wizyta

od 2020-09-20

Dynamika molekularna cieczy w objętościach o ograniczonych geometriach

Dynamiczne i termodynamiczne własności molekuł w przestrzeniach wielkości nanometrów, mogą silnie ulec zmianie pod wpływem oddziaływania z powierzchnią ścian i ograniczenia przestrzennego spowodowanego przez obecność w ośrodku porowatym. Zrozumienie roli geometrii w modyfikowaniu dynamiki ograniczonych molekuł jest ważne ze względu na możliwości wykorzystania tego zjawiska w różnego typu technologicznych procesach takich jak kataliza, chromatografia, przemysł petrochemiczny, zdolności półprzepuszczalne błon, jednak jest niepełne ze względu na złożoność procesów zachodzących w takich układach.

Doskonałym materiałem do badania efektów ograniczenia związanych z reorientacjami molekularnymi, samodyfuzją molekuł, przejściami fazowymi czy też przekazywaniem energii w tak małych przestrzeniach są szkła porowate typu MCM-41, Vycor, czy też zeolity ze średnicą por zmieniającą się w szerokim zakresie. Natomiast do monitorowania osobliwości dynamicznego zachowania ograniczonych molekuł, dobrym eksperymentalnym narzędziem jest technika MRJ. Ilościowe informacje o mobilności molekuł można otrzymać poprzez analizę protonowych (¹H) i deuteronowych (²H) linii widmowych, pomiar czasu relaksacji spin-sieć (T₁) i spin-spin (T₂), oraz współczynniki samodyfuzji. Wymienione parametry fizyczne są bardzo czułe na reorientacje molekularne charakteryzowane przez czasy korelacji dla różnych zakresów skali czasowej.

Rysunki poniżej ilustrują wpływ ograniczenia przestrzennego na dynamikę molekularną chorku tert-butylu w CPG z różnymi średnicami por.

Rys. 1. Wpływ rozmiaru wnęk szkł porowatych CPG na kształt widm 2H NMR (na lewo), oraz na czasy relaksacji spin-sieć 1H, 2H (na prawo).