ОБГОВОРЕННЯ МЕХАНІЗМУ ЕЛЕКТРОПРОВІДНОСТІ ЧИСТОЇ ВОДИ В РАМКАХ МОДЕЛІ Б'ЄРРУМУ
DOI:
https://doi.org/10.20998/2079-0821.2023.02.05Ключові слова:
електропровідність, іонний добуток води, енергія активації, модель Б'єррума, L та D дефекти зв'язківАнотація
Розглянуто альтернативний механізм електропровідності та іонізації молекул у чистій воді. Розрахунок температурної залежності енергії активації іонізації молекул води проведено за даними величини його іонного добутку. Розраховані енергії активації для процесів іонізації та течії показують наявність між ними певної пропорційності. Це дозволяє припустити, що іонізація води викликана міжмолекулярними силами, а не внутрішньомолекулярними. Відповідно, електропровідність води пов'язана з появою та переміщенням у ній L і D дефектів водневих зв'язків між молекулами води, які мають значні електричні псевдозаряди та розглянуті у моделі Б'єррума для льоду. У цій роботі запропоновано нову інтерпретацію механізму іонізації (псевдоіонізації) молекул та генерації L і D дефектів у воді. Розглядається обертання не для однієї, а для двох її молекул у протилежних напрямах з частковою компенсацією їх моментів імпульсів, і розривом не трьох зв'язків однієї молекули, а чотирьох зв'язків із сусідами для двох молекул. При цьому в число цих чотирьох сусідів не включаються молекули з водних кластерів, які мають сильніші зв'язки, оскільки для процесу активації обертання можна знайти сусідні молекули з більш слабкими зв'язками. Відповідно, в енергії активації іонізації відсутній або малий експоненційний внесок, який надають молекули з водних кластерів. Цим енергія активації для течії, що відбувається у всьому об’ємі рідини та автоматично включає й молекули з кластерів, відрізняється від енергії активації електропровідності, яка відбувається для окремих молекул у ланцюжках зв'язків, вздовж яких рухаються псевдозаряди. Наявність максимуму іонного добутку води поблизу 250 ⁰С можна пояснити наслідком швидкого зменшення часу життя L і D дефектів з нагріванням, що перешкоджає застосуванню стандартного рівняння для точного розрахунку енергії активації іонізації вище 100…200 ⁰С. Водночас наявність цього максимуму також суперечить загальноприйнятій моделі перескоків протонів між сусідніми молекулами гідроксонію та води в механізмі її електропровідності.
Посилання
Bjerrum N.K. Structure and properties of the ice / Science, 1952, V. 115, N 2989, P.385-390.
Antonchenko V.Ya., Bulavin L.A., et al. Modelyuvannya kharakterystyk vodnykh system [Model of characteristics of water systems] / Ukr. fiz. Zh., Ogladi, 2012.V. 7, No. 2, S. 100-175.
N. Malafayev Primeneniye modeli B'yerruma k elektroprovodnosti chistoy vody [Application of the Bjerrum model to pure water electric conductivity] / ScienceRise", Kharkiv, 2019. - No. 11 (64) - P. 43–48 (DOI: 10.15587/2313-8416.2019.188649).
Eisenberg, D., Kauzmann, W. (2005). The structure and properties of water. Oxford University press, 308.
Bersuker, I. (1984). The Jahn-Teller Effect and Vibronic Interactions in Modern Chemistry. Plenum. New York, 319.
Маlаfаеv, N. Т. (2011). О vzaimodeistviyakh i dinamike molekul v chistoy vode. Vostochno – evropeyskiy zhurnal peredovyh tehnologiy. 52, №4/8, 48–58. Available at: http://journals.uran.ua/eejet/article/view/1465/1363
Glaeston S. Theory of absolute reaction rates / S. Glaeston, K. Leidler, G. Eyring. - M.: Publishing house of foreign countries. literature, 1948 .-- 584 p.
Frenkel Ya.I. Kineticheskaya teoriya zhidkostey [Kinetic theory of liquids] - Publishing House of the Academy of Sciences of the USSR, M.-L. : 1959. - 253 p.
Rivkin S. A., Alexandrov A. A. Teplofizicheskiye svoystva vody i vodyanogo para [Thermophysical properties of water and water vapor] - 2nd ed., M.: Energy, 1980 .-- 422 p.
Malafaev M.T., Vorontsova Zh.V. Klastery u vodi [Clusters near the water] // Bulletin of NTU “KhPI”, Zb. Sciences. prats. Thematic issue. "New solutions in modern technologies". - Kharkiv: NTU "KhPI" - 2011. - No. 43. - P. 3-7.
Malafaev M.T., Gaponova O. O., Shkolnikova T.V. Porivnyannya temperaturnykh zalezhnostey enerhiy aktyvatsiyi dlya techiyi ta dyfuziyi u chystiy vodi [Balance of temperature deposits of energy activation for flow and diffusion in clean water] // Bulletin of NTU "KhPI", Series: Chemistry, chemical technology and ecology - Kharkiv: NTU "KhPI" - No. 1 (7), 2022. - P. 14-21 . (DOI: 10.20998/2079-0821.2022.02).
Gonorovsky I.T., Nazarenko Yu.P., Nekryach E.F. Kratkiy spravochnik khimika [Quick reference chemist] - Kiev: Nauk. Dumka,. 1987, - 830 s.
Revised Release on the Ionization Constant of H2O. 2019. http://www.iapws.org/relguide/Ionization.pdf
V. G. Artemov, E. Uykur et al. Anomalously high proton conduction of interfacial water J. Phys. Chem. Lett. 2020, 11, 9, 3623–3628. https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.0c00910
