Структура воды и водных растворов электролитов в условиях, отличных от нормальных

• Автор: Смирнов, Павел Ростиславович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Фукуока
• Количество страниц: 274 с. : ил

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ

1. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

2. МОТИВАЦИЯ ЦЕЛЕЙ И МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

I ЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Используемые понятия и определения

1.2. Структура жидкой воды

1.3. Структура водных растворов электролитов при нормальных условиях

1.4. Структура водных растворов электролитов при

низких температурах

1.5. Структура водных растворов солей кальция

1.6. Структура водных растворов солей скандия
1.7. Структура водных растворов солей галлия
1.8. Параметры анионной гидратации
1.9. Структура воды,адсорбированной пористыми материалами
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1. Метод рентгеиоструктурного анализа
2.1.1. Теоретические основы метода
2.1.2. Используемая аппаратура
2.1.2.1. 00 дифрактометр .
2.1.2.2. Математический аппарат метода
2.1.2.3. Модельный подход к анализу данных
2.1.2.4. Скоростной дифрактометр с имэйджин плэйт детектором
2.1.2.5. Обработка данных, полученных на имэйджин
плэйт дифрактометре
2.2. ЕХАГБ спектроскопия
2.2.1. Теоретические основы и математический аппарат метода
2.2.2. Применение ЕХАРБ спектроскопии
2.3. Метод Раман спектроскопии
2.4. Приготовление экспериментальных растворов
ГЛАВА 3. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ
СТРУКТУРЫ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ЭЛЕКТРОЛИТОВ
ПРИ НОРМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ
3.1. Структура водных растворов солей щелочных металлов
3.2. Структура водных растворов солей щелочноземельных металлов
3.2.1. Структура водных растворов нитрата кальция при нормальных условиях
3.3. Структура водных растворов солей трехвалентных металлов
3.3.1. Структура водных растворов хлоридов и перхлоратов скандия при нормальных условиях
3.3.2. Структура водных растворов солей галлия
3.3.3. Некоторые итоги изучения структуры водных
растворов электролитов при нормальных условиях
ГЛАВА 4. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ
ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ЭЛЕКТРОЛИТОВ ПРИ низких ТЕМПЕРАТУРАХ
4.1. Влияние понижения температуры на структуру
водных растворов солей щелочных металлов
4.2. Влияние понижения температуры на структуру водных растворов солей двух и трехвалентных металлов
4.2.1. Влияние понижения температуры на структуру водных растворов солей кальция
4.2.2. Влияние понижения температуры на структуру водных растворов солей скандия
4.2.3. Влияние понижения температуры на структуру
водных растворов солей галлия
4.3. Влияние понижения температуры на гидратацию анионов
4.4. Закономерности изменения структуры водных растворов элекгролитов при понижении температуры
ГЛАВА 5. СТРУКТУРА ВОДЫ, АДСОРБИРОВАННОЙ ПОРИСТЫМИ МАТЕРИАЛАМИ
5.1. Структура воды, адсорбированной пористыми материалами Девелосил
5.2. Структура воды, адсорбированной пористыми материалами МСМ
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ РАБОТЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Однако методологические основы смешанных моделей очень слабы они требуют специального вида функций распределения энергий взаимодействия и других свойств, которые не вытекают из первых принципов статистической физики и, что стало ясно в последнее время, не согласуются с данными машинного эксперимента, в котором не видно разных сортов молекул воды. Альтернативной моделью строения воды является континуальная, которая представляет воду как непрерывную сетку водородных связей, не содержащую разрывов, но флуктуационно искаженную. Континуальные модели свободны от указанных методологических недостатков, но слабо развиты как относительно математического формализма, так и с точки зрения принципов интерпретации экспериментальных данных . Неоднократное изучение жидкой воды методами рентгено и нейтронографии , позволило достаточно точно определить межчастичные расстояния и взаимную ориентацию молекул воды. Оценка координационного числа из площади под этим пиком дало значение 4,4Максимум при 0. Было установлено также , что на правом склоне максимума имеется плечо при 0. Это привело к предположению, что первый максимум на ФРР жидкой воды не просто имеет асимметричную форму, а характеризуется сложной структурой, которая может быть вызвана дискретным распределением межмолекулярных расстояний в этой области. Приведем одно из определений. Под структурой жидкой воды следует понимать статистическую упорядоченность ее взаимодействующих молекул в элементарном объеме при заданных условиях, которая проявляется в образовании сетки водородных связей и имеет ряд характерных особенностей тетраэдричность расположения ближайших соседей, наличие пустот с частичным заполнением молекулами воды, степень связанности ее молекул, кооперативный характер водородной связи и другиер6. В данной работе, направленной на исследование ближнего порядка в растворах, необходимо обратить внимание прежде всего на такие свойства жидкой воды, как тетраэдричность расположения ближайших друг к другу молекул воды, что проявляется на функциях радиального распределения в виде пиков при 0. II, образующих избыток электронной плотности при 0. Необходимо также отметить, что в растворах электролитов расстояния между атомами кислорода, непосредственно контактирующими друг с другом, могут несколько отличаться от постулированного расстояния 0. Так, например, экспериментально установлено, что расстояния между молекулами воды и атомами кислорода нитратиона Онго Омоз несколько больше , а расстояния между молекулами воды первой и второй сфер гидратации катионов Оц1 Он2оц меньше , чем расстояния между молекулами воды в свободном растворителе. Это объясняется ослаблением водородных связей в первом случае и усилением во втором. Возвращаясь к избытку электронной плотности при 0. На этой стадии исследований пока еще невозможно сказать, каким именно элементам структуры обязаны своим появлением молекулы типа II. Нельзя, например, исключить, что в жидкой воде флуктуационным образом могут возникать участки структуры, характерные для льдов высокого давления, которые в отличие от льда I имеют в ближайшем окружении соседей на расстояниях от 0. Другое объяснение, которое на первый взгляд кажется вполне естественным, заключается в том, что молекулы типа II являются полостными молекулами, фигурирующими в некоторых структурных моделях, например, в модели Самойлова О. Я. Однако доля таких молекул кажется слишком большой, а при высоких температурах они существенно преобладают. Нам кажется, что возможность существования несвязанных или слабо связанных ближайших соседей не противоречит и усиленно развиваемой модели непрерывной сетки водородных связей, которая допускает существование сильно искаженных и даже разорванных водородных связей. Новейшие исследования внутренней организации жидкой воды посвящены нахождению ее в экстремальных условиях, а именно направлены на исследование влияния температуры и давления и супер критическому состоянию . Электронная структура жидкой воды в широком интервале температур 0 0 С и плотностей 0. Было установлено, что молекулярные дипольные моменты и энергии поляризации уменьшаются с повышением температуры и плотности. Ближний порядок в структуре воды остается льдоподобным, т. Такая конфигурация пропадает при высоких 1.