Phasenverhalten von kurzkettigen Alkoholen in beschränkten Geometrien

Abstract

Inhalt ist das Phasenverhalten der n-Alkohole Propanol, Butanol und Pentanol in verschiedenen mesoporösen Systemen mit Porendurchmessern in der Größenordnung von etwa 10nm. Dies wird hauptsächlich dielektrisch, aber auch mit Hilfe von Neutronenstreuexperimenten, untersucht. Im ersten Teil dieser Arbeit werden die Proben mit konstanten Kühl-/Heizraten abgekühlt bzw. aufgeheizt. Hierbei zeigen Butanol und Pentanol abhängig von Porenradien und Kühlraten eine teilweise oder sogar komplette Unterdrückung der Kristallisation während des Abkühlens, in vielen Fällen ist diese während des Heizens wesentlich ausgeprägter. Im Gegensatz dazu kristallisiert Propanol bei den in dieser Arbeit betrachteten Kühl-/Heizraten weder im Bulk noch im Confinement. Im zweiten Teil werden für Pentanol Temperaturen unterhalb der Gefriertemperatur angefahren, um isotherm die Zeitabhängigkeit des Kristallisationsgrads und damit eine temperaturabhängige Kristallisationsrate zu bestimmen. Hierbei kann man, sowohl in porösem Siliziumoxid als auch in VYCOR, sowohl durch homogene als auch durch heterogene Nukleation bedingte Kristallisation beobachten. Eine Anpassung im Rahmen der klassischen Nukleationstheorie liefert hierbei Ergebnisse, die sich zum Teil zwar deutlich von den Bulk-Werten unterscheiden, bei näherer Betrachtung aber zumindest plausibel erscheinen.

Content is the phase-behaviour of the n-alcohols propanol, butanol and pentanol confined in different mesoporous systems with porediameters of about 10nm, which is examined mainly by dielectric measurements, but also by neutron-scattering. In the first part of this work, samples are cooled down and heated up with constant rates of cooling/heating. Butanol and pentanol show, depending on pore sizes and cooling rates, a partial or even complete suppression of any crystallisation during cooling. Most of the time the crystallisation is much more distinct during heating. In contrast, propanol does not crystallise at all, neither in the bulk-state nor confined into mesopores, independent from the cooling/heating rates used in this thesis. In the second part, pentanol is set to different temperatures below the freezingtemperature, where the time-dependance of the crystallinity is measured isothermally. Along with that a temperature-dependant crystallisation rate is obtained. As a result, in porous silica as well as in VYCOR, crystallisation caused by homogeneous as well as by heterogeneous nucleation can be observed. Fitting the results within the means of classical nucleation theory leads to values very different from bulk-values, but still plausible having a closer look.