот эффект? Похоже на образование неких структур в жидкости с характерным размером ячейки меньше длины световой волны. Или жидкокристаллическое состояние. Но это же не пленка, а стакан! Нет выделенного направления, по которому могли бы структурироваться молекулы.
Какие будут соображения?
PS Еще дополню.
1.Под микроскопом эмульсия (в мутном состоянии) выглядит как шарики воды в керосине размером около 2 мкм, причем все одинакового размера, что уже само по себе необычно для эмульсии.
2. Циклы нагрева-охлаждения можно повторять многократно, эффект сохраняется.
3. Электросопротивление (МОмы) падает в 20-30 раз в позрачном состоянии эмульсии (он измерял обычным тестером, возможны ошибки из-за поляризационных эффектов).

Ответить предыдущая | следующая

КОММЕНТАРИИ:

13.01.2009 11:02#
Вопрос про керосин
>1.Под микроскопом эмульсия (в мутном состоянии) выглядит как шарики воды в керосине размером около 2 мкм, причем все одинакового размера, что уже само по себе необычно для эмульсии.

Да, интересный эффект.
В микроскоп-то наблюдают все время, пока остывает?
13.01.2009 14:39#
voix
Вопрос про керосин
>Под микроскопом эмульсия (в мутном состоянии) выглядит как шарики воды в керосине размером около 2 мкм, причем все одинакового размера, что уже само по себе необычно для эмульсии

Может при другой частоте ультразвука размер шариков изменится
13.01.2009 17:23#
Вопрос про керосин
Внутри шариков воды из-за силы поверхностного натяжения, зависящей также и от радиуса шариков, давление должно быть меньше, чем в окружающем керосине. При уменьшении температуры этот фактор должен усиливаться вместе с ростом коэф. поверхностного натяжения при остывании. Может быть, условия для испарения шариков воды в керосин наиболее благоприятны при 45град.С ? И ещё более благоприятны при участии добавок?
13.01.2009 18:47#
Вопрос про керосин
Ой, кажется, с разностью давлений я ошибся. В шариках воды давление, наоборот, должно быть больше и должно расти при остывании.
14.01.2009 21:37#
lesnik
Вопрос про керосин
Я не специалист в этой области, выскажу своё предположение. Когда эмульсия становится прозрачной, это может означать, что обе смешанные жидкости становятся одинаково оптически плотными, другими словами, их диэлектрические проницаемости выравниваются и рассеяние прекращается. Как вы заметили, в это время проводимость жидкости увеличивается, а она как раз и связана с диэлектрической проницаемостью, т.е. последняя скорее всего тоже меняется. Возможно изменение проводимости происходит из-за ионизации хлорида алюминия. Насчёт диэлектрической проницаемости я смотрел формулу для металла: ε (ω) = 1 + 4πiσ(ω)/ω, где σ(ω) = σ0/(1 - iωτ) и σ0 = ne2τ/m. При ωτ >> 1, ε (ω) = 1 - ωп22, где плазменная частота ωп2 = 4πne2/m. Т.е. с концентрацией ионов меняется плазменная частота и в определённом температурном промежутке, диэлектрические проницаемости двух жидкостей выравниваются. Правда, не совсем понятно почему электрическое сопротивление уменьшается только в этом промежутке, а при более выской температуре опять становится больше. Возможно, при более выской температуре уже все ионы ионизованы и сопротивление увеличивается уже засчёт параметра τ. Но тут надо вподробностях изучать.
15.01.2009 09:20#
seasea
Вопрос про керосин
>>их диэлектрические проницаемости выравниваются...
Да, такое возможно. Но не в нашем случае. Для воды ДП около 80, а для керосина (и толуола) около 2. Эти жидкости неполярные, и поэтому, кстати, не растворимы воде (полярная жидкость).
15.01.2009 10:30#
lesnik
Вопрос про керосин
"Для воды ДП около 80, а для керосина (и толуола) около 2."

Вы привели значения для статической диэлектрической проницаемости, а в данном случае рассматриваются оптические частоты (петагерцы), т.е. надо учитывать дисперсию этой величины. Напомню, показатель преломления для воды - около 1,3 (корень квадратный из диэлектрической проницаемости).

Можно посмотреть какое-то обсуждение этого вопроса, например, здесь

http://dxdy.ru/topic15938.html

Здесь, http://www.random-science-tools.com/electronics/water_dielectric.htm , для воды, но в диапазоне ниже оптического.

