Редакция журнала Physical Chemistry Chemical Physics высоко оценила статью красноярских ученых, выполненную совместно с зарубежными коллегами из Бельгии и Германии. Опубликованная в начале этого года работа, в которой рассматриваются вопросы перемешивания многокомпонентных смесей, попала в число «горячих» результатов — статей с наибольшим цитированием.

В журнале Physical Chemistry Chemical Physics в течение года публикуется более трех тысяч научных материалов по вопросам физической химии и химической физики. Это известный зарубежный журнал с высокими показателями цитирования опубликованных в нем статей. Ежегодно редакция журнала отбирает около двухсот наиболее востребованных статей. В этом году в шорт-лист вошла выполненная совместно с иностранными коллегами работа красноярских ученых.
  
«Горячее» исследование российских и зарубежных авторов посвящено теоретическому измерению коэффициентов диффузии тройных смесей, полученных в ходе экспериментов на Международной космической станции (МКС). Образцы, смешивание которых исследовали в космосе, представляли собой смеси тетрагидронафталина — изобутилбензола — додекана, циклогексана — толуола — метанола, воды — этанола — триэтиленгликоля. В каждую тройку компонентов входят соединения, типичные для углеводородных месторождений, например, для нефти.

Исследования диффузии тройных смесей проводят на МКС для того, чтобы избавиться от действия силы земного притяжения. Ученым важно понять, как происходит перемешивание в идеальных условиях, когда на жидкости не влияет гравитация. Тройные смеси готовят в лабораториях на Земле. Далее их отправляют в космос, где измеряют коэффициенты диффузии. Полученные данные обрабатывают уже на Земле.

В признанной «горячей» работе исследователи впервые проанализировали зависимости коэффициентов диффузии тройных смесей от системы отсчета, в которых они могут быть представлены. Перемешивание смеси из двух компонентов описывается одним коэффициентом диффузии, значение которого не зависит от системы отсчета. Сложности интерпретации результатов измерений возникают для смесей с тремя и большим числом компонентов. В ходе анализа в одной из систем отчета были получены отрицательные главные коэффициенты диффузии для нескольких составов смеси. В таком случае некоторые компоненты этой смеси должны не смешиваться, а, наоборот, отделяться.

«Теоретически суть отрицательных главных коэффициентов диффузии в том, что при смешивании трех компонентов два из них будут смешиваться, а третий, наоборот, будет стараться отделиться. То есть диффузия пары компонентов вызывает обратную диффузию третьего компонента. По сей день в литературе не зафиксировано экспериментальных измерений отрицательных главных коэффициентов», — пояснила одна из соавторов статьи, младший научный сотрудник Института вычислительного моделирования Красноярского научного центра СО РАН Софья Козлова.

Ученые подняли вопрос о физической основе отрицательных главных коэффициентов диффузии и проанализировали исходные данные в «проблемных» случаях. В результате они скорректировали экспериментальные значения коэффициентов перекрестной диффузии в пределах ошибки расчета. Дело в том, что измерение коэффициентов перекрестной диффузии очень трудоемко и требует точного экспериментального оборудования. Полученные данные имели большую погрешность, что и повлияло на последующие вычисления.

«Никто не ожидал, что наше исследование поднимет ряд вопросов, связанных непосредственно с проведением эксперимента. Ведь над ним трудится большой коллектив ученых из разных стран, а эксперименты проводятся на МКС. Благодаря общим усилиям мы смогли выявить проблемные стороны эксперимента», — подчеркнула Софья Козлова.

Результаты преобразований коэффициентов диффузии тройных смесей могут быть сопоставлены с выводами, полученными другими научными группами на основе альтернативных методик измерения. Их можно будет использовать для тестирования и уточнения моделей смесей на основе широко распространенного в настоящее время метода молекулярной динамики. Результаты исследований поведения многокомпонентных смесей востребованы в таких сферах промышленности как топливная энергетика, добыча полезных ископаемых, системы охлаждения. В целом они необходимы для расчетов процессов конвекции, термодиффузии, любых явлений переноса тепла и масс.