Успіхи сучасного природознавства. Коливальний спектр води Рекомендований список дисертацій

Спектри водяної пари. Молекули утворюють різноманітні комплекси. Пари води - це густина 10 -3 г/см 3 і нижче. Відстань між молекулами ≈ 30 Ǻ. Молекули в цих умовах здійснюють коливальні та обертальні рухи, тому спектр води в цьому агрегатному стані складається з дуже великої кількості ліній (рис. 8).

Рис. 8. Спектр пропускання пари води при 350 °С. Щільність кг/м 3
(у дужках тиск, бар): 1 - 1 (2,85); 2 - 3,2 (8,7); 3 - 10 (27,5); 4 - 32 (80); 5 - 100 (160)

Тверда фаза води – лід, виявляється, теж має далеко не єдину форму існування. Залежно від зовнішніх параметрів – температури та тиску – реалізується одна з одинадцяти модифікацій льоду: I h, I c, II, III, IV, V, VI, VII, VIII, IX або аморфний лід, що відрізняються взаємним розташуванням молекул води у ґратах кристала.

Найбільш поширеним у природі і тому краще вивченим є гексагональний лід I h, що утворюється при атмосферному тиску та плавному зниженні температури нижче 0°С (рис. 9).

При охолодженні до -130 ° С утворюється кубічний лід Iс з іншим розташуванням молекул в кристалічній решітці, але, проте, з абсолютно тотожним спектром поглинання. При подальшому зниженні температури (нижче -150 ° С) утворюється аморфний або склоподібний лід.

Рис. 9. Оптичні постійні полікристалічного гексагоїдального льоду
при -24 °С 1 - показник заломлення; 2 - показник поглинання

Коливальні смуги різних льодівта положення максимумів, що спостерігаються у спектрі поглинання рідкої води (см -1) при кімнатній температурі, вказані в табл. 6 та 7 .

Таблиця 6

Коливальні смуги різних льодів (см -1) (у дужках вказана ширина)

Спектри поглинання рідкої води. Обертонні коливання.Вода в рідкому стані вже давно є об'єктом найширших спектральних досліджень.

В інтервалі частот від 14000 до 3750 см -1В. Лукком і В. Диттером були ретельно виміряні спектри всіх трьох ізотопних аналогів води при температурах від -9 до 400 ° С. У цих роботах було показано, що в міру підвищення температури всі смуги відчувають плавне зміщення у бік більших часток, а їх інтенсивності починаючи з +60 ° С монотонно збільшуються.

Таблиця 7

Положення максимумів, що спостерігаються в спектрі поглинання
рідкої води (см -1) при кімнатній температурі, та їх інтерпретація по

Віднесення

Основні коливання води.Вивчення спектра валентних коливань рідкої води було розпочато порівняно давно і продовжується досі.

Складну смугу рідкої води можна розкласти на гаусовські складові (рис. 10).

Рис. 10. Розкладання складної ν OH -смуги рідкої Н 2 Про на гауссівські складові

На рис. 11 наведено залежність інтенсивності смуги HDО від температури, але в рис. 12 - залежність інтенсивності смуги HDО від густини.

У згоді з цими вимірюваннями знаходяться і результати дослідження рідкої фази Н 2 O в інтервалі температур 20-370°З при тиску насичених парів.

Рис. 11. Залежність інтенсивності смуги рідкої HDO від температури за щільності води 1000 кг/м 3

а - спектр комбінаційного розсіювання б - спектр поглинання

Рис. 12. Залежність інтенсивності смуги молекули HDO при 400 ° С від густини

Деформаційні та міжмолекулярні коливання води.Крім смуги валентних коливань у спектрі рідкої води присутні смуги деформаційних. vδ-, лібраційних v L- та трансляційних vТ-Коливань, а також смуга складового коливання v a + L. Велика ширина цих смуг і високий показник поглинання створювали серйозні труднощі для отримання точних значень положень максимумів смуг v oh і v T.

У процесі розчинення іони і молекули, що знаходяться у воді, оточуються гідратною оболонкою. При цьому зв'язок молекул води гідратного шару з центральним іоном відрізнятиметься від зв'язків між молекулами в рідкій воді. Внаслідок цього коливальні частоти молекул води гідратного шару відрізнятимуться від частот коливань молекул чистої води.

Першу спробу охарактеризувати молекулярну структуру рідкої води зробив у 1892 р. В. К. Рентген, який запропонував розглядати її як залишки структури льоду в деякому іншому середовищі. Після того як В. Г. Барнес конкретизував структуру льоду, ідея В. К. Рентгена була підхоплена цілим рядом авторів, що пропонували різні багатокомпонентні моделі води.

Вперше структуру рідкої води як льодоподібний каркас з вигнутими водневими зв'язками постулювали в 1933 Дж. Д. Бернал і Р. Г. Фаулер, що виходили з розгляду суто кулонівської взаємодії жорстких зарядів. Проте запропонована ними конкретна модель води як суміші льодів типу кварцу і тридиміту виявилася неприйнятною. У питанні про структуру води працювало багато дослідників, і до теперішнього часу в літературі є чимало відомостей і уточнень з цього питання.

Рис. 13. Нормована інтенсивність розсіювання водою при 20 °С:

1 - рентгенівського випромінювання, 2 - нейтронів

Вимірювання дифракції нейтронів у воді (рис. 13) показали, що внаслідок теплових коливань атомів водню розмиття рефлексів стирає практично всі переваги нейтронографічних досліджень перед рентгенографічними. Метод інфрачервоної спектроскопії дозволяє встановити ряд її властивостей, визначити характеристики структури водневого зв'язку, визначити частоти коливань певних угруповань, обчислити інтенсивність їх смуг, кінетичні властивості та ряд інших особливостей.

Отже, по рідкій воді є ослаблені водневі зв'язки. Коливання «вільних» ОН-груп, молекул води, що утворюють «ослаблені» водневі зв'язки у спектрі поглинання та комбінаційного розсіяння проявляються у вигляді смуг, відповідно близько 3617 та 3625 см - 1 . Середній час життя такої «вільної» ОН-групи ~ 10 -14 сік,а всього комплексу ~ 1,5-10 -12 сек.Таким чином, воду за нормальних умов слід представляти як ґрати з напруженими водневими зв'язками та частково заповненими порожнинами, яка безперервно деформується. Окремі елементи деформованого льодоподібного каркаса постійно рвуться, даючи цим нові «ослаблені» моле-кули, які потрапляють у порожнини псевдорешетки. Одночасно у процесі тієї ж деформації каркасу «ослаблені» молекули повертаються в «каркас» тощо.

Число спостережуваних смуг поглинання досі залишається основним критерієм числа різних ОН-угруповань, присутніх у досліджуваному з'єднанні. Тому, як і раніше, визначення повного числа смуг поглинання відіграє першорядну роль при будь-якому спектрохімічному дослідженні.