Также в википедии http://en.wikipedia.org/wiki/Dielectric_spectroscopy
15.01.2009 10:52#
seasea
Вопрос про керосин
>> в данном случае рассматриваются оптические частоты (петагерцы)...
Да конечно, не подумал. Спасибо за ссылки.
07.02.2009 23:01#
Вопрос про керосин
К этому я добавил бы:
при этой температуре керосин растворяется в воде, но с сохранием жидкокристаллической структуры. Проверка гипотезы: измерить плотность до, во время и после.
15.01.2009 16:24#
tomi
Вопрос про керосин
Нельзя ли подкрасить одну из фаз?
16.01.2009 20:12#
seasea
Вопрос про керосин
>>Нельзя ли подкрасить одну из фаз?
Идея автору понравилась. Надо только подобрать краситель, что бы в керосине не растворялся.
И еще он рассказал, что эффект присутствует и в простых неполярных жидкостях (толуол, октан), просто надо подобрать концентрации и температуру.
16.01.2009 21:06#
lesnik
Вопрос про керосин
"эффект присутствует и в простых неполярных жидкостях (толуол, октан), просто надо подобрать концентрации и температуру."

Концентрации чего? От соотношения вода/керосин тоже зависит? Если дело в изменении диэлектрической проницаемости, то эффект должен зависеть от коцентрации свободных носителей заряда, значит, от концентрации AlCl. Правда, если я правильно понимаю, при комнатной температуре это вещество практически полностью должно быть ионизовано (энергия диссоциации в несколько эВ, которую надо поделить на квадрат статической ДП для воды, гораздо меньше энергии теплового движения, около 0,026эВ), т.е. концентрация свободных носителей заряда вроде бы должна слабо меняться с температурой. С другой стороны вы сами писали, что проводимость меняется с температурой.
16.01.2009 00:20#
Вопрос про керосин
Про эти эффекты можно почитать в курсе «Процессов и аппаратов химической технологии», например, А.Г.Касаткина или А.И.Скобло в разделе «Экстракция». Вы наблюдаете обычный переход системы из гетерогенного состояния в гомогенное и обратно при изменении температуры. Толуол – вода это бинарная система, она ведёт себя просто. Керосин – вода это многокомпонентная система, тут всё сложнее, т.к. компоненты самого керосина (углеводороды) частично образуют с водой гомогенный раствор в присутствии ПАВ, но зависимость растворимости в воде отдельных компонентов от температуры разная. Студентам это показывают на примере трёхкомпонентной системы с помощью треугольной диаграммы.
16.01.2009 12:18#
tomi
Вопрос про керосин
Все правильно. Но только вряд ли такая система исследовалась и, что Вы скажете о возможности смены фаз.
16.01.2009 12:37#
seasea
Вопрос про керосин
>> зависимость растворимости в воде отдельных компонентов от температуры разная.
Разумная идея, если бы речь шла о концентрациях 1-5% керосина в воде. Но у нас керосина в 4 раза больше чем воды! Так что это предположение маловероятно.
Сегодня узнаю о результатах дальнейших опытов, сообщу.
24.01.2009 23:47#
Вопрос про керосин
Извините, я отвлёкся на неделю. Вчера вернулись из Хьюстона, а обсуждение не сдвинулось. Есть ли какие-нибудь результаты опытов?

Вообще, такие системы очень плотно изучали в «керосинке» (ин. Губкина). Я сам видел эти эксперименты в 70, 80-е годы. Ещё в технологическом институте в Мерзебурге (у них в лаборатории я был в 1974). Полагаю, проморгать Ваш эффект не могли.
25.01.2009 12:14#
Вопрос про керосин
Посоветуйте автору добавить в смесь немного кислоты и отметить изменение температуры образования прозрачной эмульсии. Эффект здесь, скорее всего, заключается в температурной зависимости гидролиза водного раствора хлорида алюминия и соответствующих изменений показателя преломления водной фазы. До перехода показатель водной фазы меньше, а после перехода больше, чем у керосина. Точно также, наверное, изменить температуру перехода можно добавляя в водную фазу глицерин.
Вести дневник и оставлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи
Логин:
Пароль:
Зарегистрироваться
Последние сообщения
Помощь
Всего дневников: 640

Пользователей
в системе: 2726

Всего записей
и комментариев: 48549

Записей и комментариев
за последние 24 часа: 16

АКТИВНЫЕ ДНЕВНИКИ


 
Энциклопедия | Новости | Блоги | Календарь | Право | Библиотека | Детские вопросы | ЖОБ При поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия