Critical Behavior and Crossover Effects in the Properties of Binary and Ternary Mixtures and Verification of the Dynamic Scaling Conception

Abstract

Es werden Messungen an kritischen Flüssigkeiten, die mit Hilfe der Ultraschallabsorptionsverfahren im Frequenzbereich zwischen 180 kHz und 500 MHz, der dynamischen Lichtstreuung und der Scherviskosität durchgeführt wurden, diskutiert. Der Schwerpunkt der Studien bestand in der Verifizierung der Anwendbarkeit des Bhattacharjee-Ferrell Modells der Dynamischen Skalierungshypothese und der aus der „Crossover“-Theorie stammenden Korrekturen für den Übergang vom „Ising“ in den „Mean-Field“ Bereich. Drei Arten von kritischen Lösungen wurden hierzu untersucht: binäre Gemische ohne zusätzliche Hintergrundsanteile in den Ultraschallabsorptionsspektren (n-Pentanol-Nitromethan, Nitroethan-Cyclohexan, Nitroethane-3-Methylpentan, Methanol-Hexan, und Ethanol-Dodecan), binäre Gemische mit zusätzlichen Relaxationstermen im Zeitbereich der kritischen Fluktuationen (2,6-Dimethylpyridin-Wasser, Isobutoxyethanol-Wasser, Triethylamin-Wasser) und ternäre Gemische des Systems Nitroethane-3-Methylpentane-Cyclohexane mit Konzentrationen entlang der „Plait Point Line“. Im Falle des ternären Systems sind die Untersuchungen auf den Verlauf der kritischen Parameter in Abhängigkeit von der Konzentration einer Komponente fokussiert. Die vorliegenden Ergebnisse zeigen deutlich, dass das von Bhattacharjee-Ferrell vorgeschlagene Modell und die „Crossover“-Theorie sowohl die Ultraschallabsorptionsspektren wie auch die Daten der dynamischen Lichtstreuung und der Scherviskositätsmessungen sehr gut beschreiben. Es wird ebenfalls gezeigt, dass das Bhattacharjee-Ferrell Modell auch bei komplizierten binären Systemen, solchen wie 2,6-Dimethylpyridin-Wasser und Isobutoxyethanol-Wasser, die Beschreibung der Spektren erlaubt. Ferner wird demonstriert, dass unter der Annahme, dass chemische Relaxationen additiv zu den Spektren beitragen, die theoretische dynamische Skalierungsfunktion von Bhattacharjee und Ferrell von den experimentellen Daten sehr gut bestätigt wird. Im Falle des kritischen Systems Triethylamin-Wasser wird gezeigt, dass die experimentell e Skalierungsfunktion nur wenn die kritische Verlangsamung in der Nähe des kritischen Punktes beider Debye-Relaxationsterme zugelassen wird, den theoretischen Verlauf erfüllt. Die experimentellen Befunde wurden ergänzt mit Dichte, und Schallgeschwindigkeitmessungen.