Якщо заздалегідь відомо, що всі атоми водню досліджуваної речовини входять тільки до складу ВІН-угруповань, всі інтенсивні смуги, що лежать в інтервалі частот 3700-1300 см -1 (якщо це не органічний кристал і в ньому немає подвійних і потрійних зв'язків ) або принаймні в інтервалі 3700-2500 см -1 (Тоді без обмежень на об'єкт дослідження), без будь-яких додаткових перевірок з повною підставою можуть бути віднесені до коливань ВІН-зв'язків.

Пропонуємо до вашої уваги журнали, що видаються у видавництві «Академія Природознавства»

Дослідження молекулярної структури лабораторних зразків
водопаливних емульсій методом ІЧ-спектроскопії

Дослідження ІЧ-спектрів поверхнево-активних речовин

Поверхнево-активна речовина (ПАВ) використовується як присадка до пального у вигляді 5% розчину у воді.

На рис.1 та рис.2 представлений ІЧ - спектр 5 % розчину ПАР (олеат натрію) у воді, що має таку хімічну формулу:

СН 3 (СН 2) 7 СН = СН (СН 2) 7 СООNа

Рис.1.ІЧ-спектр розчину ПАР у діапазоні від 400 до 2200 см -1

Рис.2.ІЧ-спектр розчину ПАР у діапазоні від 2200 до 4000 см -1

Для порівняння, на Рис. 3 та Мал. 4 наведено ІЧ - спектр дистильованої води.

Рис.3.

Рис.4.ІЧ-спектр дистильованої води в діапазоні від 400 до 2200 см -1

У таблиці 1 представлені частоти смуг поглинання розчину ПАР та їх віднесення.

Таблиця 1. Частоти смуг поглинання в ІЧ-спектрі розчину ПАР та їх віднесення

Частота см -1

Напівширина, Г, смуг поглинання води, см -1

Віднесення

С-С валентні коливання

СН 2 деформаційні коливання

СН 2 , СН 3 деформаційні коливання

C=C валентні коливання

С=Про валентні коливання

Сума частот деформаційних та
лібраційних коливань молекул води

СН 3 симетричні валентні коливання

СН 3 антисиметричні валентні коливання

валентні коливання ВІН груп, що беруть участь
у водневому зв'язку

ВІН валентні коливання вільних угруповань

Для порівняння, у таблиці 2 наведено частоти смуг поглинання води та їх віднесення.

Таблиця 2. Частоти смуг поглинання в ІЧ-спектрі дистильованої води та їх віднесення

Частота см -1

Віднесення

лібраційні коливання

деформаційні коливання

деформаційні коливання молекул води + лібраційні коливання молекул води (сума)

Аналіз ІЧ-спектрів показує, що частоти смуг поглинання чистої води та розчину ПАР близькі. Однак півширини смуги, що відносяться до ВІН валентних та деформаційних коливань в ІЧ - спектрах води з ПАР менше півширин цих же смуг у спектрах чистої води. Крім того, в ІЧ - спектрах розчину ПАР у воді в області 3750 - 3770 см -1 з'являється слабка смуга, яка відноситься до ВІН валентних коливань молекул вільної води.

При аналізі спектрів необхідно враховувати, що у воді олеат натрію дисоціює на іони СН 3 (СН 2) 7 СН = СН (СН 2) 7 СОО - та Na + . У свою чергу, угруповання СОО - вступає у водневий зв'язок із молекулами води.

Відмінність півширин смуг поглинання чистої води та розчину ПАР показує, що у розчині ПАР водневі зв'язки між молекулами води слабшають. Поява смуги 3770 см -1 показує, що у розчині з'являються молекули води, які пов'язані друг з одним водневими зв'язками.

Інфрачервоні спектри поглинання бензину АІ-76 та емульсій на його основі

На рис.5 і рис.6 наведено ІЧ-спектр бензину АІ-76, а таблиці 3 представлені частоти смуг в ІЧ-спектрі пропускання та його віднесення.

Рис.5.ІЧ-спектр бензину АІ-76 у діапазоні частот від 400 до 2000 см -1

Рис.6.ІЧ-спектр бензину АІ-76 у діапазоні частот від 2000 до 3800 см -1

Таблиця 3. Частоти смуг поглинання в ІЧ-спектрі бензину АІ-76.

Частота см -1

Віднесення

СС валентні коливання конформації GT n>5 G

СН 2 віялові коливання

С-С валентні коливання

СН 2 деформаційні коливання

коливання бензольного кільця

СО валентні коливання в СООН

СО валентні коливання в альдегідному угрупованні

сумарна частота

СН валентні коливання в угрупованні -СН=СН-СН=СН 2

Перейдемо тепер до розгляду ІЧ-спектрів водопаливної емульсії. На рис. 7 та рис. 8 наведено ІЧ-спектр емульсії, яка мала наступний склад: бензин АІ-76 ~ 70%; вода – 30 %; ПАР (олеат натрію) – 0,7 % (по воді).

Рис.7.ІЧ-спектр емульсії на основі бензину із вмістом води 30 % у діапазоні від 400 до 2000 см -1

Рис.8.ІЧ-спектр емульсії на основі бензину з вмістом води 30% у діапазоні від 2000 до 3800 см -1

На рис.3.9 та рис.3.10 наведено ІЧ-спектр емульсії, яка мала наступний склад: бензин АІ-76 ~ 80 %; вода – 20 %; ПАР - 2% (по воді).

Рис.9.ІЧ-спектр емульсії на основі бензину із вмістом води 20 % у діапазоні від 400 до 2200 см -1

Рис.10.ІЧ-спектр емульсії на основі бензину із вмістом води 20 % у діапазоні від 2200 до 4000 см -1

На рис.11 та рис.12 наведено ІЧ-спектр емульсії, яка мала
наступний склад: бензин АІ-76 ~ 90%; вода – 10 %; ПАР - 2% (по воді).

Рис.11.ІЧ-спектр емульсії на основі бензину із вмістом води 10 % у діапазоні від 400 до 2200 см -1

Рис.12.ІЧ-спектр емульсії на основі бензину із вмістом води 10 % у діапазоні від 2200 до 4000 см -1

На рис.13 та рис.14 представлений ІЧ-спектр водопаливної емульсії
на основі бензину АІ-76, що має наступний склад:
бензин АІ-76 ~ 95%; вода – 2 %; ПАР - 2% (по воді).

Рис.13.ІЧ-спектр емульсії на основі бензину із вмістом води 5% у діапазоні від 400 до 2200 см -1

Рис.14.ІЧ-спектр емульсії на основі бензину із вмістом води 5 % у діапазоні від 2200 до 4000 см -1

У таблиці 4 представлені частоти смуг поглинання для емульсій на основі бензину та їх віднесення.

