ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Симметрия структуры нефтяных дисперсных систем из "Научные и прикладные аспекты теории нефтяных дисперсных систем" На основании известной информации по размерности параметра порядка можно отметить, что она определяется степенью симметрии либо изотропией самого параметра порядка и может принимать значения от 1 до 3. В первом случае параметр порядка является скалярной величиной и представляется изменением какой-либо характеристики системы, например плотности жидкости либо концентрации бинарного раствора. [c.183] В других случаях параметр порядка является векторной величиной и характеризуется, например для волны, амплитудой и фазой. Если указанный вектор находится в пространстве, то параметр порядка может принимать значение, равное 3. [c.183] На основании вышеизложенного и с учетом свойств симметрии параметра порядка следует, что значения 1,2 и 3 отвечают соответственно линейной, осевой и сферической симметрии. [c.183] Представляет интерес, например, приложение для нефтяных дисперсных системах метода ренормализационной группы, который позволяет решать задачи с одновременным учетом различных масштабов расстояний и энергий и описать наиболее существенные свойства явлений. В любом случае структура нефтяных дисперсных систем при заданной температуре определяется равновесным сосуществованием в некотором соотношении порядка и беспорядка. Изменение этого соотношения и приводит к качественным превращениям свойств нативных нефтяных систем, наивысшее проявление которых происходит в кризисных состояниях. Параметр порядка при этом может явиться фундаментальной макроскопической величиной, при помощи которой можно сформулировать единый подход к рассмотрению характеристик и сравнению многочисленных и разнообразных нефтяных дисперсных систем. [c.183] Вопросам симметрии в термодинамике физико-химических процессов посвящен самостоятельный крупный раздел физической химии, подробно рассмотре1Н1ЫЙ в литературе. Поэтому здесь лишь упоминаются некоторые основные понятия, связанные с симметрией, на которых будет базироваться дальнейшее повествование. [c.183] Не углубляясь в подробности, заметим, что для выяснения симметрии молекул или структурных образований достаточно пять категорий элементов симметрии идентичность, вращение вокруг оси симметрии, отражение в зеркальной плоскости симметрии, инверсия относительно центра симметрии, несобственное вращение или вращение-отображение относительно оси несобственного вращения, или зеркально-поворотной оси. [c.184] При рассмотрении элементов симметрии структурных образований дисперсных систем можно взять за основу свойства кристаллов. Известно, что кристаллы построены из ионов, атомов или молекул, соединенных способом, обусловливающим внешний вид или морфологию кристалла. Можно предположить, что локальная симметрия составляющих кристалла может определять его общую симметрию. Причем все множество кристаллов может быть определено семью кристаллическими системами в зависимости от формы кубической, моноклинной, ромбической, тетрагональной, триклинной, гексагональной, ромбоэдрической. Очевидно, симметрия структурного образования формируется из общей симметрии расположения элементов этого образования, а также из собственной локальной симметрии этих элементов. По аналогии с морфологией кристаллов, можно рассматривать элементы структурного образования в виде элементарных ячеек. Следует специально отметить влияние на симметрию структурного образования собственной симметрии элементарных ячеек. Наличие собственной симметрии элементарных ячеек является фактором, ограничивающим число объектов симметрии структурного образования и разрешающим некоторые из них. [c.184] В непосредственной взаимосвязи с локальной симметрией находится трансляционная симметрия, которая указывает на пространственную природу симметрии структурного образования. Аналогично перемещению составляющих молекулы на микроуровне можно представить операции симметрии, связанные с перемещением элементов структуры структурного образования. Важнейшими из указанных операций симметрии являются простая трансляция, винтовая ось, плоскость скольжения. Еще раз отметим необходимость четкого представления особенностей симметрии кристаллов чистых веществ, заключающейся в закономерностях атомного строения, внешней формы и физических свойств кристаллов. Симметрия свойств кристалла обусловлена симметрией его строения. Кристалл может быть совмещен с самим собой путем поворотов, отражений, трансляций — параллельных переносов и других преобразований симметрии, а также комбинаций этих преобразований. [c.184] Еще одним понятием, касающимся симметрии, является инвариантность, под которой подразумевают сохранение веществом или структурой некоторого конкретного свойства при преобразовании определенного типа. Индивидуальная жидкость обладает полной трансляционной инвариантностью, а для кристалла допустимы лишь трансляции на определенные расстояния и в определенных направлениях. [c.185] Под симметрией нефтяной дисперсной системы понимается симметрия ее возможных конфигураций. Нефтяная дисперсная система отличается нарушенной симметрией . Иначе говоря, в ней не могут реализоваться все виды симметрии, допускаемые взаимодействием, вследствие того, что на некоторые взаимодействия наложены ограничения. Это проявляется, например, при пониженных температурах, когда кубическая решетка может перейти в гексагональную, но не наоборот. [c.185] С учетом