РЕЛАКСАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ В ВОДЕ ПРИ НАЛИЧИИ МОЛЕКУЛЯРНОГО ВОДОРОДА Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

2024

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ

Устный доклад

РЕЛАКСАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ В ВОДЕ ПРИ НАЛИЧИИ

МОЛЕКУЛЯРНОГО ВОДОРОДА

Тимченко С.Л.,1 Александров К.Т.,1 Задорожный Е.Н.,12 Юрасова И.И.,1 Новаковская Ю.В.3

МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2-я Бауманская, S стр.1, 1QSQS Москва, Россия; 2Центр Прикладной физики, 2-я Бауманская, S стр.1, 1QSQS Москва, Россия;

3МГУ им. М.В. Ломоносова, Ленинские горы, 1/3, Москва, 119991 Россия e-mail: [email protected] (S.L.T), [email protected] (K.T.A), [email protected] (E.N.Z), [email protected] (I.I.Y), [email protected] (Yu.V.N.)

С применением методов ИК-Фурье-спектроскопии в инфракрасном диапазоне (1000 - 5000 см-1) и спектроскопии поглощения в ультрафиолетовом, видимом и ближнем ИК диапазонах (190...1100 нм) была исследована кинетика насыщения/обеднения молекулярным водородом открытой и закрытой водных систем. Насыщение деионизованной воды молекулярным водородом осуществляли с помощью водородного генератора, в состав которого входил водородный элемент [1,2], содержащий протонообменную мембрану Нафион N117 толщиной 175 мкм [3,4]. В системе «Н2О-Н2» обнаружен колебательный процесс, проявляющийся как в режиме генерации Н2 в объеме Н2О, сопровождающийся внедрением молекул водорода в дистиллированную воду, так и при диффузии молекул водорода в объеме воды после генерации в закрытой системе. Максимальные изменения в значении коэффициента пропускания ИК излучения наблюдаются в области полос пропускания с минимумами при длинах волн 1643 см-1 и 3410 см-1, которые соответствуют фундаментальным колебательным переходам. Наблюдаемое уширение полос свидетельствует о реорганизации сетки водородных связей, при которой возникают как более, так и менее прочные связи между молекулами воды, причем локальные стерические ограничения подвижности их ядер также могут как ослабевать, так и усиливаться. В среднем уменьшение коэффициента пропускания дистиллированной воды, насыщенной молекулярным водородом, составляет 15 %.

В диапазоне длин волн 190...1100 нм интенсивность поглощения дистиллированной воды, содержащей растворенный молекулярный водород, снижается, причем наиболее существенно в области 195—205 нм.

Присутствие молекулярного водорода влияет на реологические свойства воды, которые зависят от количества растворенного в ней молекулярного водорода. Коэффициент поверхностного натяжения (КПН) воды уменьшается при увеличении времени генерации водорода в растворе. Уменьшение КПН свидетельствует о снижении энергии связи молекул в сетке водородных связей воды и, соответственно, увеличении способности водного раствора абсорбировать посторонние частицы. Реорганизация сетки водородных связей при внедрении молекулярного водорода отражается также на изменении водородного показателя системы «Н2О-Н2».

Литература:

1. Xu, T. Ion exchange membranes: State of their development and perspective, J. Membr. Sci. 2005, 263, 1-29. https://doi.org/10.1016/j. memsci.2005.05.002.

2. Wang, Y.; Chen, K.S.; Mishler, J.; Cho, S.; Adroher, X.C. A review of polymer electrolyte membrane fuel cells: Technology, applications, and needs on fundamental research, Appl. Energy 2011, 88, 981-1007. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2010.09.030

3. Mauritz, K.A.; Moore, R.B. State of Understanding of Nafion. Chem. Rev. 2004, 104, 4535-4586.

4. Ninham, B.W.; Battye, M.J.; Bolotskova, P.N.; Gerasimov, R.Y.; Kozlov, V.A.; Bunkin, N.F. Nafion: New and Old Insights into Structure and Function. Polymers 2023, 15, 2214./https://doi.org/10.3390/polym15092214