CC BY
20Микроструктура и фазовые переходы воды по данным оптической микроскопии
ТАЯхно1'2, В.Г. Яхно12
1- Институт прикладной физики РАН 2 - Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского
ykhta13@gmail.com
Определение понятия «вода» обычно ограничивается ее молекулярной структурой [1], а под «раствором» принято понимать «однородную смесь двух или большего числа компонентов, равномерно распределенных в виде атомов, ионов или молекул в жидкости или твердом веществе» [2]. Однако за последние 20 лет с помощью разных инструментальных методов получены убедительные доказательства того, что вода структурирована и на более высоком уровне иерархии - от единиц до сотен микрометров [3-6]. Относительно природы обнаруженных микроструктур у исследователей нет единого мнения.
Микроскопия капли дистиллированной воды, «подвешенной» в отверстии пластиковой пластины, действительно убеждает в том, что это - микродисперсная система (Рис. 1а). Однако такая техника не дает возможности рассмотреть детальную структуру дисперсной фазы. Микроскопия воды и водных солевых растворов в тонком (~ 8 мкм) слое между предметным и покровным стеклами позволяет рассмотреть эту структуру «напро-свет» (Рис. 1Ь).
Рисунок 1. Микроструктура дистиллированной воды: а - в «подвешенной» капле (ширина кадра - 2 мм); Ь - в тонком слое (~ 8 мкм) между стеклами (ширина кадра - 3 мм).
Дисперсная фаза представлена светлыми пластичными микросферами размером ~ 10 мкм с темной частицей в центре. Микросферы могут образовывать агрегаты размером в сотни микрометров. Текстура тонкого слоя воды изменяется при добавлении хлорида натрия в разных концентрациях (Рис. 2). Кристаллографический анализ показал, что основной структурообразующей единицей дисперсной фазы является микрокристалл хлорида натрия. Окружающая его светлая сфера - жидкокристаллическая гидратная оболочка [7,8].
Рис. 2. Изменение текстуры воды при увеличении концентрации соли. Ширина каждого кадра - 1 мм.
Свободная вода и жидкокристаллическая вода гидратных оболочек находятся в динамическом равновесии, которое координируется во всем объеме жидкости осмотическим давлением [9]. Обсуждаются пути проникновения хлорида натрия в дистиллированную воду и образования микрокристаллов.
[1] Н.А. Мельниченко. Структура и динамические свойства жидкой воды. Вестник ДВО РАН, 1, 65-74,2010.
[2] В.В. Тарасов. Материаловедение. Технология конструкционных материалов: учебное пособие для вузов. Владивосток: Мор. гос. ун-т, 140 с.,2009.
[3] Е.Е. Фесенко, Е.Л. Терпугов. О необычных спектральных свойствах воды в тонком слое. Биофизика, 44(1), 5-9,1999.
[4] В.В. Гончарук, В.Н. Смирнов, А.В. Сыроешкин, В.В. Маляренко. Кластеры и гигантские гетерофазные кластеры воды. Химия и технология воды, 29(1), 3-17,2007.
[5] Б.И. Лаптев, Г.Н. Сидоренко, Н.П. Горленко, А.К. Кульченко, Ю.С. Саркисов, Л.В. Антошкин Оценка структуры воды и водных растворов хлорида натрия с использованием диэ-лектрометрии и резонансного метода. Вестник ТГАСУ, 2, 235-244,2013
[6] Н.Ф. Бункин, Ф.В. Бункин.Бабстоннаяструктураводыиводныхрастворовэлектролитов. УФН,186,933-952,2016.
[7] T. Yakhno, V. Yakhno. A study of structural organization of water and aqueous solutions by means of optical microscopy. Crystals, 9(1), 52, 2019. D0I:10.3390/cryst9010052. http:// www.mdpi.com/2073-4352/9/1/52
[8] T. Yakhno, M. Drozdov, V. Yakhno. Giant Water Clusters: Where Are They From? Int. J. Mol. Sci. 20, 1582, 2019. doi:10.3390/ijms20071582.https://www.mdpi.com/1422-0067/20/7/1582
[9] T. Yakhno, V. Yakhno. Water-induced self-oscillatory processes in colloidal systems by the example of instant coffee. Journal of Basic and Applied Research International, 20(2): 7083,2017.
