Хімія, фізика та технологія поверхні, 2022, 13 (4), 405-414.

Вода у гідрофобному оточенні та вплив на неї деяких органічних речовин



DOI: https://doi.org/10.15407/hftp13.04.405

V. V. Turov, T. V. Krupska

Анотація


Методом низькотемпературної 1Н ЯМР-спектроскопії досліджено будову води в міжчастинкових проміжках метилкремнезему. Показано, що основна частина міжфазної води знаходиться у вигляді великих кластерів, чи нанокрапель, які замерзають при температурі близько 273 K. Після замерзання цієї води в спектрах спостерігаються сигнали сильно- та слабкоасоційованої води, яка тане при 215–368 K. Ймовірно, замерзання слабкоасоційованої води відбувається шляхом утворення кластерів, в яких близько розташовані молекули води взаємодіють не через водневі зв’язки, а диполь-дипольні взаємодії. В присутності хлороформу кількість слабкоасоційованої води зростає в декілька разів. Це пояснюється можливістю формування гідратів хлороформу, в яких рухливість молекул води приблизно така ж, як і в кластерах сильноасоційованої води. Якщо на гідратованій поверхні метилкремнезему відбувається спільна адсорбція хлороформу та метану, під впливом СН4 слабкорухлива слабкоасоційована вода трансформується в гідрати метану, що знаходяться в квазірідкому та твердому станах, при цьому в спектрах фіксуються тільки рухливі форми гідратів. ДМСО зменшує можливість формування слабкоасоційованої води, проте певна її кількість фіксується навіть в середовищі рідкого ДМСО. При цьому замерзання води в системах, що містять ДМСО відбувається при значно нижчих температурах, що обумовлено процесами сольватації молекул води та ДМСО. Різниця в величинах міжфазної енергії в повітряному та органічному середовищах визначає енергію сольватації.


Ключові слова


гідратований метилкремнезем; сильно- і слабкоасоційована вода; гідрати; 1Н ЯМР-спектроскопія

Повний текст:

PDF (English)

Посилання


Dore J. Structural Studies of Water in Confined Geometry by Neutron Diffraction. Chem. Phys. 2000. 258(2-3): 327. https://doi.org/10.1016/S0301-0104(00)00208-1

Sinitsin V.V., Ponyatovsky E.G., Kolesnikov A.I., Dahlborg U., Calvo-Dahlborg M. Thermodynamic Properties and Structural Futires of Water an Normal and High Pressures. Solid States Ionics. 2001. 145(1-4): 415. https://doi.org/10.1016/S0167-2738(01)00938-9

Chaplin M.F. A Proposal for Structuring of Water. Biophys. Chem. 1999. 83(3): 211. https://doi.org/10.1016/S0301-4622(99)00142-8

Mitra R.K., Verma P.K., Pal S.K. Exploration of the Dynamical Evolution and the Associated Energetics of Water Nanoclusters Formed in a Hydrophobic Solvent. J. Phys. Chem. B. 2009. 113(14): 4744. https://doi.org/10.1021/jp8085705

D'Arrigo G., Maisano G., Mallamace F., Migliardo P., Wanderlingh F. Raman Scattering and Structure of Normal and Supercooled Water. J. Chem. Phys. 1981. 75(9): 4264. https://doi.org/10.1063/1.442629

Ratcliffe C.I., Irish D.E. Vibrational Spectral Studies of Solutions at Elevated Temperatures and Pressures. 5. Raman Studies of Liquid Water up to 300 °C. J. Phys. Chem. 1982. 86(25): 4897. https://doi.org/10.1021/j100222a013

Derjaguin B.V., Rabinovich Y.I., Churaev N.V. Measurement of forces of molecular attraction of crossed fibers as a function of width of air gap. Nature. 1977. 265(5594): 520. https://doi.org/10.1038/265520a0

Galkin A.A., Lunin V.V. Water in sub- and supercritical states is a universal medium for chemical reactions. Uspekhi Khimii. 2005. 74(1): 24. [in Russian]. https://doi.org/10.1070/RC2005v074n01ABEH001167

Marsall W., Jones E. Liquid-vapor critical temperatures of aqueous electrolyte solutions. J. Inorg. Nucl. Chem. 1974. 36(10): 2313. https://doi.org/10.1016/0022-1902(74)80275-7

Turov V.V., Gun'ko V.M. Clustered water and ways to use it. (Kyiv: Naukova dumka, 2011). [in Russian].

Gun'ko V.M., Turov V.V., Gorbyk P.P. Water at Interface. (Kyiv: Naukova Dumka, 2009). [in Russian].

