Компенсація ізотопних ефектів при ближній сольватації однозарядних іонів у легкій та важкій воді
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe67.7.527Ключові слова:
iзотопний ефект розчинника, однозаряднi iони, дифузiя, електрична провiднiсть, ближня сольватацiя, негативна сольватацiяАнотація
Коефiцiєнт дифузiї (︀Di0)︀ i мiкроскопiчнi характеристики довжини (︀d)︀, часу (т) i швидкостi (V) дифузiйного змiщення 18 однозарядних iонiв (Li+, Na+, K+, Cs+, Me4N+, Et4N+, Pr4N+, Bu4N+, F-, Cl-, Br-, I-, ClO-3 , ClO-4 , BrO-3, IO-3 , IO-4 , OBz-) у важкiй та легкiй водi при 283,15 К i 298,15 К розраховано з лiтературних даних щодо граничної молярної електричної провiдностi цих iонiв. Iз застосуванням запропонованого нами параметра (d-ri), (ri – структурний радiус iона), визначено тип сольватацiї цих iонiв: позитивна, якщо параметр (d - ri) > 0; негативна – при значеннях (d - ri) < 0. Розраховано та проаналiзовано iзотопнi ефекти розчинника (IЕР) при замiнi H → D у H2O: коефiцiєнта дифузiї iонiв D0iH/D0iD, довжини dH/dD, часу тH/тD i швидкостi VH/VD трансляцiйного їх змiщення та IЕР в’язкостi розчинника nD0/nH0. Встановлено, що у випадку IЕР D0iH/D0iD або VH/VD вiдхилення вiд 1 становить до 25,0–25,9%, а для IЕР ближньої сольватацiї dH/dD – на порядок нижче. Пояснення цих фактiв проведене на пiдставi одержаного нами рiвняння, у якому IЕР dH/dD є добутком зворотних IЕР nD0/nH0 i D0iH/D0iD. Низькi значення dH/dD зумовленi протилежним характером впливу цих спiвмножникiв, що вказує на компенсацiю мiжмолекулярних та iон-молекулярних взаємодiй, якi визначають ближню сольватацiю однозарядних iонiв у H2O та D2O I свiдчать про значний вплив на останню розчинника.
Посилання
V.I. Bulavin, I.M. V'yunyk, Ya.I. Lazareva. Diffusion and microscopic characteristics of singly charged ion transfer in extremely diluted aqueous solutions. Ukr. J. Phys. 62, 769 (2017).
https://doi.org/10.15407/ujpe62.09.0769
O.Ya. Samoilov. Structure of Aqueous Electrolyte Solutions and the Hydration of Ions (Consultants Bureau, 1965).
V.I. Bulavin, I.M. V'yunyk, V.O. Minakov. Diffusion and microscopic characteristics of the length, time, and rate of translational displacement of singly charged ions in extremely dilute solutions in formamide. In: Abstracts of the XI All-Ukrainian Scientific Conference of Students and Postgraduates "Chemical Karazin Readings-2019" (V.N. Karazin Kharkiv National University, 2019), p. 27 (in Ukrainian).
V.I. Bulavin, I.M. V'yunnik, V.O. Minakov. The near solvation of singly charged ions in solvents with a spatial network of H-bonds at 298.15 K. In: Abstracts of the XX Ukrainian Conference on Neorganic Chemistry (LIRA, 2018), p. 161.
G.A. Krestov, V.I. Vinogradov, Yu.M. Kessler et al. Modern Problems of Solution Chemistry (Nauka, 1986) (in Russian).
V.I. Bulavin, I.N. V'yunyk, A.V. Kramarenko, A.I. Rusynov, V.A. Minakov. Near solvation of tetraalkylammonium ions in ethylene glycol and water. Visn. Nats. Tekhn. Univ. KhPI Ser. Khim. Khim. Tekhn. Ekolog. No. 2, 63 (2019) (in Ukrainian).
https://doi.org/10.20998/2079-0821.2019.02.10
Y. Marcus. Are ionic Stokes radii of any use? J. Solut. Chem. 41, 2082 (2012).
https://doi.org/10.1007/s10953-012-9922-4
Y. Marcus. Ions in Solution and Their Solvation (John Wiley and Sons, 2015).
https://doi.org/10.1002/9781118892336
R.P. Bell. The Proton in Chemistry (Springer, 1973).
https://doi.org/10.1007/978-1-4757-1592-7
M. Rodnikova. Spatial network of hydrogen bonds in liquids and solutions. In: Selected Proceedings of the IV International Congress "Weak and superweak fields and measurements in biology and medicine" (2006), pp. 100-108 (in Russian).
G.A. Krestov. Thermodynamics of Ionic Processes in Solutions (Khimiya, 1984) (in Russian).
Yu.V. Yergin, L.I. Kostrova. Magnetochemical study of the solvation of alkali metal halide ions in monohydric alcohols. Zhurn. Strukt. Khim. 11, 762 (1970) (in Russian).
https://doi.org/10.1007/BF00743448
O.Ya. Samoilov, P.S. Yastremsky. Change in ion solvation when switching from solutions in H2O to solutions in D2O. Zhurn. Strukt. Khim. 12, 379 (1971) (in Russian).
https://doi.org/10.1007/BF00744616
O.Ya. Samoilov. K osnovam kineticheskoj teorii gidrofobnoj gidratacii v razbavlennech vodnyh rastvorach. Zhurn. Fiz. Khim. 52, 1857 (1978) (in Russian).
C.G. Swain, D.F. Evans. Conductance of ions in light and heavy water at 25 ∘C. J. Am. Chem. Soc. 88, 383 (1966).
https://doi.org/10.1021/ja00955a001
D.F. Evans, R.L. Kay. The conductance behavior of the symmetrical tetraalkylammonium halides in aqueous solution at 25 ∘C and 10 ∘C. J. Phys. Chem. 70, 366 (1966).
https://doi.org/10.1021/j100874a008
T.L. Broadwater, R.L. Kay. The temperature coefficient of conductance for the alkali metal, halide, tetraalkylammonium, halate, and perhalate ions in D2O. J. Solut. Chem. 4, 745 (1975).
https://doi.org/10.1007/BF00650531
I.B. Rabinovich. Influence of Isotopy on the Physicochemical Properties of Liquids (Springer, 1970).
V.A. Rabinovich, Z.Ya. Khavin. Brief Chemical Handbook (Khimiya, 1978) (in Russian).
Y. Tada, M. Ueno, N. Tsuchihashi, K. Shimizu. Pressure and temperature effects on the excess deuteron and proton conductance. J. Solut. Chem. 21, 971 (1992).
https://doi.org/10.1007/BF00650873
D.K. Chatterjee, B.K. Seal. Viscosity B-coefficients of sodium salts of some orthosubstituted benzoic acids in relation to hydrogen bonding and electronegativity. Indian Acad. Sci. Chem. Sci. 104, 409 (1992).
https://doi.org/10.1007/BF02839550
M.I. Shakhparonov. Introduction to the Molecular Theory of Solutions (Gostekhizdat, 1956) (in Russian).
G.N. Zatsepina. Physical Properties and Structure of Water (Mosk. Gos. Univ., 1998) (in Russian).
K. Yoshida, C. Wakai, N. Matubayasi, M. Nakahara. A new high-temperature multinuclear-magnetic-resonance probe and the self-diffusion of light and heavy water in suband supercritical conditions. J. Chem. Phys. 123, 164506 (2005).
https://doi.org/10.1063/1.2056542
M.I. Shakhparonov. Introduction to Modern Solution Theory (Vysshaya Shkola, 1976) (in Russian).
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
