Химическая термодинамика и термохимия

Определена абсолютная энтропия и другие термодинамические характеристики аморфных металлических сплавов, сформулированы новые термодинамические условия перехода жидких сплавов в аморфное состояние. Установлено, что остаточная при 0 К энтропия аморфных сплавов находится в пределах от 0 до 2,7 Дж/моль.К и следовательно по уровню упорядоченности аморфное состояние сопоставимо с кристаллическим и что к нему применимо третье начало термодинамики. Условия, определяющие переход жидких металлических сплавов в аморфное состояние контролируются двумя термодинамическими функциями – конфигурационными энтропией и теплоемкостью расплава, которые в свою очередь зависят от ковалентной составляющей химической связи. (ИОНХ РАН, ИМЕТ РАН, ФГУП ЦНИИЧЕРМЕТ, МГИСиС)

Методами прецизионной адиабатической вакуумной и динамической калориметрии, а также калориметрии сжигания получен комплекс фундаментальных термодинамических характеристик сложных классов органических, металлоорганических и полимерных соединений, фуллеренов и фуллеренсодержащих материалов. Полученные результаты вошли в банки данных по термодинамическим свойствам и термодинамическим параметрам. (ИПФХ РАН, ИНЭОС РАН, ИСПМ РАН, ИМХ РАН, МГУ, РХТУ, ННГУ)

Проведены экспериментальные и теоретические исследования термодинамических свойств, супрамолекулярной структуры и физико-химических свойств растворов, флюидных систем, растворов ПАВ, жидких кристаллов, неоднородных полимерных гелей, магнитных жидкостей; разработан метод построения атомных моделей ионных жидкостей. Развит молекулярно-статистический подход для описания жидких кристаллов. Разработан новый подход к уравнению состояния и сформулирована общая теория уравнения состояния трехмерных и двумерных систем. Предложена схема разложения свободной энергии ассоциации протеинов. (ИХР РАН, СПб. ГУ, МГУ, МГИСиС)

Развиты методы неравновесной термодинамики для описания течения газа в наноразмерных капиллярах, исследованы особенности нестационарного и стационарного массопереноса через первапорационные мембраны, макрокинетики экзо- и эндотермических процессов. В приближении идеальных газов выведены уравнения согласованного изменения температуры и давления в равновесном адиабатическом процессе, в котором обратимая газофазная химическая реакция протекает в сопряжении с механической работой расширения газов. (ИФХ РАН, МИФИ, МГУ)

Проведены масс-спектральные и термохимически исследования термодинамики диссоциации и испарения сложных оксидных и солевых систем, образования природных

минералов: мусковита, поллуцита и брюстерита. Развиты методы построения Р-Т-х диаграмм. (ИОНХ РАН, ГЕОХИ РАН, ИМЕТ РАН, МГУ)

Физико-химические основы металлургических процессов

На основании анализа дифракционных дан­ных и результатов компьютерного моделирования впервые выявлен универ­сальный характер некристаллической симметрии преимущественно пятого по­рядка в металлических расплавах и метастабильных аморфных и наноразмерных фазах, что развивает представления о строении неупорядоченных металли­ческих систем и позволяет управлять структурой новых металлических мате­риалов при их создании. (ИМЕТ УрО РАН).

В рамках модели ассоциированного раствора рассчитаны термодинами­ческие свойства тройных расплавов Fe-Si-Al по данным о граничных бинарных системах. Наблюдающиеся закономерности изменения свойств объяснены конкуренцией атомов кремния и алюминия за атомы железа в процессе образования кластеров Fe_xSi_y и Fe_xAl_y. Показано, что в расплавах Fe-Si-Al всего концентрационного диапазона наблюдаются отрицательные откло­нения от закона Рауля, усиливающиеся при приближении к расплавам гранич­ной системы Fe-Si. (ИМЕТ РАН)

Разработаны новые методики, алгоритмы и компьютерные программы численного термодинамического моделирования процессов охлаждения и кристаллизации сплавов на основе железа. Программы учитывают теплофизические, диффузионные и химические процессы, позволяют рассматривать раз­личные геометрические образы объектов и учитывать разные граничные усло­вия. Моделирование процессов охлаждения и затвердевания проведено для от­ливок, слитков в изложнице, непрерывнолитых плоских заготовок в тонких се­чениях и каплеобразных объектов. (ИМЕТ УрО РАН)

Впервые экспериментально обнаружены структурные переходы в расплавах меди (1170°С) и кобальта (1595°С), сопровождаемые изменением их кристаллизационной способности и аномальным поведением вязкости. По данным спектрально-корреляционного анализа показано, что временная зависи­мость вязкости в области структурных превращений имеет колебательный ха­рактер, обусловленный осциллирующими релаксационными процессами в не­равновесных расплавах и проявлением шумоиндуцированных переходов в метастабильной области вблизи критических температур. (ФТИ УрО РАН)

Выполнены расчеты кинетики рекомбинации атомов кислорода в терми­ческой кислородной плазме и кислородной плазме с примесью атомов водорода при снижении температуры с различной скоростью на основе механизма,

вклю­чающего в себя 45 реакций между компонентами. Определена оптимальная ско­рость охлаждения, позволяющая достигнуть значительных отклонений от рав­новесного содержания атомарного кислорода. Оценены условия образования заметных количеств озона и пероксида. (ИМЕТ РАН)