Soret-Effekt asymmetrischer Mischungen : Pseudo-Isotopeneffekt, Thermophobizitäten und universeller Grenzwert

Titelangaben

Pur, Bastian:
Soret-Effekt asymmetrischer Mischungen : Pseudo-Isotopeneffekt, Thermophobizitäten und universeller Grenzwert.
2020 . - XVII, 247 S.
( Dissertation, 2020 , Universität Bayreuth, Fakultät für Mathematik, Physik und Informatik)

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Abstract

Das Auftreten eines Diffusionsflusses hervorgerufen durch einen Temperaturgradienten in mehrkomponentigen Mischungen wird als Thermodiffusion oder auch Soret-Effekt bezeichnet. Ziel dieser Arbeit ist es, einen in der Literatur für verdünnte Polymerlö- sungen postulierten universellen Grenzwert der thermophoretischen Mobilität, welcher lediglich von der Lösungsmittelviskosität abhängt, zu untersuchen. Hierfür werden binäre Mischungen von unterschiedlichen Halogenbenzolen (Fluor- Chlor- und Brombenzol) in linearen Alkanen (Hexan, Heptan, Oktan, Dekan, Dodekan, Tetradekan und Hexadekan) betrachtet. Ergänzend zu diesen Messungen werden auch Experimente mit Bromnaphthalin in Mischung mit den genannten Alkanen untersucht. Aufgrund der Sensitivität des Brechungsindex bezüglich Temperatur- und Konzen- trationsunterschieden wird eine optische Methode mit holographischen Gittern zur Untersuchung des Soret-Effekts verwendet. Damit können die Transportkoeffizienten, namentlich der Soretkoeffizient S_T , sowie der (Fick’sche) Diffusionskoeffizient D und der Thermodiffusionskoeffizient D_T , bestimmt werden. Anhand dieser Daten erfolgt zunächst eine Betrachtung zweier additiver Modelle zur quantitativen Beschreibung und somit zur Vorhersage des Soretkoeffizienten: der (Pseudo-)Isotopeneffekt und das Konzept der Thermophobizitäten. Somit kann ge- zeigt werden, dass die unterschiedlichen Soretkoeffizienten der Halogenbenzol/Alkan- Mischungen einen gemeinsamen chemischen Beitrag besitzen und die gemessenen Werte sich einzig durch den (Pseudo-)Isotopenanteil unterscheiden. Zudem kann das Modell der Thermophobizitäten bestätigt und eine bestehende Datenbank um eine Sub- stanz erweitert, sowie die Zahl der bekannten Mischungen auf 115 von 276 möglichen Kombinationen erhöht werden. Eine Diskussion der erhaltenen Diffusionskoeffizienten erfolgt im Rahmen der Stokes-Einstein-Gleichung, wobei anhand der Messdaten die Grenzen dieses Modells im Bereich molekularer Mischungen aufgezeigt werden kön- nen. Im Grenzfall asymptotischer Molmassenverhältnisse der Mischungskomponenten wird der bereits genannte universelle Grenzwert der thermophoretischen Mobilität für Polymerlösungen auch in den hier betrachteten Mischungen beobachtet. Dieser kann im Rahmen des Pseudo-Isotopeneffekts erklärt werden.

Abstract in weiterer Sprache

The occurrence of a diffusion flow caused by a temperature gradient in a multi- component mixture is called thermodiffusion or Soret effect. The aim of this thesis is to investigate a universal limit from literature for the thermophoretic mobility of dilute polymer solutions, which depends only on the solvent viscosity. For this purpose binary mixtures consisting of different halobenzenes (fluoro-, chloro- and bromobenzene) in linear alkanes (hexane, heptane, octane, decane, dodecane, tetradecane and hexadecane) are investigated. In addition to these measurements, experiments with bromonaphthalene in the mentioned alkanes are carried out. Due to the sensitivity of the refractive index to changes in temperature and concentration, an optical transient holographic grating technique is used to study the Soret effect. This method allows for the determination of the Soret (S_T), the Fickian diffusion (D) and the thermodiffusion coefficient (D_T). On the basis of these data, two additive models for the quantitative description and, thus, for the prediction of the Soret coefficient are considered: the (pseudo) isotope effect and the concept of thermophobicities. It can be shown that the different Soret coefficients of the halobenzene/alkane-mixtures have a common chemical contribution and the measured values differ only with respect to their isotopic contribution. Furthermore, the model of the thermophobicities can be confirmed and an existing database can be extended by one substance, and the number of known combinations can be increased to 115 out of 276 possible combinations. A discussion of the measured diffusion coefficients is carried out in the framework of the Stokes-Einstein equation, whereby the limits of this model in the range of molecular mixtures can be shown on the basis of the measured data. In the limiting case of asymptotic molar mass ratios of the mixture components, the already mentioned universal limit of the thermophoretic mobility for polymer solutions is also observed in the here considered mixtures. This universal limit can be explained in the context of the pseudo isotope effect.