ИК спектрометрические исследования тонких пленок криовакуумных конденсатов метана и смеси метан–вода

Abstract

Приведены результаты ИК спектрометрических исследований тонких пленок криовакуумных конденсатов метана и смеси метан–вода в интервале температур от 16 до 36 К. Давление конденсации составляло Р = 10−⁴ Торр, толщина образцов варьировалась от 1 до 5 мкм. Для криоконденсатов чистого метана установлена взаимосвязь между положением полосы поглощения деформационных колебаний и α–β-фазовым переходом в твердом метане. Растянутость перехода по температуре и по времени объясняется температурной зависимостью времени спин-ядерной релаксации в молекулах метана. Результаты исследований как 20% смеси метана с водой, так и двухслойных образцов метан–вода продемонстрировали, что в интервале температур 27–31 К наблюдаются резкие изменения положения и амплитуды поглощения полосы деформационных колебаний ν = 1300 см−¹, что может быть обусловлено активизацией взаимодействия молекул метана и воды. Обнаружено смещение минимума полосы поглощения смеси по сравнению с чистым метаном (νm = 1306 см−¹ для смеси против νm = 1300 см−¹ для чистого метана), что может быть связано с процессами образования клатратов метана. Превращения, происходящие в пленке в интервале 27–32 К, свидетельствуют либо о продолжении процесса кластерообразования в пленке, либо о термостимулированных структурных превращениях уже в кластеризованном образце.

Наводено результати ІЧ спектрометричних досліджень тонких плівок кріовакуумних конденсатів метану і суміші метан–вода в інтервалі температур від 16 до 36 К. Тиск конденсації становив Р = 10−⁴ Торр, товщина зразків варіювалася від 1 до 5 мкм. Для кріоконденсатів чистого метану встановлено взаємозв'язок між положенням смуги поглинання деформаційних коливань та α–β-фазовим переходом в твердому метані. Розтягнутість переходу по температурі й за часом пояснюється температурною залежністю часу спін-ядерної релаксації в молекулах метану. Результати досліджень як 20% суміші метану з водою, так і двошарових зразків метан–вода продемонстрували, що в інтервалі температур 27–31 К спостерігаються різкі зміни в положенні та амплітуді поглинання смуги деформаційних коливань ν = 1300 см−¹, що може бути обумовлено активізацією взаємодії молекул метану і води. Виявлено зміщення мінімуму смуги поглинання суміші в порівнянні з чистим метаном (νm = 1306 см−¹ для суміші проти νm = 1300 см−¹ для чистого метану), що може бути пов'язано з процесами утворення клатратів метану. Перетворення, що відбуваються в плівці в інтервалі 27–32 К, свідчать або про продовження процесу кластероутворення в плівці, або про термостімульовані структурні перетворення вже в кластерізованому зразку.

The results of IR spectrometric studies of thin film cryovacuum condensates of methane and methane-water mixtures in the 16–36 K temperature range. The condensation pressure was P = 10−⁴ Torr, and the thickness of the samples varied from 1 to 5 μm. For pure methane cryocondensate, a relationship between the position of the deformation vibration absorption band and the α–β phase transition in solid methane is established. The stretching of the transition with respect to temperature and time is explained by the temperature dependence of the spin-nuclear relaxation time in methane molecules. The results of studying both 20% methane-water mixture and bilayer methane-water samples have demonstrated that in the 27–31 K temperature range there are abrupt changes to the position and amplitude of the deformation vibration absorption band ν = 1300 cm−¹, which may be due to the activation of the interaction between the methane molecules and the water. A displacement of the absorption band minimum in comparison to pure methane (ν m = 1306 cm−¹ for the mixture versus ν m = 1300 cm−¹ for pure methane) is detected, which can be associated with the processes of methane clathrate formation. The transformations taking place in the film in the 27–32 K interval serve as evidence of either the continuation of the cluster formation process in the film, or of thermally stimulated structural changes already in the clustered sample.