Прямая оценка изменения энтропии через pH Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ

Т 55 (3) ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 2012

УДК 541.128

Ю.С. Мардашев, А.Н. Шавров

ПРЯМАЯ ОЦЕНКА ИЗМЕНЕНИЯ ЭНТРОПИИ ЧЕРЕЗ pH

(Московский педагогический государственный университет) e-mail: mardashevmpgu@ yandex.ru

Показано на основе численного эксперимента, имитирующего проникновение ионов через структурированную мембрану, что изменение энтропии пропорционально pH.

Ключевые слова: энтропия, структурированная мембрана, pH раствора, броуновское движение

В настоящее время мембранные технологии привлекают внимание современных исследователей [1,2], ибо с развитием этого направления связано создание экологически чистых производств. Мембраны имеют также значение для развития нанотехнологических методов в медицине и биологии [3].

В наших предыдущих работах [4,5] на примере транспорта ионов через мембрану была отмечена связь изменения энтропии с изменением ионной силы. В настоящем сообщении предложен способ прямой оценки изменения энтропии за счет фиксирования изменения pH. Эксперимент проводился по схеме, аналогичной [6]. Рассматривались два сосуда, разделенные мембраной, в каждый сосуд помещались ионы разного размера и разного заряда. Ионы совершали броуновское движение, причем градиент электрохимического потенциала принуждал их просачиваться через мембраны до установления равновесия, которое считалось концом эксперимента. Зная ионную силу в начальный момент времени t = 0, I0 и в момент времени t, It можно оценить значение изменения энтропии AS [4,5]:

AS ~ const (It/Io) (1)

С помощью формулы (1) можно оценить относительное изменение энтропии St/S0 по ходу процесса.

Для оценки эволюции энтропии удобно использовать такой, легко фиксируемый параметр, как pH. Для этого нами в один из сосудов вводился избыток ионов водорода, при этом другие ионы либо не просачивались через поры, либо просачивались с трудом. Трудность проникания оценивалась по времени релаксации для набора частиц к термодинамическому равновесию системы. В данной серии экспериментов эта разница достигала порядка.

AS 0,9 q

0,8 ^

0,7 i

0,6 ^

0,5 i

0,4 -

0,3 i

0,2 ^

ОД i

0 ^

5,4 5,6 5,8 6 pH

Рис. Зависимость изменения энтропии от рН Fig. The dependence of the entropy change on pH

На рисунке представлена связь изменения энтропии с pH для смесей, содержащих трех, двух и однозарядные ионы. Легко видеть из рисунка, что изменение энтропии практически линейно зависит от pH. Таким образом, измеряя pH в одном из боксов, можно оценить изменение энтропии в сосуде, что не сложно осуществить в натурном эксперименте. Этот результат представляет интерес для исследования биологических объектов. Например, в работе [7] путем численного моделирования показаны роль pH-зависимости в регуляции метаболических процессов, в фотосинтетических системах оксигенного типа, а также pH зависимая активация ферментов цикла Кальвина.

Простота фиксации pH позволяет использовать описанную методологию для разработки новых методов химиотерапии, основанных на изучении переноса заряженных молекул в биологических тканях [7, 8].

Следует отметить, что так как энтропия связана с информацией (К. Шеннон), то она отра-

ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 2012 том 55 вып. 3

113

жает диссипативные процессы в клетках. Трудность сопоставления с натурным экспериментом связана с тем, что стандартные буферные растворы, как правило, поддерживают постоянную концентрацию водородных ионов. Для биологических целей можно использовать как стандарт Q,2 н рас- 5-твор ацетатов, ибо известно, что при физиологических экспериментах он не проявляет буферных свойств [3].

ЛИТЕРАТУРА

1. Ковалев С.В., Лазарев С.И., Эрлих А.В. Мамонтов

B.В. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2Q11. T. 54. 6 Вып. 2. С. 65;

Kovalev S.V., Lasarev S.I., Erlikh A.V., Mamontov V.V.

// Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2Qll.V. 54. N 2. P. 65 (in Russian).

