600 likes | 903 Views
Zakład Chemii Fizycznej Wydział Chemii UAM, Poznań. Sposób na porządek Samoorganizacja kontra entropia. Waldemar Nowicki. gwnow@amu.edu.pl. Dlaczego porządkowanie (konstrukcja uporządkowanych struktur) stwarza problemy?. Dlaczego porządkowanie (konstrukcja uporządkowanych struktur)
E N D
Zakład Chemii Fizycznej Wydział Chemii UAM, Poznań Sposób na porządek Samoorganizacja kontra entropia Waldemar Nowicki gwnow@amu.edu.pl
Dlaczego porządkowanie (konstrukcja uporządkowanych struktur) stwarza problemy?
Dlaczego porządkowanie (konstrukcja uporządkowanych struktur) stwarza problemy?
Proces samorzutny E < 0 E=Emin
Proces samorzutny E < 0 E=Emin G < 0 G=Gmin
G= H - T S < 0 G < 0 G=Gmin
G= H - T S < 0 H < 0 Maleje energia układu - T S < 0 Rośnie bałagan
S < 0 H < T S układy podążające do stanu równowagi układy dalekie od stanu równowagi – struktury dyssypatywne
układy podążające do stanu równowagi S < 0 H < T S
Siły grawitacji Siły elektrostatyczne Siły magnetyczne Siły oddziaływań międzycząsteczkowych Siły napięcia powierzchniowego, kohezji i adhezji
Oddziaływania międzycząsteczkowe – siły elektrostatyczne oraz siły van der Waalsa
D = g D w S = g F l Napięcie powierzchniowe
Nartnik Gerris sp.
Piany i stężone emulsje Ciecze komórkowe
Prawa Plateau: • Krawędzie Plateau są tworzone przez trzy ciekłe filmy pomiędzyktórymi występują kąty dwuścienne równe 2/3 (120°) • Wierzchołki powstają w wyniku złożenia czterech krawędzi pod kątami tetraedrycznymi, tzn. arccos(1/3)=109.5° • Prawo Laplace’a • Różnica ciśnień występująca po obu stronach filmu jest odwrotnie proporcjonalna do jego krzywizny
Piany monodyspersyjne Arystoteles – czworościan należy do wielościanów foremnych wypełniających przetrzeń Kelvin – bryłą wypełniającą przestrzeń bez reszty i posiadającą najmniejszą możliwą powierzchnię jest czternastościan Thomson W. (Lord Kelvin), On the division of space with minimum partitional area, Phil. Mag., 24, 503 (1887) Weaire-Phelan – mniejszy stosunek powierzchni do objętości (o 0.3 %) ma sieć złożona z komórek elementarnych zawierających dwa dwunastościany i sześć czternastościanów ( z dwunastoma ścianami w kształcie pięciokatów) Weaire D., Phelan R., A counterexample to Kelvin’s conjecture on minimal surfaces, Phil. Mag. Lett., 69, 107 (1994) Eksperyment – Tomografia w świetle widzialnym Thomas P.D., Darton R.C., Whalley P.B., Liquid foam structure analysis by visible light tomography, Chem. Eng. J., 187 (1995) 187-192 Garcia-Gonzales R., Monnreau C., Thovert J.-F., Adler P.M., Vignes-Adler W., Conductivity of real foams, Colloid Surf. A, 151 (1999) 497-503 Kelvin Arystoteles Weaire-Phelan
Kelvin Arystoteles Weaire-Phelan
Bidyspersyjne ciecze komórkowe w przestrzeni 2D
Uporządkowane struktury emulsji złożonej z cząstek A i B w stosunku liczbowym 1:2 przy różnych wartościach ułamka objętościowego cząstek A
Zależność względnej energii mieszania od ułamka objętościowego cząstek A (stosunek podany na rysunku)
6162 12132
Porządkowanie kosztem wzrostu entropii? Paradoksy entropii!!! Układy micelarne (oddziaływania hydrofobowe) Adsorpcja polimeru Depletion flocculation
Porządkowanie kosztem wzrostu entropii? Układy micelarne (oddziaływania hydrofobowe)
Porządkowanie kosztem wzrostu entropii? Adsorpcja polimeru
Porządkowanie kosztem wzrostu entropii? Depletion flocculation
układy dalekie od stanu równowagi – struktury dyssypatywne
10-2 m Komórki konwekcyjne Rayleigha-Benarda Konwekcja???
Misja Apollo 17 EfektMarangoniego!!!
Struktura minerałów Porfiroblasty
Coś dla chemika! Pierścienie Lieseganga Reakcje oscylacyjne
Pierścienie Lieseganga 4Ag+ + Cr2O7-2 + H2O 2Ag2CrO4 + 2H+
Pierścienie Lieseganga Pb++ + 2 I- PbI2