Таблиця 4. Частоти смуг поглинання в ІЧ-спектрах водопаливних
емульсій на основі бензину АІ-76

Частота см -1

Віднесення

лібраційні коливання молекул води

С-С валентні коливання, змішані з СН 2 віяловими коливаннями

позаплощинні Н коливання в угрупованні -СН=СН

СС валентні коливання конформації GT n>2 G

C-C валентні коливання ізоалканів С(СН 3) 2

СН 2 деформаційні коливання ізоалканів С-СН 3

СН 2 деформаційні коливання

деформаційні коливання молекул води

СО валентні коливання в СООН

сумарна частота

деформаційні + лібраційні коливання молекул води

сумарна частота

СН 2 , СН 3 симетричні валентні коливання

СН 2 , СН 3 антисиметричні валентні коливання

СН валентні коливання поблизу -СН=СН=СН=СН 2

валентні коливання ВІН груп, що беруть участь у водневому зв'язку

Вплив вмісту води на молекулярну структуру водопаливних емульсій на основі бензину

Розглянемо вплив концентрації води на стан молекул води у водопаливних емульсіях, а саме як впливає концентрація води на положення максимумів та півширину смуг поглинання, віднесених до коливань молекул води. Відповідні дані представлені у таблиці 5.

Як видно з таблиці 5, у спектрі емульсій, у міру зменшення концентрації води, півширина смуги валентних коливань її молекул зменшується і при концентрації 20%, смуга набуває майже симетричної форми зі становищем максимуму близько 3400 см -1 . Одночасно спостерігається зменшення напівширини та частоти максимуму смуги деформаційних коливань молекул води.

Таблиця 5. Вплив концентрації води в емульсіях на півширину та положення смуг коливань молекул води.

5; 3400; 300; 1600; 70
10; 3400; 450; 1615; 100
20; 3450; 450; 1640; 130
30; 3000-3600; 625; 1640; 140

Ці дані говорять про ослаблення водневих зв'язків між молекулами води при зменшенні вмісту в емульсіях на основі бензину.

Розглянемо тепер, як впливає концентрація води на конформацію молекул бензину в емульсіях. У таблиці 6 представлені відносні оптичні щільності D 720 / D 1370 та D 733 / D 1370 смуг: 720 см -1 та 733 см -1 . Величина D 720 /D 1370, як відомо з літератури /4/, прямо пропорційна концентрації фрагментів молекули -(СН 2) n>4 в бензині, а D 736 /D 1370 - концентрації областей -(СН 2) 3 -СН 3 . Дані, наведені в таблиці, отримані при обробці спектрів, записаних приблизно через добу після приготування емульсії.

Таблиця 6. Величина відносин D 720 / D 1370 та D 733 / D 1370 в емульсіях з різною концентрацією води та в чистому бензині АІ-76

Концентрація води, %

0 (бензин)

З таблиці 6 видно, що величина D 733 /D 1370 в ІЧ-спектрі бензину та емульсій з різною концентрацією води залишається практично незмінною, що свідчить про збереження концентрації фрагментів -(СН 2) 3 -СН 3 . У той же час, величина D 720 /D 1370, яка приблизно однакова для чистого бензину та емульсій з концентрацією води 10 і 20%, для емульсії з концентрацією води 30% приблизно в 1,5 рази менше. Ці дані свідчать, що з емульсії з концентрацією води 30 % зменшується число фрагментів молекули (СН 2) n>4 у бензині, тобто. відбувається зміна молекулярної структури бензину. При аналізі цих даних слід враховувати, що ІЧ-спектри перерахованих вище емульсій були записані наступного дня після їх виготовлення.

У ході експерименту було встановлено, що ІЧ-спектри емульсій змінюються в залежності від часу, який минув після їх виготовлення. Для демонстрації розглянемо, як поводяться величини D 720 / D 1370 і D 733 / D 1370 для емульсії з концентрацією води 5%, залежно від часу після приготування емульсії.

На рис.13 та рис.14 показані ІЧ-спектри емульсії через ~ 30 год., а на рис.15 – через 12 днів після виготовлення. Результати досліджень наведено у таблиці 7.

Рис. 15.ІЧ-спектр емульсії на основі бензину з вмістом води 5% в діапазоні частот від 400 до 2200 см -1 записаний через 12 днів після виготовлення емульсії.

Таблиця 7. Розмір відносин D 720 /D 1370 і D 733 /D 1370 в емульсії з концентрацією води 5 %

Час після виготовлення

Як очевидно з таблиці 7, величина D 733 /D 1370 залишається незмінною, що свідчить, що механічна обробка впливає середню концентрацію фрагментів -(СН 2) 3 -СН 3 . У той же час, величина D 720 /D 1370 спектрі емульсії, отриманому через ~ 30 год. після виготовлення приблизно в 3 рази менше, ніж у спектрі емульсії, записаному через 12 днів після виготовлення. Цей результат пояснюється зменшенням концентрації сегментів молекул парафінів у вигляді транс - конформації довжиною 4 і більше С - З зв'язків під впливом механічного впливу під час отримання емульсії. Однак з часом, як видно з таблиці 7, концентрація таких конформацій молекул парафінів відновлюється. Останнє зумовлено тим, що енергетично вигіднішим є положення, коли молекули парафінів розпрямлені, паралельні та щільно прилягають одна до одної. Процес повернення в рівноважний стан, як свідчить експеримент, може тривати до 10 днів.

Слід зазначити, що, коли молекули парафінів розпрямлені і щільно упаковані, утрудняється дифузія кисню в бензин їх окиснення. У той же час, коли молекули бензину згорнуті та погано упаковані, кисень легше дифундує всередину палива та процес його горіння полегшується.

Інфрачервоні спектри дизельного палива та емульсії на його основі

На рис. 16 та рис. 17 представлений ІЧ-спектр дизельного палива Л-05 (ДП). Частоти ІЧ - смуг поглинання та їх віднесення містяться у таблиці 8.

Рис. 16.ІЧ-спектр ДП Л-0,5 в діапазоні від 400 до 2200 см -1

Рис.17.ІЧ-спектр ДП Л-0,5 в діапазоні від 2200 до 4000 см -1

Таблиця 8. Смуги поглинання в ІЧ-спектрі ДП Л-0,5 та їх віднесення

Частота см -1

Віднесення

С-С вал-ні коливання, змішані з СН 2 віяловими коливаннями

С-С валентні коливання конформації GT n>2 G

C-C валентні коливання ізоалканів С(СН 3) 2

СН 2 деформаційні коливання ізоалканів С-СН 3

СН 2 деф-ні, СН 3 антисиметричні валентні коливання

коливання бензольного кільця

сумарна частота

CH 2 , СН 3 симетричні валентні коливання

СН 2, СН 3 сим-ні та антисім-ні валентні коливання

Аналіз даних таблиці 8 показує, що в ДП присутні метильні та метиленові групи, що входять, в основному, в алканові вуглеводневі ланцюги.

