Self-diffusion of mo lecules in water-ethanol solutions of low concentration. Neutron data

Abstract

The work is devoted to the abnormal behavior of dilute water-alcohol solutions. The dynamics of molecules of the water-ethanol system, depending on the concentration at 281 K, is researched by the method of quasi-elastic scattering of slow neutrons. The total self-diffusion coefficient of molecules D, its single-particle Ds₋p and collective Dcoll components, and the time of settled molecule’s life in the oscillating state τ₀ are determined. The region of small concentrations was studied in detail, and two minima in the coefficients D and Ds₋p were detected in the vicinity of concentrations X = 0.04 mol.f. and X = 0.2 mol.f. Time τ₀ at these concentrations is increasing significantly. This indicates a significant decrease in the intensity of the activation mechanism of diffusion of molecules, which is quite possible due to the binding of water and ethanol molecules into complexes (clusters).

Розглянуто аномальну поведінку розбавлених водно-спиртових розчинів. Методом квазіпружного розсіяння повільних нейтронів досліджено динаміку молекул системи вода—етанол залежно від концентрації при температурі 281 К. Визначені загальний коефіцієнт самодифузії молекул D, його одночастинкова Ds₋p і колективна Dcoll складові та час осілого життя молекули в коливному стані τ₀. Детально вивчено область малих концентрацій, де в околі концентрацій Х = 0,04 мол.ч. і Х = 0,2 мол.ч. у коефіцієнтах D та Ds₋p виявлено два мінімуми. Час τ₀ при цих концентраціях істотно зростає. Це вказує на значне зменшення при даних концентраціях інтенсивності активаційного механізму дифузії молекул, що, цілком можливо, зумовлено зв’язуванням молекул води та етанолу в комплекси (кластери).

Рассмотрено аномальное поведение разбавленных водно-спиртовых растворов. Методом квазиупругого рассеяния медленных нейтронов исследована динамика молекул системы вода—этанол в зависимости от концентрации при температуре 281 К. Определены общий коэффициент самодиффузии молекул D, его одночастичная Ds₋p и коллективная Dcoll составляющие и время оседлой жизни молекулы в колебательном состоянии τ₀. Подробно изучена область малых концентраций, где в окрестности концентраций Х = 0,04 мол.д. и Х = 0,2 мол.д. в коэффициентах D и Ds₋p обнаружено два минимума. Время τ₀ при этих концентрациях существенно возрастает. Это указывает на значительное уменьшение при данных концентрациях интенсивности активационного механизма диффузии молекул, что, вполне возможно, обусловлено связыванием молекул воды и этанола в комплексы (кластеры).