Gun'ko V.M., Turov V.V. Nuclear Magnetic Resonance Studies of Interfacial Phenomena. (New York: Taylor&Francis, 2013). https://doi.org/10.1201/b14202

Gun'ko V.M., Turov V.V., Bogatyrev V.M., Zarko V.I., Leboda R., Goncharuk E.V., Novza A.A., Turov A.V., Chuiko A.A. Unusual Properties of Water at Hydrophilic/Hydrophobic Interfaces. Adv. Colloid Interface Sci. 2005. 118(1-3): 125. https://doi.org/10.1016/j.cis.2005.07.003

Gun'ko V.M., Turov V.V., Pakhlov E.M., Krupska T.V., Borysenko M.V., Kartel M.T., Charmas B. Water interactions with hydrophobic versus hydrophilic nanosilica. Langmuir. 2018. 34(40): 12145. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.8b03110

Gun'ko V.M., Turov V.V., Pakhlov E.M., Matkovsky A.K., Krupska T.V., Kartel M.T., Charmas B. Blends of amorphous/crystalline nanoalumina and hydrophobic amorphous nanosilica. J. Non-Cryst. Solids. 2018. 500: 351. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2018.08.020

Gun'ko V.M., Turov V.V., Protsak I., Krupska T.V., Pakhlov E.M., Dong Zh. Interfacial phenomena in composites with nanostructured succinic acid bound to hydrophilic and hydrophobic nanosilicas. Colloid Interface Sci. Commun. 2020. 35: 100251. https://doi.org/10.1016/j.colcom.2020.100251

Turov V.V., Krupska T.V. Influence of Mechanical Loads on the State of Water in the Hydrophobic Environment of Methyl Silica Particles. Theor. Exp. Chem. 2022. 58(1): 48. https://doi.org/10.1007/s11237-022-09721-w

Krupska T.V., Turov V.V., Gunko V.M., Kartel M.T. Method of transferring a mixture of hydrophilic and hydrophobic silica into an aqueous medium by using high mechanical loads. Utility model patent N 138023, publ. 11.11.2019 N 21, announced on 24.05.2019 [in Ukrainian]

Patent 138129. The method of transferring hydrophobic silica into an aqueous environment by using high mechanical loads. Krupska T.V., Turov V.V., Kartel M.T. 2019. [in Ukrainian].

Turov V.V., Gun'ko V.M., Krupska T.V., Kartel M.T. Influence of solid and liquid hydrophobic compounds on characteristics of water located in an adsorption layer of a hydrophilic component of the system. Him. Fiz. Tehnol. Poverhni. 2018. 9(4): 341. https://doi.org/10.15407/hftp09.04.341

Gun'ko V.M., Turov V.V., Krupska T.V., Pakhlov E.M. Behavior of water and methane bound to hydrophilic and hydrophobic nanosilikas and their mixture. Chem. Phys. Lett. 2017. 690: 25. https://doi.org/10.1016/j.cplett.2017.10.039

Gun'ko V.M., Turov V.V., Krupska T.V. Interfacial behavior of methane and organic solvents with low freezing points upon interaction with hydrophilic and hydrophobic nanosilicas. Him. Fiz. Tehnol. Poverhni. 2018. 9(2): 107. [in Russian]. https://doi.org/10.15407/hftp09.02.107

Kinney D.R., Chaung I-S., Maciel G.E. Water and the Silica Surface as Studied by Variable Temperature High Resolution 1H NMR. J. Am. Chem Soc. 1993. 115(15): 6786. https://doi.org/10.1021/ja00068a041

Derome E. Modern NMR methods for chemical research. (Moscow: Mir, 1992). [in Russian].

Abragam A. The Principles of Nuclear Magnetism. (UK: Oxford University Press: Oxford, 1961). https://doi.org/10.1063/1.3057238

Iler R.K. The Chemistry of Silica. Solubility, Polymerization, Colloid and Surface Properties, and Biochemistry. (Wiley: Chichester, 1979).

Glushko V.P. Thermodynamic Properties of Individual Substances. (Moscow: Science, 1978). [in Russian].

Aksnes D.W., Førland K., Kimtys L. Pore size distribution in mesoporous materials as studied by 1H NMR. Phys. Chem. Chem. Phys. 2001. 3(15): 3203. https://doi.org/10.1039/b103228n

Petrov O.V., Furó I. NMR cryoporometry: Principles, application and potential. Prog. Nucl. Magn. Reson. Spectrosc. 2009. 54(2): 97. https://doi.org/10.1016/j.pnmrs.2008.06.001




DOI: https://doi.org/10.15407/hftp13.04.405

Copyright (©) 2022 V. V. Turov, T. V. Krupska

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.