Спектроскопічні дані показують, що ДТ складається з вуглеводнів, що мають емпіричну формулу 13,3 Н 29,6 /1/.

Розглянемо тепер ІЧ-спектри водопаливних емульсій на основі ДП, представлені на рис.18 – рис.21. Склад емульсій був наступний: ДП ~ 75%; вода – 25 %; ПАР - 0,7% (по воді) - рис. 18 та рис. 19; ДП ~ 70%; вода – 30 %; ПАР - 0,5% (по воді) - рис.20 та рис. 21.

Рис. 18.ІЧ-спектр емульсії на основі ДП Л-0,5 із вмістом води 25 % у діапазоні від 400 до 2000 см -1

Рис.19.ІЧ-спектр емульсії на основі ДП Л-0,5 із вмістом води 25 % у діапазоні від 2000 до 3800 см -1

Рис.20.ІЧ-спектр емульсії на основі ДП Л-0,5 із вмістом води 30 % у діапазоні від 400 до 2200 см -1

Рис.21.ІЧ-спектр емульсії на основі ДП Л-0,5 із вмістом води 30 % у діапазоні від 2200 до 4000 см -1

З порівняння малюнків 16, 17 та 18 - 21 можна бачити, що в ІЧ-спектрах емульсій з'являються нові смуги поблизу 3400см -1 , 1650 см -1 , 2125 см -1 та 700 см -1 . Вони відносяться до коливань молекул води.

Віднесення смуг у спектрах емульсії на основі ДП представлено у таблиці 3.9.

Таблиця 9. Смуги поглинання в ІЧ-спектрі водопаливної емульсії на основі ДП та їх віднесення.

Частота см -1

Віднесення

лібраційні коливання молекул води

C-C валентні коливання ізоалканів С(СН 3) 2

СН 2 віялові коливання у конформації GTG

СН 2 деформаційні коливання ізоалканів С-СН 3

СН 2 симетричні деформаційні коливання

СН 2 симетричні та СН 3 антисиметричні деформаційні коливання

деформаційні коливання молекул води

сума частот деформаційних та лібраційних коливань молекул води

сумарна частота

СН 2 симетричні валентні коливання

СН 2 , СН 3 симетричні валентні коливання

СН 2 , СН 3 антисиметричні валентні коливання

валентні коливання ВІН груп, що беруть участь у водневому зв'язку

Вплив концентрації води на молекулярну структуру водопаливних емульсій на основі ДТ

Розглянемо, як концентрація води на стан молекул води в емульсіях на основі ДТ. У таблиці 10 наведено значення напівширин смуг поглинання емульсій, віднесених коливань молекул води.

Таблиця 10. Вплив концентрації води в емульсіях на основі ДП на півширину та положення смуг коливань молекул води.

Концентрація води, %; ВІН валентні коливання; ВІН деформаційні коливання
Частота смуги, см-1; Г, см-1; Частота смуги, см-1; Г, см-1
25; 3400; 500; 1650; 130
30; 3400; 600; 1650; 140
100; 3000-3600; 930; 1650; 170

Як видно з таблиці 10, у спектрі емульсій на основі ДП, як і в спектрах емульсій на основі бензину, у міру зменшення концентрації води, напівширини смуг валентних коливань зменшуються і при концентрації води 30%, смуга набуває майже симетричної форми з положенням максимуму близько 3400 см -1. Одночасно спостерігається зменшення напівширини та частоти максимуму смуги деформаційних коливань молекул води. Ці дані говорять про ослаблення водневих зв'язків між молекулами води при зменшенні концентрації в емульсіях на основі ДТ.

Порівняємо тепер півширини смуг в ІЧ - спектрах емульсій на основі бензину та дизельного палива, що належать до коливань молекул води, пов'язаних водневим зв'язком. Зі значень напівширин, наведених у таблицях 3.5 і 3.10, випливає, що у воді, що входить до складу емульсій на основі бензину, водневі зв'язки ослаблені сильніше, ніж у воді, що входить до складу емульсій на основі ДП.

Вплив механічної обробки на молекулярну структуру дизельного палива

Розглянемо, як впливає механічна обробка молекулярну структуру ДТ. На Рис.22 та Рис.23 наведено ІЧ-спектр ДП Л-0,5 через 4 години після обробки у віброкавітаційному гомогенізаторі (ВКГ), який використовується для приготування емульсій. Порівняємо цей спектр із спектром (рис. 20 та 21) дизельного палива, отриманого через годину. після його приготування. У таблиці 11 наведено значення D 720 / D 1370 і D 733 / D 1370, знайдені з цих спектрів.

Рис. 22.ІЧ-спектр ДП Л-0,5, обробленого на ВКГ у діапазоні від 400 до 2200 см -1 . Спектр записано через 4 години після обробки.

Рис. 23.ІЧ-спектр ДП Л-0,5, обробленого на ВКГ в діапазоні від 2200 до 4000 см -1 записаний через 4 год. після обробки.

Таблиця 11. Величини D 720/D 1370 та D 736/D 1370 у спектрах обробленого та необробленого ДП.

необроблене

оброблене

З таблиці 11 видно, що величини D 733 /D 1370 та D 720 /D 1370 у спектрі обробленого ДП, приблизно на 30% менше, ніж у спектрі необробленого ДТ. Цей результат пояснюється згортанням молекул ДТ при механічному впливі під час отримання емульсії, що відображається у зменшенні середньої концентрації (згортання) фрагментів -(СН 2) 3 -СН 3 та витягнутих GТ n>4 G конформерів у ДТ. Як зазначалося, цей процес покращує параметри горіння палива.

Висновки

1. Проведено дослідження спектрів ПАР. Встановлено, що у розчині ПАР водневі зв'язки між молекулами води слабшають. Крім пов'язаних, у розчині ПАР з'являються вільні молекули води.

2. Проведено дослідження молекулярної структури водопаливних емульсій на основі бензину та дизельного палива за допомогою ІЧ-спектроскопії пропускання. Вивчено вплив концентрації води на молекулярну структуру емульсій. Встановлено, що зменшення концентрації води призводить до ослаблення водневих зв'язків між молекулами води в емульсіях на основі бензину та дизельного палива.

3. Досліджено вплив концентрації води на стан молекул бензину в емульсіях на його основі. Отримано такі результати:
- в бензині та емульсіях на його основі з різним вмістом води зберігається середня концентрація фрагментів -(СН 2) 3 -СН 3;
- при концентрації води більше 20% зменшується концентрація сегментів молекул у вигляді транс-конформації завдовжки 4 З-З зв'язкута;

4. Механічна обробка бензину у віброкавітаційному гомогенізаторі при приготуванні емульсії викликає зменшення концентрації витягнутих GТ n>4 G конформерів, Однак через 10 год. вихідна концентрація конформерів відновлюється.

