КОНВЕРСИЯ ОРТО-ПАРА-Н2О ВО ЛЬДАХ И ВОДНЫХ РАСТВОРАХ В ПОЛЕ КАТАЛИЗАТОРА: ФИЗИКА РАСТВОРОВ МАЛЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ

КОНВЕРСИЯ ОРТО-ПАРА-Н2О ВО ЛЬДАХ И ВОДНЫХ РАСТВОРАХ В ПОЛЕ КАТАЛИЗАТОРА: ФИЗИКА РАСТВОРОВ МАЛЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ

Першин С.М.

Институт общей физики им. АМ.Прохорова РАН, 119991 Москва, Россия.

E-mail: [email protected]

Известно [i], что равновесное отношение 3:1 спиновых орто- и пара-Н2О изомеров при 300 K быстро уменьшается из-за конверсии при 30 K и стремится к нулю, но не достигает его, как было обнаружено недавно для одиночных молекул капсулированных внутри фуллерена С60 [2]. Природа этого явления остаётся пока неясной [3]. В работе [4] с криогенным льдом аргона была тщательно измерена орто-пара конверсия спиновых изомеров Н2О, которые были локализованы в изолированных полостях и свободно вращались, при снижении температуры льда с 30 до 6 K. Установлено, что конверсия отсутствует без катализатора в соответствии со строгим квантовым запретом [5]. После подмешивания молекул триплетно-го кислорода (О2:Н2О как 200:i) с огромным градиентом магнитного поля двух неспаренных электронов, вмороженных в лёд аргона, спиновая конверсия спиновых изомеров Н2О была запущена [4]. Авторам работы [6] удалось зарегистрировать особые точки температур, в окрестностях которых наблюдались структурные превращения спонтанных льдов (аморфный, лёд ic и ih) при их нагреве от i до 200 K. Так при — 110 K исчез аморфный лёд, а затем при 200 K - лёд 1с. Более интригующим является результат спонтанного сдвига экстремума теплоёмкости льда при его хранении в окрестности температуры ii0 K [7]. Напротив, R.Shen [8] охлаждал квазижидкий слой на поверхности льда ih и установил температуру его замерзания 200 K. Природа интригующих совпадений температур ii0 и 200 K остаётся пока неясной. Mbi полагаем, что вероятной является гипотеза орто-пара конверсии изомеров Н2О с обогащением магнитных орто-Н2О в поверхностном слое воды [9], которые омагничивают воду [i0].

Установлено, что испарение воды сопровождается осцилляцией отношения орто/пара изомеров Н2О над поверхностью [ii]. Отсюда следовало, что в объёмной воде происходит спонтанная конверсия орто-и пара-Н2О изомеров. Однако оставалось неясным существование свободно вращающихся молекул в воде, что проявляется в узких линиях резонансных переходов о-п Н2О изомеров. С помощью четырёхфо-тонной спектроскопии нам удалось зарегистрировать спектры вращательных переходов орто- и пара-Н2О изомеров в объёме воды с неравновесным отношением i:i при комнатной температуре и их конверсию в сторону равновесия 2:i при нагреве до 60 0С [i2]. Тогда поверхностный слой должен быть обогащён орто-Н2О как граница перехода к О/П = 3:i. Отдельный интерес здесь представляет ЯMP спектроскопия протонов в квазижидком слое на поверхности льда [i3].

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РНФ №23-42-10019

[i] С.Л. Вебер, Е.Г. Багрянская, П.Л. Чаповский, О возможности обогащения ядерных спиновых изомеров молекул H2O при помощи адсорбции, ЖЭТФ i29(i), 86-95 (2006). [2] B. Meier, S. Mamone, M. Concistre, et al. (Collaboration), Electrical detection of ortho-para conversion in fullerene-encapsulated water.Nat. Commun. 6, 8ii2 (20i5). [3] П. Л. Чаповский, А. А. Mамрашев, Аномальное орто/пара отношение ядерных спиновых изомеров H2O при низких температурах, Письма в ЖЭТФ iii(2), 75-79 (2020). [4] Xavier Michout Anne-Marie Vasserot, Luce Abouaf-Marguin, "Temperature and time effects on the rovibrational structure of fundamentals of H2O trapped in solid argon: hindered rotation and RTC satellite," Vibr. Spectrosa, 34, 83-93 (2004). Л. Д. Ландау, E. M. Лифшиц, Квантовая механика. Нерелятивистская теория, Наука, M. (i989). [5] Л. Д. Ландау, E. M. Лифшиц, Квантовая механика. Нерелятивистская теория, Наука, M. (i989). [6] В.Б. Ефимов, А.Н. Изотов, А.А. Левченко, Л.П. Mежов-Деглин, С.С. Хасанов, Структурные превращения в ледяных образцах при низких температурах и малых давлениях, Письма в ЖЭТФ, 94, 662 (20ii). [7] O. Haida, H. Suga & S. Seki, J. Glaciol., 22, i55 (i979). [8] Xing Wei, Paulo B. Miranda, and Y. R. Shen, Surface Vibrational Spectroscopic Study of Surface Melting of Ice, Phys. Rev. Lett. 86, i554 (200i) [9] С. Кернбах, С.Першин, Динамика капиллярных эффектов в воде после гидродинамической кавитации, Приглашённый доклад. [i0] I. Otsuka and S. Ozeki, Does Magnetic Treatment of Water Change Its Properties?, Phys. Chemistry B, ii0, i509-i5i2 (2006). [ii] D. Morre et al., Equilibrium dynamics of ortho/para hydrogen spin isomers of water, Inorganic Biochemistry, i02(2), 260 (2008) [i2] S. M. Pershin, A.F.Bunkin, Observation of temperature evolution of relative concentration ortho/para spin-isomers H2O by four-photon spectroscopy, Laser Physics, i9(7), i4i0-i4i4 (2009). [i3] Квливидзе В.И., Курзаев А.Б. Свойства тонких слоев воды по данным ЯMP // M.: Наука, i979. - С. 2ii-2i5.

90