Введение к работе
Актуальность тзмн. Изучение строения жидкостей и процессов, про-жаицих в них при изменения внесшие термодинамических условий» яодя-:ся одной из центральных дроблен современной молекулярной физики и мической кинетики жидкогосостояния вещества. Особый интерес пред-;авляют водные растворы,, в которлх проявляются как аномальные свой-,'ва растворителя - вода, так и свойстші ралзо.пышого вещества.
Для изучения моленулярно-нинетических свойств жидкостей широко пользуется акустический метод. Это обусловлено тем, что ькустичес-ій метод является одним из наиболее чувствительных к молекулярной :руктуре вещества и позволяет получить обширную информацию о его юйствах. С помощью акустичэских измерений могут быть получены зна-шия целого ряда важнейших теплофязических и кинетических характе-ютик жидкостей.
Углеводы представляют собой класс природных соединений, играю-ій важную роль в.жизнедеятельности аавых организмов и растений, яэ-ІПТСЯ сырьем для производства многих материалов. При растворении уг-тодов в воде существенно изменяются их структурные, термодинамичес-» іе свойства. Водным растворам углеводов присущи процессы изомериза-ік, мутаротации, разрыва и образования мая- и внутримолекулярных во-іродннх связей, конфирмационные превращения.
К настоящему времени экспериментально определены параметры аку-:ических релаксационных процессов в растворах углеводов и выявлена с связь с молекулярной структурой, «информационными процессами з ыо-ікулах и изменением характера водородных связей. Однако,' детально ізпко-химические. свойства водных растворов углеводов в зависимости : температуры и давления до настоящего времени не изучались. Из» !стна лишь одна работа по исследованию раствора.углевода под давде-іем.
Давление сильно влияет на структуру жидких систем. Известно, о некоторые технологические процессы с участием углеводов протека-: при повышенных давлешіях и температурах. Изучение акустических и іплофизичзских счойптв водных растворов углеводов в широкой области істояния позволит получить информацию о равновесных и неравновесных юцоссах, протекающих в растворах, даст возможность проследить нли-!ке давления, температуры и концентрации на их структуру.
Таким образом,' изучение во.дных растворов углеводов в широкой 'ласти Р- V - Т состояния и создание акустических методов их ис-іедования является актуальной задачей, имеющей как яаучное, так и
ИКЛЭДИОь' ЗНЧЧЄНІ'0.
Данная рабгта посвящена изучению водных растворов простейших
углеводов - моносахаридов. Были выбраны три важнейших их цредсгави< толя - глюкоза и ыанноза, имеющие схожее строение и равную молекул ную массу, и отличающаяся от них по структуре п молекулярной массе орабиноза.
Цель работы. Изучение влияния давления (до 200 МПа) на акустические, термодинамические и кинетические сво'йства водных растворов моносахаридов в широком интервала температур (293-363 К) и концентраций акустическим методом.
Развитие методики и техники комплексных акустических исследов; ний растворов угловодов при высоких давлениях.
Выявление взаимосвязи между акустичоокими, термодинамическими кинетическими и структурными характернетиками изучаемых растворов : широком диапазоне P-V»T состояний.
Экспериментальная проверка и анализ уравнений состояния прямої тельно к водным растворам моносахаридов. -
Научная новизна. Впервые экспериментально установлено: влияниі давления на положение максимума скорости ультразвука и минимума ода обатической сжимаемости в их температурных зависимостях для водных растворов L -арабинозн, D -глюкозы п D-ыашшзн; влияш;о концентрации на положение экстремумов в температурной зависимости ско' рости ультразвука и сжимаемости для растворов арабинозы и каннозы; существованио корреляции ыевду молекулярной массой растворенного мі носахарида и положениями экстремумов скорости ультразвука и сжимао-мооти в их температурной зависимости; изменение характера барпчоскі зависимости разности изобарной и'изохорной топлоемкостей (Ср - Су коэффициента теплового расшрения (сА \ внутреннего давле-шя ( Pi) ростом температуры и концентрации растворов; применимость омпирлчеі кого уравнения Тэйта и границы применимости уравнения Бачинского д. описания водных растворов исследованных моносахаридов.-Проведена э. периыентальная проверка следствий, вытекающих из изоэнтропийного уравнения состояния Белинского.'. ' ', .
Практическая ценность. Разработан новый вариант методики по о,
повременному определению акустических и термодинамических характеристик жидкостей под давлением в широкой области температур и созді на измерительная установка для комплексных исследований свойств во, них растворов углеводов'при давлениях до 200 ЫПа л температурах 293-363 К, которые могут быть использованы для исследования широко; класса жидкостей, для экспресс-анализа их свойств, например, при о работке и контроле ряда технологических процессов.
В работе получены значения скорости ультразвука, плотности, льного объема, адиабатической и изотермической сжимаемостей, ко-здионта теплового расширения, разности и отношения изобарной и хорной теплоємкостей, плотности энергии акустического поля, хими-кого потенциала и параметров нелинейности, которые могут Сыть ис-ьзованы в качестве справочных данных при решении прикладных задач азличішх отраслях цромыпленности (химической, пищевой, текстиль-, фармацевтической, деревообрабатывающей, биотехнологии).
Технические решения, предложенные в ходе выполнения работ, при-ни изобретением и рационализаторским предложением.
Автор защищает; разработанный вариант методики и измерительную а ловку для комплексных ультра звуковых исследований параметров зид-тей в широкой области р -V-T состояний; получешше значения стических, термодинамических и кинетических характеристик водных творов L -арабинозы, 0 -глюкозы и D -маинозы при различных ювиях состояния. Анализ выявленных закономерностей на основе сов-іошшх теорий конденсированного состояния вещества.
.Апробация работы. Содержание работы докладывалось на всесоюзных іференцштх: "Методика и техника ультразвуковой спектроскопии", іьнюс, 1984; "Физика диэлектриков", Томск, 1988; "Физика твердого щ", Барнаул, 1990; На I Всесоюзной школе молодых учених "Совре-ишо проблемы акустики", Звенигород, 1988; на 111 Всесоюзном научном зещании по химии высоких давлений, М.; 1990.
Публикации. Основные результаты работы отражены в 10-ти научных Зликацаях.
Связь с планом научно-исследовательских ппбот. Работа выполнена Московском институте приборостроения в соответствии о координацц-:шм планом АН СССР по проблеме и7льтраззун", раздел І.8.2.1.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, ча-рех глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объом зеертации - 214 страниц, в том числе 106 страниц м&ошнопкеного иста, 62 рисунка, 30 таблиц. Список литературы оодаржат ЫЗ uaisje-
^най.