Міністерство освіти і науки Російської Федерації
Пермський Державний Національний Дослідницький Університет
Хімічний факультет
Кафедра аналітичної хімії

Оптичні властивості води

виконала студентка

4 курси КАХ
Маленька Юлія

Перм 2011

Введение………………………………………………………………………….3

1. Спектроскопія води. ІЧ-, УФ-спектри………………………………………4-7
1.1 Фізичне пояснення………………………………………………………..4-5
1.2 ІЧ-спектри……………………………………………………………………5-7
1.3 УФ-спектри…………………………………………………………………….7
2. Поглинання води у видимій ділянці. Колір води……………………………8-11
3. Вода і глобальне потепління ………………………………………………12-15
3.1. Кластеризація………………………………………………………………..13-15

Заключение……………………………………………………………………….17

Список литературы………………………………………………………………18

Вступ
Взаємодія світла з речовиною має першорядне значення у природі. Найбільш фундаментальною властивістю матеріалу по відношенню до світла є те, наскільки сильно він поглинає світло залежно від довжини хвилі.
Взаємодія речовини з електромагнітним випромінюванням різної довжини хвилі супроводжується різними фізичними процесами. Випромінювання здатне частково або повністю відбиватися або поглинатися, а також зазнавати інших змін.
Мабуть, інфрачервоне та ультрафіолетове електромагнітне випромінювання становить так звану оптичну область спектра.
Частоти хвиль оптичної області спектра вже можна порівняти зі своїми частотами атомів і молекул, які довжини - з молекулярними розмірами і міжмолекулярними відстанями. Завдяки цьому у цій галузі стають суттєвими явища, зумовлені атомістичним будовою речовини. При виборчому поглинанні енергії світла змінюється енергетичний стан макромолекули внаслідок таких внутрішньомолекулярних процесів, як переходи електронів, коливання атомних ядер, обертання ядер, електронів, атомних груп, поступальний та обертальний рух молекули як цілого.

Реєстрація енергетичних змін і є основою спектральних методів дослідження.
Визначення в досить широкому діапазоні енергій, оптичних констант, таких як коефіцієнти поглинання та відображення можуть дати відомості про ряд властивостей речовин, деякі з яких, здавалося б, не пов'язані з фотопоглинанням. Найбільш важливим з усіх є той факт, що взаємодія речовини з потоком заряджених частинок може бути описана в повних оптичних спектрах. Визначенням спектральних характеристик займається спектральний аналіз, починаючи ще з кінця 19 століття, постійно вдосконалюючи методики аналізу та апаратурне оснащення.
Т.ч., спектральний аналіз є хорошим інструментом для пояснення структури речовин, що знаходяться в різних агрегатних станах.
Зокрема, знання оптичних показників води може пояснити її структуру, якості, і навіть ряд цікавих явищ, із якими людина щодня стикається у повсякденному житті.
Оптичні властивості однієї з найважливіших речовин Землі - води - будуть розглянуті у цій роботі.

^ 1. Спектроскопія води. ІЧ-, УФ-спектри
1.1 Фізичне пояснення
Метод спектроскопії дає можливість отримати відомості про відносні положення молекул протягом дуже коротких проміжків часу, а також оцінити характер зв'язку між ними, що є важливим для вивчення структурно-інформаційних властивостей водних систем.
Відомо, що ядра молекул далеко від фіксованих положень по відношенню один до одного знаходяться в безперервному коливальному стані. Важливою особливістю цих коливань є те, що вони можуть бути описані обмеженою кількістю основних коливань (нормальні моди). Нормальної модою називається коливання, у якому ядра осцилируют з однаковою частотою й у однієї фазі. Молекули води мають три нормальні моди (рис.1).

ν 1 (ВІН) ν 2 (ВІН) ν 3 (ВІН)
3656,65 см -1 1594,59 см -1 3755,79 см -1
Рис.1 Основні частоти коливання молекул води
Рухи ядер при коливаннях ν 1 (ВІН) і ν 3 (ВІН) відбуваються майже вздовж напрямку зв'язків О-Н, ці моди зазвичай називають коливаннями розтягування зв'язку (або δОН) або валентними коливаннями зв'язку О-Н.
При коливаннях ν 2 (ВІН) ядра Н рухаються у напрямі майже перпендикулярних зв'язків О-Н, мода ν 2 називається деформаційним коливанням зв'язку Н - Про - Н або коливанням вигину водневого зв'язку.
Мода ν 3 називається асиметричним валентним коливанням на відміну від симетричного валентного коливання ν 1 .
Молекула води має дуже маленький момент інерції при обертанні якого призводить до багатих комбінованих коливально-обертальних спектрів пар, що містять десятки тисяч до мільйонів ліній поглинання. Окрім смуг валентних коливань у спектрі води присутні смуги деформаційних, лібраційних. ν L(навколо осей X,Y,Z), а також смуга складового коливання ν 2+ L
Перехід молекули води з її основного коливального стану збуджений описується за допомогою моди ν 2 відповідає інфрачервоній смузі 1594,59 см -1 .
1.2 ІЧ-спектри
Незважаючи на те, що за дослідженням ІЧ-спектрів води є велика кількість публікацій, відомості про частоти коливань та їх віднесення не тільки не збігаються, але бувають і суперечливі. Існує ускладнення спектру в області валентних ВІН-коливань, яке можна пояснити існуванням різних типів асоціацій, проявом обертонів та складових частот ВІН-груп, що знаходяться у водневому зв'язку, а також тунельним ефектом протона (за естафетним механізмом). Таке ускладнення спектра ускладнює його інтерпретацію і частково пояснює суперечність із цього приводу.
Зміни навколишнього середовища навколо молекули води призводить до значної зміни спектральних ліній. Зростання кількості водневих зв'язків призведе до усунення піку у бік нижчих частот (рис.2).

У рідкій воді молекулярні коливання розтягують пік і зсувають його в область більших частот, ніж у льоду (водневий зв'язок слабшає, ковалентні зв'язки ВІН зміцнюються, змушуючи їх вібрувати на високих частотах).

У спектрі рідкої води смуги поглинання значно розширені та зміщені щодо відповідних смуг у спектрі водяної пари (рис.2).