вышеизложенного очевидно, что процессы нарушения симметрии в нефтяных дисперсных системах непрерывны. При этом следует заметить, что система остается инвариантной до некоторых предельных значений изменения симметрии. [c.185] Здесь интересно вновь вернуться к процессу структурирования в нефтяной дисперсной системе при различной скорости охлаждения. Если рассматривать этот процесс с точки зрения изменения симметрии системы, то, очевидно, малая скорость позволяет системе приобретать наиболее выгодные энергетически симметричные состояния. В то же время при высоких скоростях охлаждения такие состояния не могут быть достигнуты, так как симметричное упорядочение системы затруднено при пониженных температурах и малой кинетической энергии системы и подвижности ее элементов. Одновременно с этой точки зрения объясняется и факт большей подвижности системы при пониженных температурах в случае быстрой скорости охлаждения, за счет увеличения асимметричности системы. Таким образом, между параметром порядка и симметрией системы существует вполне реальная связь. [c.185] Интересен экспериментальный факт, что переохлажденная с быстрой скоростью нефтяная дисперсная система отличается значительной устойчивостью к дальнейшему понижению температуры и сохраняет свою подвижность в сравнительно широком интервале пониженных температур. [c.185] Известно, что нарушение симметрии — специфическое свойство вещества в конденсированном состоянии. Данное явление не зависит от граничных условий и внешних возмущений. Нарушение симметрии в нефтяной дисперсной системе доказывает наличие области кризисных состояний, а не конкретной точки, так как реальные системы стремятся иметь такие параметры, чтобы не попасть точно в точку, где нарушается симметрия, а быть по ту или другую сторону от нее. [c.185] Как правило, структурные превращения приобретают массовый характер в кризисных состояниях системы, и в частности в области фазовых переходов, а так.же при готовности системы к химическим превращениям составляющих ее веществ. В этот момент элементы ассоциативных или агрегативных комбинаций находятся в интенсивных флуктуациях с возможной миграцией от одного структурного образования к другому. Следует отметить, что указанный взаимообмен может происходить и в системе, находящейся в термодинамическом равновесии, когда каждый переход мгновенно компенсируется подобным обратным переходом, уравновешивающихм систему. В статистической механике это положение известно под названием принципа детального равновесия, характерного, как правило, для изотропных систем, обладающих полной симметрией, с точки зрения распределения событий в структуре системы. [c.186] В неравновесном состоянии в рассмотрение вовлекаются события, которые могут вывести структурные элементы за пределы наложенных на них ограничений, необходимостью соблюдения уровня порядка-беспорядка системы и ее пространственной инвариантности распределения структурных образований, или инвариантности во времени для происходящих внутренних событий. В этих условиях внутреннее поле старается создать порядок корреляции между различными точками системы, а хаотические тепловые или другие события разрушают эти корреляции, способствуя беспорядку. В условиях интенсивных возмущений в системе происходит накопление этой информации, избыток которой после некоторого предела и приводит к переустройству и обновлению системы. [c.186] Возможно предположить, что, несмотря на реализацию описанных термодинамических явлений, в системе могут существовать на микроуровне ничтожно малые ограниченные флуктуации, находящиеся в состоянии локального термодинамического равновесия. Наличие большого числа таких флуктуаций способствует возникновению характерной неустойчивости системы, вызывающей проявления событий уже на макроуровне, со значительным временем жизни. Последние могут привести к скачкообразному изменению состояния и свойств системы. [c.186] В любом случае система сопротивляется до некоторого предела случайным возмущениям, наложенным на нее, создавая в своем внутреннем поле таким же случайным образом уравновешивающие события. В этих рамках для стабильного существования системы необходимо соблюдение двух условий в отношении порядка и симметрии системы, связанных с ограничениями по ее внутреннему устройству и взаимосвязи элементов. Первое условие заключается в требовании пространственной инвариантности распределения элементов, второе — в инвариантности во времени для происходящих событий. [c.187] Таким образом, для конкретной нефтяной системы во взаимосвязи с ее параметрами можно определить области ее стабильного существования, отличающиеся в некоторых случаях значительными пределами термобарических и других условий. В то же время любую нефтяную систему в этой области можно рассматривать с учетом ее готовности к восприятию различных воздействий. Тогда состояние системы можно считать переходным с различной степенью симметричного удаления в одну или другую сторону от кризисного состояния или собственно от критической точки перехода. [c.187] Следует заметить, что в описанных представлениях просматривается некоторая аналогия с известными положениями теории переходного состояния или активного комплекса. Все выводы этой теории основываются на предположении о существовании промежуточного состояния реагирующих веществ. При этом промежуточный комплекс всегда находится в состоянии равновесия как с реагентами, так и с продуктами [186, 187]. [c.187] Вернуться к основной статье