CC BY
31Структурирование воды в разбавленных растворах
электролитов
И.Р. Галль1, С.И. Максимов1, Л.Н. Галль1
1 - Институт аналитического приборостроения РАН [email protected]
Эффективным методом исследования растворов в существенно более низкочастотной области, чем традиционно применяемые ИК-методы, является диэлектрическая спектроскопия, и диэлектрические методы исследования свойств жидкостей, включая воду и водные растворы, в последнее время начали интенсивно развиваться [1]. В данной работе структурирование воды в растворах электролитов исследовалось методом низкочастотной индуктивной диэлькометрии высокого разрешения, в которой влияние проводимости раствора является существенно более низким, чем в диэлькометрии с емкостной ячейкой [2]. Показано, что при разбавлении растворов электролитов в диапазоне концентраций 10"2-10"6М в них наблюдаются структурныеизменения, которые можно трактовать как переход раствора от обшей напряженной структуры к его разделению на изолированные домены, что четко проявляется в диапазоне концентраций 10"4-10"5М. При проведении измерений стеклянная пробирка с раствором помещалась в соленоид, являющийся элементом последовательного колебательного ЬС-контура, где С - образцовый конденсатор переменной ёмкости для настройки контура в резонанс.
Введение пробирки с раствором в контур приводит к изменению параметров резонанса и к снижению его добротности. Получаемая информация представлялась в виде зависимости тангенса угла диэлектрических потерь 1дб = е///е/, где е7/ и е7, соответственно, реактивная и активная части диэлектрической константы, вычисляемого в данных измерениях только из параметров резонансов контура до и после введения в него пробирки с раствором [2]. Изменение 1дб в регистрируемых кривых, имеющего вид спектра, свидетельствует о появлении в растворе реактивных структурных составляющих, резонансно поглощающих энергию на определенных частотах [3]. На рисунке 1 представлены зависимости 1дб от логарифма частоты для водных растворов ЫаС! разных молярных концентраций: 1 - 10-2 М; 2 - 10-3 М, 3 - 5-10-4 М; 4 - 10-4 М; 5 - 10-5 М; 6 - 10-6М. Аналогичное поведение растворов наблюдалось для солей всех электролитов, причем положения пиков в спектрах достоверно воспроизводятся и характеризуют катионный и анионный состав раствора. Для растворов электролитов данные измерения впервые позволили наблюдать в эксперименте несомненную специфичность структурирования воды ионами И+, №+, К+ и сб+, т.е. ионами электролитов с различными координационными числами, а также различия в структурировании воды катионами и анионами. Концентрационные изменения
Рисунок 1. Зависимости tgб от логарифма частоты для водных растворов ЫаС! разных молярных концентраций: 1 - 10"2 М; 2 - 10"3 М, 3 - 5^10"4 М; 4 - 10"4 М; 5 - 10"5 М; 6 - 10-6 М
|"5
наблюдаемых спектров демонстрируют уменьшение амплитуд всех, катионных и анионных, пиков при разбавлении растворов и переходе к гладким кривым, характерным для дистиллированной воды, что позволяют отнести водные растворы солей электролитов к классическим растворам.
[1] Т.А. Бланк, Л.П. Экспериандова, О.П. Сидлецкий, Н.А. Касян, К.С. Острась, Диэлькоме-трия как один из методов практической акваметрии функциональных материалов, Методы и объекты химического анализа, Т. 2, №2, с.156-161, (2007).
[2] Л.П. Семихина, Индуктивный метод определения диэлектрических свойств жидкостей, Научное приборостроение, Т. 15, №3, с. 83-87, (2005)
[3] Л.Н. Галль, С.И. Максимов, Т.С. Скуридина, Н.Р. Галль, Низкочастотная индуктивная ди-элькометрия - эффективный метод для изучения структурирования воды в водных растворах, Научное приборостроение, Т. 26, №1, с. 26-33, (2016).