^ Рис.2 Спектри води у різних агрегатних станах.
Пояснення цього явища представляється так. Гідроксильна група -ВІН здатна сильно поглинає в ІЧ-області спектру. Внаслідок своєї полярності ці групи зазвичай взаємодіють один з одним або з іншими полярними групами, утворюючи внутрішньо- та міжмолекулярні водневі зв'язки. Гідроксильні групи, що не беруть участь у освіті водневих зв'язків зазвичай дають у спектрі вузькі смуги, а пов'язані групи – інтенсивні широкі смуги поглинання при нижчих частотах. Величина зсуву частот визначається міцністю водневого зв'язку.
Найбільш вивчена область основних частот. Для мономерної води смуги 3725 та 3627 см -1 віднесені до симетричного та антисиметричного коливань ОН-групи, а смуги 1600 см -1 – до деформаційного коливання Н-О-Н. Слід зазначити, що димери води можуть мати швидше циклічну структуру із двома водневими зв'язками (1), ніж відкриту (2) (рис.3)
Н

\ Про - Н Н H

Н - Про / O. . . H - O

Н
(1) (2)
Рис.3. Структура димерів води: 1 – циклічна; 2 – відкрита
При переході від мономерів води до димерів та трімерів максимум поглинання валентних коливань зв'язку О-Н зсувається у бік менших частот. Навпаки, для деформаційних коливань Н-О-Н спостерігається усунення у бік вищих частот.
На спектральні характеристики води, безсумнівно, впливатимуть розчинені у ній речовини.

Очевидно, що в процесі розчинення іони, що знаходяться у воді, оточуються гідратною оболонкою. При цьому зв'язок молекул гідратного шару з центральним іоном відрізнятиметься від зв'язків між молекулами рідкої води. Внаслідок цього коливальні частоти молекул води гідратного шару відрізнятимуться від частот коливань чистої води. З іншого боку, впровадження гідратованого іону в псевдорешітку води, як правило, викликає деяку його деформацію, що відразу проявляється у зміні коливального спектру води. Таким чином, обидва ефекти, пов'язані з розчиненням солей і молекул у воді, повинні супроводжуватися зміною її коливального спектра.

Аніони, що знаходяться у воді, можуть бути класифіковані як «коглядопи» або «хаотропи» за тим, який вплив на воду вони надають; іонні коглядопи (наприклад, F -), викликають розширення і зсув спектру у бік низьких частот у той час як хаотропи (наприклад, I -), викликають звуження та зрушення в області більш високих частот.
1.3 УФ-спектри
Поглинання електромагнітного випромінювання ультрафіолетової області для води відзначено лише дуже незначною мірою.

Поглинання УФ ~ 125 нм призводить до дисоціації на OH + H (фотодисоціації; поглинання більшої енергії виробляє заряджені частинки).

^ 2. Поглинання води у видимій ділянці. Колір води
Можна сказати, що вода є практично прозорою для видимої частини спектра електромагнітного випромінювання. Ця властивість протягом мільйонів років дає можливість реалізації процесу фотосинтезу та дозволяє виробляти біомасу та кисень з використанням води, енергії сонячного світла та вуглекислого газу.
Тим не менш, виходячи з життєвого досвіду, можна стверджувати, що вода має колір - блакитний або зеленуватий.
Колір води є досить популярною помилкою, а також предметом наукових досліджень.
Блакитний колір води можна легко побачити неозброєним оком, дивлячись через довгу трубку, заповнену очищеною водою.
В ході експерименту використовували 3 м у довжину та 4 см у діаметрі алюмінієві трубки з окуляром з оргскла на кінцях трубки. Кожен із десяти людей, що беруть участь в експерименті, повідомив, що бачив синій колір, коли дивився через трубку.

Дивлячись у трубку, заповнену дейтерієвою водою, спостерігачі казали, що вона є прозорою.
Справді, чиста вода у сенсі має забарвлення. Пояснити це явище можна так.
Вода є простою триатомною молекулою, H 2 O, і всі її електронні поглинання відбуваються тільки в ультрафіолетовій області електромагнітного спектру, і тому за колір води не несе відповідальності поглинання (а точніше, його відсутність) у видимій області спектра. Розглянемо діапазон води.
Блакитний відтінок води внутрішнім властивістю та обумовлено селективним поглинанням та розсіюванням білого світла.

Синій колір обумовлюється як поєднання обертонів та коливальних смуг поглинання, які проходять через червону область видимого спектру з невеликим піком на 739 нм та плечем при 836 нм. Цей спектр поглинання води (червоне світло поглинає в 100 разів більше, ніж синє світло), разом з тим, що розсіювання синього світла в п'ять разів більше червоного, робить свій внесок у синій колір води озер, річок та океан.
Таким чином, простіше кажучи, сонячні промені частково відбиваються від поверхні води, а на межі розділу повітряного та водного середовища заломлюються. Потрапляючи в товщу води, вони розсіюються та поглинаються.

Фіолетові та сині промені сонячного спектру, що мають коротку довжину хвилі, розсіюються сильніше, а поглинаються менше, ніж довгохвильові червоні та жовті промені. Через те, що червоні та жовті промені погано розсіюються і сильніше поглинаються водою, вони не видно. Морська вода забарвлюється в синій, блакитний або зелений кольори.

Домішки розчинених або завислих у воді може надати воді різного забарвлення. Найчастіше вони змінюють колір води у бік зеленого. Тому на мілководді та у відкритому океані, де у воді багато домішок, вона має зелені відтінки. Вода відкритого океану та глибоких морів, у яких домішок менше, синього кольору. Наприклад, колоїдний кремнезем може сприяти прояву значного синього забарвлення деяких, часто гідротермальних водойм.
Лід синій з тих же причин.
Однак, рідина D 2 O не поглинає в червоній області (бо смуга поглинання зсунута в інфрачервоний) і в принципі повинна бути прозорою. Вона може бути синьою виключно через ефект розсіювання світла.
^ Нижче представлені порівняння спектрів дейтерієвої води та звичайної.

Певною мірою ще одне явище вносить у колір води: поверхні морів та озер часто відбивають синє світло неба, що надає їм також синє забарвлення.

Закономірно виникає інше питання: чи пов'язаний блакитний колір неба з описаним вище явищем для води?
Можна подумати, що колір неба буде обумовлений водяними парами в атмосфері, проте в даному випадку має місце явище іншого характеру.

Небо виглядає синім, тому що повітря розсіює світло з короткою довжиною хвилі сильніше за довгохвильове світло. Оскільки синій колір знаходиться на короткохвильовому кінці видимого спектру, він більше розсіюється в атмосфері ніж червоний. Завдяки цьому, якщо подивитися на ділянку неба поза Сонцем, ми побачимо блакитне світло – результат розсіювання сонячного випромінювання. Під час заходу сонця і світанку, світло проходить по дотичній до земної поверхні, так що шлях, що проходить світлом в атмосфері, стає набагато більше, ніж днем. Через це велика частина синього і навіть зеленого світла залишає пряме сонячне світло в результаті розсіювання, завдяки чому пряме світло сонця, а також хмари і небо поблизу горизонту, що освітлюються ним, забарвлюються в червоні тони.
Звичайно, при іншому складі атмосфери, наприклад на інших планетах, колір неба, у тому числі і на заході сонця, може бути іншим. Наприклад, на Марсі.
Вода, однак, робить свій внесок. Так, при похмурій погоді більшість прямого сонячного світла до землі не доходить. Те, що доходить, заломлюють водяні краплі, зважені в повітрі. Крапель багато, і кожна має форму і, отже, спотворює по-своєму. Тобто, хмари розсіюють світло від неба, і в результаті до землі доходить біле світло. Якщо хмари мають великі розміри, частина світла поглинається, і виходить сірий світло.

