CC BY
1МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ
влияние низкочастотной акустической пульсации на равновесие в системе «н2о - со2»
Богатов Н.А.' 2. Фадеев Г.Н.1, Николаев А.Л.3
'Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, Москва
105005, Москва, 2-я Бауманская ул.д.5 2Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва 125047, г. Москва, Миусская площадь, д. 9 3Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Химический факультет
119991, Москва, Ленинские горы, д.1 nikitabogatov@list.ru
Цель работы - исследование влияния на систему «углекислый газ - вода» низкочастотных акустических колебаний (частота £=15 Гц, амплитуда А=1,1 см). Реактор представляет собой цилиндрический сосуд диаметром 2,6 см и высотой 24 см, содержащий 50 мл бидистиллированной воды, сверху насыщаемой углекислым газом при 250С. Акустические колебания вводились в систему посредством тефлонового поршня, погруженного в раствор. Диаметр и длина поршня варьировались. Пространство над раствором постоянно было заполнено углекислым газом. Равновесие в системе:
СО2 +н20 ^ СО2 • н20 чН2СО3] ^ нсо3- + Н+ ^ СО32- + Н+
Присутствие Н2СО3 оценивалось количественно (таблица) по изменению исходной величины рНисх.=6,03 воды. Изучалось влияние: глубины погружения вибропоршня, его геометрических размеров, величины зазора между стенками реактора и поршнем, формой подаваемого сигнала. Распределение концентраций газа оказалось независимо от всех упомянутых параметров.
Озвученный объем, мл 50 48 46 44 42
рНвозд. 4,17±0,06 4,08±0,05 4,07±0,09 4,04±0,01 4,03±0,05
ДрН 1,86 1,95 1,96 1,99 2,00
Озвученный объем, мл 40 38 35 30 25
рНвозд. 4,07±0,16 4,57±0,23 4,57±0,23 4,54±0,10 4,56±0,05
ДрН 1,96 1,46 1,46 1,49 1,47
Фиксируются результаты двух процессов. Один - насыщение газом приповерхностного слоя объемом ~ 10 мл. Величина рН = 4,08.. .4,03 соответствует рН насыщенного раствора углекислого газа в воде; при объеме от 48 до 42 мл изменение ДрН от 1,95 до 2,00 меньше погрешности эксперимента. Результат другого - постоянная величина рН=4,54-4,57 внутри объема, в интервале от 38 до 25 мл не зависящая от глубины погружения источника колебаний. Кислотность. на ~0,5 единицы рН отличается от рН приповерхностного слоя в сторону щелочной среды.
Факт скачкообразного сдвига равновесия представляет самостоятельный интерес. Его нужно исследовать более глубоко. Наблюдаемый эффект, по-видимому, связан с образованием при низкочастотной акустической пульсации газовых пузырьков, меняющих концентрацию газа в растворе, что приводит к соответствующему сдвигу рН. При этом особую роль играет глубина погружения, обеспечивающая оптимальные характеристики пузырьковых кластеров.
Изменение концентрации газов внутри объема жидкости имеет сходство с состоянием газов, растворенных в жидкости при декомпрессионной болезни. Неспособность выдерживать большие растягивающие напряжения - фундаментальное свойство жидкости. Различие заключается в способе создания измененного состояния. При декомпрессионной болезни давление сначала меняется в сторону увеличения, а затем в сторону уменьшения в течение значительного промежутка времени. При инфразвуковой акустической пульсации при большой амплитуде увеличение давления при сжатии пузырьков и уменьшение при последующем их растяжении чередуются с частотой подаваемых извне колебаний. В пользу гипотезы ссие-тельствует факт, что большинство частот, опасных для организма человека, находятся в инфразвуковом диапазоне до 20 Гц. 112
