Диэлектрические свойства водных растворов при нормальных и высоких разведениях Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

Диэлектрические свойства водных растворов при нормальных и высоких разведениях

Л. Морозова, С. Савельев

Фрязинский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН 141190 Фрязино, Московская область, Россия

mila-morozova. ludmila@yandex. ru

Физические свойства водных растворов электролитов в сантиметровом и миллиметровом диапазонах электромагнитных волн (ЭМВ), например, 61,2 ГГц, привлекают внимание тем, что здесь проходит граница между коллективными молекулярными процессами в растворах, отвечающими за статистические значения диэлектрических констант, и индивидуальными реакциями молекул воды за счет перераспределения H-связей между ними и взаимного влияния молекул воды и растворённых в воде веществ [1]. Волноводные методы измерения значений диэлектрической проницаемости водных растворов сульфатов в зависимости от концентрации растворенных веществ с упором на дециметровый диапазон ЭМВ рассмотрены в [2, 3]. В указанных работах был дополнен механизм гидратации в растворах сульфатов лития и натрия и выделены дополнительные релаксационные процессы, интерпретированные в виде релаксации ионных пар. В [3] на основе полученных результатов показано, что эффективный размер гидратной оболочки ионов растворённого вещества выходит за пределы первой гидратной оболочки. Кроме того, недавние исследования выполненные при помощи ТГц спектроскопии в близком спектральном диапазоне показали, что высокоразбавленные растворы антител способны к дистантному воздействию на водный раствор белка [4], что указывает на физический механизм действия данных растворов, а также ставит задачи по исследованию характера излучения, что и стало темой нашего исследования.

Путем применения оригинального метода измерения слабых радиотепловых электромагнитных сигналов нами были получены экспериментальные данные по измерению дисперсий шумовых аттракторов радиояркостной температуры водных растворов NaCl, Al(NO3)3 в ряду из двенадцати последовательных разведений от C1 (1001 раз) до C12 (10012 раз) для каждого. Значения дисперсий шумовых аттракторов, которые с поправкой на значения шумовых аттракторов радиояркостной температуры соответствуют коэффициентами поглощения, значимо отличаются в ряду последовательных разведений. Отличие значений дисперсий шумовых аттракторов растворов достигает 37% (между С1 и С9) и 23% (между С6 и С12) в ряду последовательных разведений NaCl, Al(NO3)3, соответственно, и обусловлено механизмом кооперативного взаимодействия ионов (ion-water cooperative interactions) с молекулами воды, расположенными за пределами первой гидратной оболочки.

Таким образом, продемонстрирована принципиальная возможность фиксации изменения переменной составляющей радиояркостной температуры для растворов нормального и высокого разведения базовых веществ. Показано, что для высоких разведений исследуемых веществ характерно различие дисперсии шумового аттрактора переменной составляющей радиояркостной температуры. Выявлена индивидуальность диэлектрических свойств растворов веществ при нормальных и высоких разведениях для различных базовых веществ. В нашей работе сделано предположение, что выявленная динамика диэлектрических свойств растворов при высоких разведениях определяется развитой гидратной оболочкой ионов, значительно превышающей размеры гидратных оболочек ионов при нормальных концентрациях веществ и способной излучать в области 61,2 ГГц.

[1] F. Kremer and A. Schönhals, Broadband dielectric spectroscopy (Springer), Molecular and collective dynamics of (polymeric) liquid crystals, (2003).

[2] W. Wachter, S. Fernandez, R. Buchner, G. Hefter, Ion association and hydration in aqueous solutions of LiCl and Li2SO4 by dielectric spectroscopy, The Journal of Physical Chemistry B, 111, 9010-9017, (2007).

[3] S. Liu, G.-z. Jia, S. Zhang, Consideration of fractal and ion-water cooperative interactions in aqueous Na2SO4 and K2SO4 solutions by dielectric relaxation spectroscopy, Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, 441, 15-22, (2016).

[4] N. Penkov, Antibodies processed using high dilution technology distantly change structural properties of IFNy aqueous solution, Pharmaceutics, 13, 1864, (2021).