^ 3. Вода та глобальне потепління
Вода в ультрадисперсному стані є як у тропосфері, так і нижніх шарах стратосфери. Вона є змінною складовою атмосфери та виконує вкрай важливі функції.
Вода є основним поглиначем сонячного світла у атмосфері. Близько 13 мільйонів тонн води в атмосфері (~ 0,33% за масою) є причиною близько 70% всього атмосферного поглинання випромінювання, в основному інфрачервоної областіде вода показує сильне поглинання. Це значною мірою сприяє парниковому ефекту. З одного боку, це забезпечує стійкий тепловий режим на Землі, сталість клімату та забезпечення умов для життя, але з іншого боку, тут працює негативний ефект зворотного зв'язку, який полягає у формуванні відомого всім на сьогоднішній день явища – глобального потепління.
Зміст води в атмосфері сильно коливається: спостерігається приблизно 100-кратна різниця між вмістом її в гарячому та вологому повітрі тропіків та холодним та сухим полярних областей.

Поглинання води в ІЧ-області було розглянуто вище.
З одного боку, як було раніше сказано, вода відносно мало поглинає в ультрафіолетовій області, проте в останні роки з'ясовано її роль у захисті життя від згубного жорсткого УФ. Для живих організмів Землі найнебезпечнішим є ультрафіолетове випромінювання у діапазоні від 4.0 до 6.2 еВ. Озон, який вважають єдиним поглиначем УФ-квантів, не розсіює, як відомо, випромінювання з енергією від 5.6 до 6.2 эВ, тобто. найжорсткішу складову. Розпочатий аналіз з використанням квантомеханічних розрахунків комплексної системи, що включає, крім молекули озону, значну кількість молекул води, дозволив виявити такі характеристики цієї системи, які свідчать про помітну роль води в екрануванні Землі від жорсткого ультрафіолету.
Переходи в перші три збуджені електронні стани забезпечують поглинання індивідуальною молекулою озону випромінювання в діапазоні від 2 ~ 5.5 еВ.
Присутні в стратосфері мікрокристали та мікрокраплі води, що поглинають, стаючи провідними, кванти з енергією близько 6 еВ.
Молекула озону негідрофільна, проте її координація асоціатом молекул води суттєво змінює її електронний спектр поглинання, помітно зміщуючи смуги у бік менших довжин хвиль. В результаті зменшується ймовірність поглинання в інтервалі від 2 до 5 ев, але збільшується - вище 5 ев, що, як і у випадку індивідуальних кластерів води, забезпечує розсіювання УФ випромінювання в області від 5.5 до 6.2 ев.

Таким чином, вода, присутня в атмосфері в помітно великих кількостях, ніж озон, взаємодіючи з нею, як поглинає у сфері УФ-спектру випромінювання Сонця, яку пропускає озон, а й значно підвищує ефективність екранування Землі від УФ-квантів з енергією від 4 до 5.5 эВ.

3.1. Кластеризація
В Останнім часомпри розгляді атмосферних ефектів беруть до уваги таке явище як кластеризація. До цього явища можна віднести і вище розглянуту координацію озону з водою.

Волога в атмосфері може бути у вигляді дрібнодисперсної фракції - кластерів. Молекули у кластерах пов'язані один з одним водневими зв'язками. Вивчення властивостей кластерів води дає змогу розширити знання про властивості рідкої води. У рідкому стані вода являє собою не просту суміш - молекул, а складну мережу з водних кластерів, що динамічно змінюється. Кожен окремий кластер живе невеликий час, проте саме поведінка кластерів впливає на структуру води. У кластерах води руху молекул корелюваніші, ніж у розрідженому водяній парі, але відрізняються від їх типових переміщень в об'ємній воді. Характер руху молекул впливає на стійкість та структуру водного агрегату. Кластери, що містять від 10 до 50 молекул води, мають дипольний момент, що досягає значення 15 Д. Кластери води, що містять десять і більше молекул, електрично більш упорядковані, ніж маленькі і залишаються рідкими в околиці, температури 233 К.
Молекули парникових газів - це молекули, які абсорбують випромінювання земної поверхні, створюване тепловим ефектом сонячного випромінювання. Їхні абсорбційні характеристики дозволяють їм діяти на утримання тепла в атмосфері так, щоб глобальна середня температура атмосфери забезпечувала прийнятні умови для життя. Найбільш важливими компонентами у цьому випадку є вода, діоксид вуглецю, метан, закис азоту та озон. Ці компоненти наведено у порядку зменшення ефективності, яка в основному визначається їх концентрацією.
За рахунок розвиненої поверхні та наявності великої кількості обірваних водневих зв'язків ультрадисперсна водна система здатна абсорбувати різні легкі компоненти атмосфери, у тому числі електрично нейтральні молекули деяких парникових газів. Кластери води, у тому числі агрегати, що захопили молекули, домішки, піддаються впливу теплового випромінювання Землі. Отримання ІЧ-спектрів поглинання вимагає лише невеликої кількості речовини у будь-якому з агрегатних станів. Необхідною умовою для цього є збіг частоти зовнішнього ІЧ-випромінювання з деякими частотами коливань атомів в молекулах, а також з частотами обертання-молекули як цілого.
Молекула води являє собою асиметричний дзига, що має дуже багатий спектр поглинання: від далекої інфрачервоної до видимої області спектра. Наголосимо, що обертання не обов'язково супроводжується появою інфрачервоної смуги поглинання. Поглинання має місце лише тоді, коли обертання призводить до зміни розподілу заряду всередині молекули. У конденсованих системах, яких можна віднести кластери, завдяки міжмолекулярним взаємодіям індукуються спектри, пов'язані з дипольними переходами, які заборонені правилами відбору для ізольованих молекул. У довгохвильовій ІЧ області знаходяться трансляційні спектри – особливий тип індукованих спектрів. Трансляційне поглинання пов'язане з дипольним моментом, що виникає внаслідок деформації електронних оболонок під час зіткнень. У спектрі більшості неполярних молекул індуковані трансляційний та обертальний спектри розташовані в одній і тій же області частот і не можуть спостерігатися окремо. Як правило, індукційну взаємодію розглядають у рамках взаємодії диполів. Ця взаємодія має характер тяжіння. Індукційна енергія завжди негативна та анізотропна, т.к. залежить від напрямку дипольного моменту та напряму прикладеного поля.
При дослідженні спектрів випромінювання вважається, що в кластерах речовина знаходиться в термодинамічній рівновазі по відношенню до всіх ступенів свободи, тобто. стан кластерів може бути віднесений до певної температури. Разом про те, випромінювання немає у термічному рівновазі з кластерами. Втрати енергії на випромінювання поповнюються за рахунок поглинання кластерами зовнішнього ІЧ-випромінювання. В результаті кластери виробляють стаціонарні спектри випромінювання.
Термічна стійкість кластерів води знижується в міру додавання

