Техника - молодёжи 1986-10, страница 22

Разделение и очистка веществ — одно из древнейших занятий человека. Сито, решето появились, по-видимому, раньше сохи. Принцип их действия вряд ли нужно объяснять. Точно так же, если взять «сита» с очень тонкими каналами, можно сортировать молекулы или атомы различных размеров. Используемые в качестве молекулярных или атомных «сит» перегородки обычно называют мембранами. Еще в 30-х годах их использовали для разделения изотопных разновидностей газовых молекул. И сегодня метод диффузии через металлические пористые

«сит» невысокая производительность. Это и понятно — диаметр пор очень мал. Если его увеличить, производительность, конечно, возрастет, но тогда и большие, крупные молекулы будут проникать сквозь «сито». Оно перестанет выполнять свое назначение. Как же выйти из этого положения?

Для начала детальнее разберемся в работе мембран. Что заставляет молекулу проникать в мембрану? Какая сила их движет?

В самых общих чертах ответить на этот вопрос легко — мы имеем дело с обыкновенной, хорошо всем знакомой диффузией. Давление газа на входе и выходе мембраны

ЛАЗЕРНОЕ

как земное тяготение характеризуется гравитационным потенциалом, так и притяжение молекул определяется так называемым адсорбционным потенциалом.

Естественно, что если различные молекулы по-разному взаимодействуют со стенками пор, имеют разные адсорбционные потенциалы, то и скорость их диффузии будет различной. Значит, ключ к управлению диффузией — изменение адсорб-

« • • • • * * • •• • ^#

• • * *

• •

* < • •

• ш

ж ^

«СИТО»,

.-.в*.;-.-;.

ГАЗОВЫЙ лоток

или КАК ЛУЧ

СОРТИРУЕТ МОЛЕКУЛЫ

Юрий ПЕТРОВ,

кандидат

физико-математических наук, старший научный сотрудник Института общей физики АН СССР

мембраны — один из наиболее крупномасштабных и экономичных методов обогащения урана.

Весьма удобен на практике и природный минерал цеолит, открытый в XVIII столетии Кронштедтом (об удивительных свойствах цеолитов рассказано в статье Г. Цициш-вили и Т. Андроникашвили «Цеолиты — молекулярные «сита» — см. «ТМ», No 12 1976).

Перспективны и мелкопористые полимерные пленки и мелкопористая слюда, созданные в Объединенном институте ядерных исследований в лаборатории академика Г. Н. Флерова. Для их изготовления материал сначала бомбардируют тяжелыми ядрами, а затем подвергают химическому травлению. Именно поэтому такие фильтры называют ядерными.

К сожалению, у молекулярных

различно За счет этого различны и его концентрации по обе стороны. Молекулы перемещаются в направлении уменьшения концентрации, или, другими словами, движутся против градиента. Градиент — это вектор, показывающий изменение какой-либо физической величины на единицу длины. Математическая формулировка закона диффузии была дана в 1855 году Фи-ком — диффузионный поток пропорционален градиенту концентрации.

Но при движении молекул через мембрану, кроме диффузии, происходит еще один физический процесс — взаимодействие молекул со стенками пор. Ведь между любыми атомами или молекулами всегда действуют силы взаимного притяжения, которые называются дисперсионными. Поэтому при приближении какой-нибудь отдельной молекулы к поверхности твердого тела в результате сложения дисперсионных сил она начинает притягиваться к этой поверхности.

Такое явление называется физической адсорбцией. Подобно тому

ГАЗОВЫЙ поток

На рисунке принцип действия мембраны. Большие молекулы не могут пройти сквозь узкие отверстия.

На следующем рисунке видно, что при увеличении диаметра каналов мембрана перестает выполнять свои функции — молекулы обоих сортов свободно проникают через перегородку, смесь не разделяется.

Положение в корне меняется, если осве-

ционного потенциала. Но как *того добиться?

В поисках ответа на вопрос нам придется обратиться к электродинамике. Поместите частицу, состоящую из разноименных зарядов, в постоянное электрическое поле. Заряды в ней сместятся, то есть изменится дипольный момент. Если же частица не обладала дипольным моментом, то при включении поля

20