КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 25-22-00085
НазваниеПрирода гидрофобного эффекта в полярных жидкостях – теория коррелированных состояний
Руководитель Евстигнеев Максим Павлович, Доктор физико-математических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Севастопольский государственный университет" , г Севастополь
Конкурс №102 - Конкурс 2025 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-201 - Теория конденсированного состояния
Ключевые слова гидрофобный эффект, большая статистическая сумма, водная среда, площадь поверхности доступная растворителю, термодинамические потенциалы, растворимость, микроскопический коэффициент поверхностного натяжения
Код ГРНТИ29.19.03
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Основным результатом настоящего проекта будет построение новой неэмпирической теории гидрофобного эффекта (ГЭ) в полярных жидкостях – теория коррелированных состояний. Будут получены аналитические выражения для расчета термодинамических потенциалов и их производных в классическом эксперименте гидрофобного растворения (растворимость, изменение энергии Гиббса, энтальпии, энтропии, теплоемкости), будет проведена расширенная верификация теории по отношению к опубликованным наборам данных термодинамического эксперимента в широком диапазоне температур, для различных классов гидрофобных молекул и применительно к водной среде как наиболее важного растворителя. Предполагается, что будет дана новая интерпретация известной совокупности классических проявлений ГЭ в эксперименте (т.н. термодинамический профиль ГЭ), а также будет предложено решение существующих в области теории ГЭ некоторых проблемных вопросов. В целом предлагаемая теория коррелированных состояний сформирует новую систему знаний о природе ГЭ как замену (или альтернативу) существующей системы, сформированной в 1980-2000 годах.
Ожидаемые результаты
Результатом настоящего проекта будет новая неэмпирическая статистико-термодинамическая теория гидрофобного эффекта (далее - ГЭ) в полярных жидкостях – теория коррелированных состояний. По сравнению с имеющимися аналогами эта теория впервые позволит:
1) Дать термодинамическое доказательство эмпирически постулированной более 40 лет назад взаимосвязи величины термодинамических потенциалов ГЭ с изменением площади поверхности, доступной растворителю.
2) Получить аналитические выражения для расчета изменения термодинамических потенциалов и их производных в стандартном эксперименте переноса гидрофобной молекулы из газовой или органической фазы в водную фазу в широком диапазоне температур (изменения свободной энергии Гиббса, энтальпии, энтропии, теплоемкости при постоянном давлении, растворимости).
3) Дать численное описание классических (верифицированных) наборов экспериментальных данных по измерению термодинамических потенциалов и их производных в стандартном эксперименте переноса из газовой/органической в водную фазу для широкого диапазона температур и типов гидрофобных молекул.
4) Дать интерпретацию основным экспериментальным проявления ГЭ в стандартном эксперименте переноса: наличие температуры экстремума энергии Гиббса, наличие температуры минимума растворимости, наличие изоэнтальпийной и изоэнтропийной температур, температурные зависимости термодинамических потенциалов, изотопный эффект при гидрофобном растворении, зависимость энергии Гиббса ГЭ от поляризуемости молекул инертных газов.
5) Получить аналитические выражения для микроскопических коэффициентов «гамма», увязывающих между собой изменения энергии Гиббса, теплоемкости и энтропии при гидрофобном растворении.
6) Выполнить критический анализ состоятельности концепции «неклассического ГЭ» с позиции разработанной новой теории.
В случае принятия данной теории, она станет первой теорией гидрофобного эффекта, которая позволит в рамках единого физического подхода дать объяснение классическому набору экспериментальных фактов, накопленных к настоящему времени в отношении разнообразных проявлений ГЭ (т.н. термодинамический профиль ГЭ или «the signature of hydrophobic effect»), и, в том числе, представить новый взгляд на некоторые проблемные вопросы термодинамики ГЭ, такие как
1) расходимость микро- и макроскопических мер ГЭ,
2) наличие эффекта «холодной» денатурации белков,
3) проблема неэмпирического описания межмолекулярных гидрофобных взаимодействий в жидкостях,
4) проблема неэмпирического разделения неполярного (гидрофобные взаимодействия) и полярного (природа неизвестна) вкладов в изменение теплоемкости,
5) предположительно – объяснить качественную трансформацию ГЭ при переходе от нерегулярных молекулярных поверхностей к регулярным (например, графеновым листам или фуллеренам).
Совокупность этих результатов сформируют новую систему знаний о гидрофобном эффекте как альтернативу или даже замену существующей системы, сформированной в 1980-2000 годах.