2. Чепеняк П.А., Головашин В.А., Лазарев С.И. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2Q1Q. T. 53. Вып. 8. 7-

C. 47;

Cherepnyak P.A., Golovashchin V.A., Lazarev S.I. // Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2QlQ. V. 53. N S. P. 47 (in Russian). 8

3. Эллиот В., Эллиот Д. Биохимия и молекулярная биология. М.: МАИК, НАУКА ИНТЕРПЕРИОДИКА. 2QQ2. C. 444;

Elliot V., Elliot D. Biochemistry and molecular biology. 9. M.: MAIK, INTERPERIODIKA. 2QQ2. P. 444 (in Russian).

4. Мардашев Ю.С., Махоткин А.Ю. // Сб. тр. Всероссийской конференции. Физико-химические аспекты

технологии наноматериалов, их свойства и применение. М. ноябрь. 2009. C. 22;

Mardashev Yu.S., Makhotkin A.Yu. // Collect. of Works of all Russian Conference . Physical and chemical aspects of the technology of nanomaterials, their properties and applications. M. November. 2009. P. 22 (in Russian). Мардашев Ю.С., Махоткин А.Ю., Камкин Н.Н. // Сб. тр. Всероссийской конференции по физической химии и нанотехнологиям "НИФХИ-90". М. Ноябрь. 2008. С. 231;

Mardashev Yu.S., Makhotkin A.Yu., Kamkin N.N. //

Collect. of Works of all Russian Conference on physical chemistry and nanotechnology. NIFHI-90. M. November. 2008. P. 231 (in Russian).

Грацианова Т.Ю., Кузнецов К.Д., Мардашев Ю.С., Шайхед О.И. // Докл. АН СССР.1997. Т. 354. № 1.

С. 62;

Gratsianova T.Yu, Kuznetsov K.D., Mardashev Yu.S., Shaiykhed O.I // Dokl. AN SSSR. 1997. V. 354. N 1. P. 62 (in Russian).

Кувыкин И.В., Вершубский А.В., Приклонский В.И., Тихонов АН. // Биофизика. 2009. T. 54. C. 647; Kuvykin I.V., Vershubskiy A.V., Priklonskiy V.I., Tik-honov A.N. // Biofizika. 2009. V. 54. P. 647 (in Russian). Варакин А.И., Мазур В.В., Архипова Н.В., Серянов Ю.В. // Биофизика. 2009. T. 54. № 3. C. 471; Varakin A.I. Mazur V.V., Arkhipova N.V., Seryanov Yu.V. // Biofizika. 2009. V. 54. N 3. P. 471 (in Russian). Вершубский А.В., Приклонский В.И., Тихонов А.Н. // ЖФХ. 2006. T. 80. № 3. C. 552;

Vershubskiy A.V., Priklonskiy V.I., Tikhonov A.N. //

Zhurn. Fizich. Khim. 2006. V. 80. N 3. P.552 (in Russian).

Кафедра физической и аналитической химии

УДК 621.359.3

Р.Ф. Шеханов, С.Н. Гридчин

ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЕ СПЛАВА ЦИНК-НИКЕЛЬ ИЗ ХЛОРИСТОАММОНИЙНОГО

ЭЛЕКТРОЛИТА

(Ивановский государственный химико-технологический университет) e-mail: rusrus3@yandex.ru

Исследованы процессы электроосаждения сплава цинк-никель из хлораммонийно-го электролита. Показана возможность получения доброкачественных электролитических покрытий при плотности тока от 0.5 до 5А/дм2.

Ключевые слова: электроосаждение, электролит, цинк, никель

Ранее [1] рассматривалась принципиальная возможность использования сульфатных, ок-салатных, пирофосфатных, хлоридных и сульфа-матных электролитов для получения электролитических цинк-никелевых покрытий, обладающих лучшими физико-химическими и антикоррозионными свойствами по сравнению с цинковыми.

При этом было показано, что наиболее мелкокристаллической структурой обладают осадки, получаемые из хлоридных и сульфаматных электролитов.

В настоящей работе исследованы процессы электролитического осаждения сплавов цинк-никель из хлороаммонийных электролитов. В ка-

ll4

ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 2Q12 том 55 вып. 3