Научный журнал

Успехи современного естествознания

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Масимов Э.А. 1 Пашаев Б.Г. 1 Гасанов Г.Ш. 1 Гасанов Н.Г. 1

---

1 Бакинский государственный университет

В данной работе были исследованы характеристики воды (H2O), тяжелой воды (D2O) и сверхтяжелой воды (T2O) и произведены теоретические расчеты параметров активации энергии Гиббса () вязкого течения, параметры активации энтальпии () вязкого течения и параметры активации энтропии () вязкого течения при нормальном атмосферном давлении и в диапазоне температур 273,15–373,15 К. Эти расчеты были произведены при различных значениях динамической вязкости и при различных значениях плотности. Было установлено, что при увеличении температуры параметры энергии Гиббса , энтальпии и энтропии снижаются, однако при произвольно выбранной температуре наблюдается следующее соотношение параметров > > , > > , > > . Это позволяет прийти к следующему умозаключению: при произвольно установленной температуре тяжелая вода становится более структурированной в сравнении с обычной водой, а сверхтяжелая вода становится более структурированной в сравнении с тяжелой водой.

Статья в формате PDF

2585 KB

вода

тяжелая вода

сверхтяжелая вода

вязкость

параметры активации вязкого течения

1. Глесстон С., Лейдлер К., Эйринг Г. // Теория абсолютных скоростей. – М.: Изд-во иностр. лит., 1948. – 600 с.

2. Краткий справочник физико-химических величин. Под ред. А.А. Равделя и А.М. Пономаревой. – Ленинград, 1983. – С. 111.

3. Масимов Э.А., Гасанов Г.Ш., Пашаев Б.Г. // Журнал физ. Химии. – 2013. – Т. 87, № 6. – С. 969–972.

4. Масимов Э.А., Гасанов Г.Ш. // Термодинамика биологических систем. – Баку: Изд-во полиграфия «Леман», 2007. – 418 c.

5. Шишелова Т.И., Бредгауэр А.В., Мухтарова А.А. // Материалы конференций. Успехи современного естествознания. – 2010. – № 10. – С. 66–67.

6. David R. Lide. // CRC Handbook of Chemistry and Physics. CRC Press. – 2005. – Р. 6.1–6.181.

7. George S. Kell. // J. Phys. Chem. Ref. Data. – 1977. – Vol. 6, № 4. – Р. 1109–1131.

8. Jacobs D.G. // Sources of tritium and its behavir upon release to the environment. Printed in the United States of America USAEC: Division of Technical I nforrndtion Extension Oak Ridge, Tennessee. – 1968. – 90 p.

9. Masimov E.A., Pashayev B.G., Hasanov H.Sh. // News of Baku University, series of physico-mathematical sciences. – 2010. – № 3. – Р. 109–116.

10. Yacob Urquidi. // Theoretical studies on liquid water. Dissertation. Texas Tech University. – 2001. – Р. 125.

Вода, используемая живыми организмами, а также человеком – это обычная вода (H₂O). Тяжелая (D₂O) и сверхтяжелая (T₂O) воды вредны для живых организмов. Тяжелая вода замедляет биологические процессы и губительно действует на живую клетку. Различие в физико-химических свойствах различных вод, по-видимому, связано с их структурой.

Целью данной работы является сравнение структуры этих вод (H₂O, D₂O, T₂O). С этой целью на основе данных (таблица [2, 5, 6, 7, 8, 10]) динамической вязкости и плотности обычной (H₂O), тяжелой (D₂O), и сверхтяжелой (T₂O) воды в интервале температур 273,15–373,15 K определены энергия активации Гиббса вязкого течения (), энергия активации энтальпии вязкого течения (), энергия активации энтропии вязкого течения (), и на основе сравнения этих параметров при данной температуре проанализированы структурные особенности каждой воды.

Материалы и методы исследования

Объекты исследования. Объектами исследования являлись вода (H₂O), тяжелая вода (D₂O) и сверхтяжелая вода (T₂O) при различных температурах.

