ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Традиционно одной из основных задач физической химии
является установление взаимосвязей «структура – свойство» для индивидуальных веществ
и «состав-свойство» для бинарных и многокомпонентных смесей. Цели и задачи
физической химии, касающиеся установления закономерностей и взаимосвязей «состав –
свойство», тесно переплетаются с решением целого ряда прикладных задач, связанных с
разработкой и созданием новых способов производства веществ, материалов, а также с
модернизацией существующих технологических процессов, предполагающих широкое
использование смешанных растворителей. В химии растворов в последние десятилетия
чрезвычайно большая роль отводится смешанным, чаще всего, бинарным растворителям,
позволяющим направленно изменять и подбирать физико-химические свойства среды.
При решении целого ряда практических задач нахождение составов, проявляющих синергетический
эффект, является основной и конечной целью исследования. В этой связи,
прогнозирование изотерм физико-химических свойств бинарных смесей является актуальной
задачей физикохимии растворов.
Работа выполнялась в рамках «Основных направлений фундаментальных исследований»,
утвержденных постановлением Президиума РАН от 1 июля 2003 г. № 233 в части
«Химия и физикохимия твердого тела, расплавов и растворов» и в соответствии с
«Планом фундаментальных исследований Российской академии наук на период до 2025
года» в части 2.1.1. «Развитие теории конденсированных сред».
Цель работы. Основной целью данного исследования являлась разработка надежного
количественного интерполяционного метода прогнозирования физико-химических
свойств бинарных смесей неэлектролитов в температурных сериях и гомологических рядах
(варьируемый второй компонент смеси) на основе эмпирических моделей изотерм.
Для достижения этих целей были поставлены следующие задачи:
- установление новых характеристик (инвариантов) изотерм, находящихся в линейной
взаимосвязи с варьируемыми факторами (варьируемая температура, варьируемый второй
компонент смеси), и пригодных к использованию в алгоритмах количественного анализа
и прогнозирования изотерм;
- разработка новой модели баланса вкладов мнимых эндо- и экзотерм и формирование на
ее основе инвариантов, дополняющих интегралы-инварианты изотерм в алгоритмах интерполяционного
прогнозирования свойств бинарных смесей;
- определение на основе энтальпий испарения и нормальных температур кипения количественных
критериев структурированности индивидуальных компонентов смесей, определяющих
вид изотерм и коэффициенты эмпирических моделей, используемых для их
описания;
- изучение особенностей изотерм физико-химических свойств бинарных смесей энантиомеров,
обладающих одинаковой степенью структурированности;
- установление факторов и основных закономерностей, обуславливающих возникновение
синергетических эффектов в смесях неэлектролитов.
Научная новизна работы состоит в том, что в ней для описания изотерм энтальпий
смешения и других физико-химических свойств бинарных смесей предложена новая эмпирическая
модель - модель баланса вкладов мнимых эндо- и экзотерм, инварианты которой
позволяют прогнозировать температурные области возникновения микрогетерогенности
и расслоения бинарной смеси;
- впервые для прогнозирования изотерм физико-химических свойств бинарных смесей
неэлектролитов разработан алгоритм (во многом сходный с алгоритмами метода распо3
Стр.3
знавания образов), в котором использованы инварианты модели баланса и интегралыинварианты
различных порядков экспериментальных изотерм в крайних точках интерполяционного
интервала;
- впервые на основе модифицированной неконтинуальной модели проведен статистический
анализ нормальных температур кипения органических веществ различных классов,
позволивший количественно оценить вклады специфических, дисперсионных и электростатических
взаимодействий, а также предложить простые количественные критерии
структурированности жидкости;
- впервые на основе неконтинуальной модели разработан новый метод количественной
оценки вкладов специфических взаимодействий в энтальпии испарения веществ.
Практическая значимость работы состоит в том, что разработанный интерполяционный
метод прогнозирования изотерм свойств бинарных смесей на основе интеграловинвариантов
изотерм позволяет при наличии лишь данных для двух-трех точек температурного
интервала или для двух-трех членов гомологического ряда прогнозировать
внутри данного интервала различные физико-химические свойства смесей.
Предложенные инварианты изотерм позволяют проводить кластерный анализ изотерм
свойств бинарных смесей состава «постоянный компонент 1 – варьируемый компонент
2».
Публикации. Результаты работы опубликованы в 16 публикациях, в том числе в 4
статьях, 2 из которых опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК, и в 12 тезисах
докладов конференций.
Апробация работы. Результаты диссертации докладывались и представлены в материалах
на XVI Международной конференции по химической термодинамике в России
(RCCT- 2007, г. Суздаль), Всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука.
Технологии. Инновации» (Новосибирск, 2007), Городской студенческой конференции
«Междисциплинарные исследования в области естественных наук» (Казань, 2008),
XII Международной конференции « Наукоемкие химические технологии - 2008» (Волгоград,
2008), I Всероссийской молодежной научной конференции «Молодежь и наука на
севере» (Сыктывкар, 2008), Международной юбилейной научно-практической конференции
«Передовые технологии и перспективы развития ОАО «Казаньоргсинтез» (Казань,
2008), Международном форуме «Актуальные проблемы современной науки» (Самара,
2008), IX Научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов научнообразовательного
центра Казанского государственного университета "Материалы и технологии
XXI века" (Казань, 2009), конференции "Материалы и технологии XXI века"
(Казань, 2009), XVII Международной конференции по химической термодинамике в
России (Казань, 2009) и Итоговых научных конференциях Казанского научного центра
РАН за 2008 и2009 гг.
Личный вклад автора: Диссертант лично получил основную часть экспериментальных
и теоретических данных, провел статистическую обработку, детальное обсуждение и
обобщение результатов, сформулировал основные положения в публикациях и написал
диссертационную работу.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация изложена на 179 стр и
состоит из введения, 4 глав, списка литературы из 133 наименований, 48 таблиц, 68 рисунков
и 2 приложений.
Работа выполнялась в Лабораториях оптической спектроскопии и химии природных
соединений Института органической и физической химии Казанского научного центра
4
Стр.4