Температурная зависимость динамической вязкости и плотности обычной (H₂O), тяжелой (D₂O), и сверхтяжелой (T₂O) воды в интервале температур 273,15 – 373,15 K дана в таблице [2, 5, 6, 7, 8, 10].

Из таблицы [2, 5, 6, 7, 8, 10] видно, что при данной температуре значения динамической вязкости и плотности тяжелой воды (D₂O) больше обычной (H₂O), а сверхтяжелой воды (T₂O) больше тяжелой (D₂O).

Результаты исследования и их обсуждение

Активационные параметры вязкого течения (, , ) вычислены следующим образом:

а) вычисление энергии активации Гиббса () вязкого течения.

Динамическая вязкость и плотность при разных температурах и при нормальном атмосферном давлении для обычной воды (H₂O), тяжелой воды (D₂O) и сверхтяжелой воды (T₂O)

На основе теории Эйринга [1] динамическая вязкость (η) определяется следующим образом:

, (1)

где

. (2)

В выражениях (1) и (2) ρ – плотность жидкости, R – универсальная газовая постоянная, N_A – число Авогадро, h – постоянная Планка, M – молярная масса жидкости. По экспериментально определенным зависимостям η и ρ от температуры, используя выражение

, (3)

находили температурную зависимость свободной энергии Гиббса;

б) вычисление энтальпии активации () вязкого течения.

Учитывая выражение (3) в термодинамическом соотношении

, (4)

получим [4]

. (5)

Отметим, что параметры və также зависят от температуры. Однако для бесконечно малого температурного интервала эти параметры можно считать постоянными и, взяв частную производную по с обеих сторон выражения (5), получим

. (6)

Частное производное , входящее в уравнение (6), это число. Для нахождения значения этого числа при разных температурах строится зависимость от . Затем полученная кривая описывается функцией вида:

. (7)

Здесь а₀, а₁, а₂ и а₃ – независимые от температуры параметры, и их значения определяются методом математической оптимизации. С учетом (7) в выражении (6), получим выражение для определения температурной зависимости :

; (8)

в) вычисление энтропии активации () вязкого течения.

После нахождения температурных зависимостей и из формулы (4) находится выражение для определения температурной зависимости энтропии активации вязкого течения [4]:

. (9)

Отметим, что активационные параметры, характеризующие процесс вязкого течения представляют собой разность соответствующих термодинамических параметров активного (G_a, H_a, S_a) и начального (G_н, H_н, S_н) состояний молекул одного моля жидкости [9]:

. (10)

Следует отметить, что энергия активации Гиббса () вязкого течения – это энергия, требуемая для перехода 1 моля молекул жидкости из начального состояния в текучее состояние при данных давлении и температуре. Энтальпия активации () вязкого течения является энергетической характеристикой изменений в растворе [3, 9]. Так, увеличение значения означает переход системы в более структурированное состояние. Энтропия активации вязкого течения () характеризует структурные изменения, происходящие в жидкости. Чем больше структурированной будет начальное состояние жидкости, тем меньше станет энтропия начального состояния (S_н) и тем больше будет ее изменение (S_а – S_н) при течении и наоборот. Следовательно, для рассматриваемой системы большему значению соответствует более структурированное состояние системы [9].

Температурные зависимости активационных параметров вязкого течения (, , ) для обычной (H₂O), тяжелой (D₂O) и сверхтяжелой (T₂O) воды представлены на рисунке.

Температурная зависимость свободной энергии Гиббса (а), энтальпии (б) и энтропии (в) активации вязкого течения. 1 – H₂O, 2 – D₂O, 3 – T₂O

Как видно из рисунков, параметры , и с увеличением температуры уменьшаются. При этом для произвольной температуры справедливо нижеследующее:

.

Эти соотношения позволяют сделать вывод о том, что при данной температуре тяжелая вода относительно обычной, а сверхтяжелая вода относительно тяжелой является более структурированной.

Библиографическая ссылка