молекул, а механічна, навпаки, зростає. Кластери води стійкі до приєднання нових молекул при n≥15. Коефіцієнт поглинання α(ω) ІЧ-випромінювання збільшується під час переходу від системи маленьких кластерів (2 ≤ n≤ 20) до системи, складеної з великих агрегатів (20 ≤ n≤ 90), а потужність розсіювання падаючого ІЧ-випромінювання, навпаки, істотно знижується при переході від маленьких до великих кластерів. При цьому найшвидше енергія розсіюється кластером, що складається з 20 молекул води.
Кінцеві зміни кластерів, що містять по 10 молекул води і 10 молекул CO 2 і N 2 O: молекули N 2 O розташовуються рівномірно щодо водного ядра, причому частина їх йде вглиб кластера, а частина залишається лежить на поверхні. А молекули CO 2 повністю перемішуються з молекулами води, виявляючи цим хорошу розчинність діоксиду вуглецю у воді. У разі абсорбції молекул CO і NO більшість з них належить поверхні кластера.
Кластеризація парникових газів впливає енергетичний баланс атмосфери Землі. В області частот, що не перевищують 1000 см -1 теплове випромінювання Землі найбільш ефективно поглинається дисперсною системою, що складається з кластерів, утворених полярними молекулами (H 2 O,

N 2 O, CO, NO). Абсорбція кластерами води неполярних молекул CO2 призводить до зменшення інтенсивності поглинання ІЧ-випромінювання. Системи кластерів не тільки вибірково розсіюють і поглинають електромагнітне випромінювання, що падає на них, але також з великим ступенем вибірковості відображають це випромінювання. Коефіцієнт відображення ІЧ-випромінювання гетерокластерами сильно залежить від їх хімічного складу. По суті, атмосферна волога відіграє роль абсорбенту, що очищає атмосферу Землі від газоподібних домішок, що несприятливо впливають на біосферу.

Висновок
Дослідження властивостей має важливе значення головним чином тому, що вода є унікальною сполукою, яка є необхідною умовою існування життя.
Її роль важко переоцінити. Оптичні властивості води реалізують кліматоутворюючу функцію Землі: з одного боку, вода гідросфери акумулює Сонячне тепло, з іншого – атмосферна вода забезпечує сталість температурного режиму.
Велика роль атмосферної захисту всього живого від згубного випромінювання Сонця.
Спектральні дослідження оптичних властивостей води, що почалися ще наприкінці 19 століття, що мали швидше теоретичний характер, в основному були націлені на визначення структури води. З розвитком техніки різні гіпотези знайшли своє підтвердження та доповнення, або, навпаки, спростування.
Удосконалення апаратури та методик експерименту дозволило згодом отримувати все більш точні дані про структурні особливості води, її властивості. Щорічно публікуються нові статті та доповнюються даними спектральні бібліотеки.

Веб-ресурси

http://www.lsbu.ac.uk/water/vibrat.html

Martin Chaplin Water Site
Список літератури
2. WHY IS WATER BLUE?

Reproduced від J. Chem. Edu., 1993, 70 (8), 612 Charles L. Braun and Sergei N. Smirnov;

3. Антонченко В.Я., Давидов О.С., Ільїн В.В. Основи фізики води. Київ. 1991. 667с.

4. Галашева О.А., Рахманова О.Р., Новрузов О.М., Галашев А.Є. Кластеризація атмосферних парникових газів. Кліматичний ефект// Екологічна хімія. 2006. Т. 15. №2. С. 75-81.

5. Ю.В Новаковська. Ультрафіолетове випромінювання та роль води в озоновому шарі Землі, 2010

6. Юхневич Г.В. Інфрачервона спектроскопія води. М. 1985. 217с.

Глава 1 Огляд літератури: структура рідкої води та води у мезопорах за даними ІЧ-спектроскопії.

1.1 Водневий зв'язок.

1.2 Моделі води. Кластерна структура води.

1.3 Структура та ІЧ-спектроскопія води.

1.3.1 Структура та спектри поглинання пари води.

1.3.2 Структура та спектр поглинання льоду.

1.3.3 Структура та спектри поглинання рідкої води.

1.4 Мезопористі матеріали.

1.5 Структура та спектри поглинання води в мезо порах.

Глава 2 Динамічна реєстрація діапазону поглинання води.

2.1 Опис об'єкта досліджень.

2.2 Вибір спектрального спектра досліджень.

2.3 Динамічна методика реєстрації діапазону поглинання.

2.4 Експериментальні установки на дослідження спектрів поглинання води.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ.

Глава 3 Спектри поглинання води у мезо порах 8102.

3.1 Спектри поглинання води у мезопорах різного діаметра.

3.1.1 Зміщення центру смуги поглинання +8.

3.1.2 Деформація смуги поглинання води у мезопорах при вакуумному відкачуванні.

3.2 Спектри поглинання води під час варіації температури.

3.2.1 Особливості спектрів поглинання води у тонкій плівці.

3.2.2 Спектри поглинання води у мезопорах різного діаметру при варіаціях температури.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ.

Розділ 4 Спектроскопія високої роздільної здатності ізотопічної модифікації води

4.1 Особливості розрахунків рівнів енергії та переходів молекули НБО.

4.2 База даних УТТ рівнів енергії та переходів молекули Н0160.

4.3. Оцінка напівширин ліній.

4.4 Спектри поглинання рідкої НБО у ближній ІЧ області.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ.

Введення дисертації (частина автореферату) на тему «Спектри поглинання рідкої води, її ізотопічних модифікацій та води у мезопорах SiO2 у ближній ІЧ-області»

Завдяки великій поширеності, своєрідності фізичних та хімічних властивостейвода займає особливе становище і грає важливу роль у природі та житті людини. Багато процесах вода виступає у ролі розчинника, тобто. як високоактивна речовина, що має сильні донор-акцепторні властивості. Ця властивість обумовлює здатність молекул води утворювати водневі зв'язки, внаслідок чого вода виявляється схильною до сильних міжмолекулярних взаємодій.

Водневі зв'язки між молекулами води лежать в основі побудови її кластерної структури та визначають її особливі властивості. Кластери води відіграють надзвичайно важливу роль у багатьох сферах життя планети: атмосферних, біологічних та хімічних процесахтому діагностика зв'язаності води в рідкій фазі і в нанопорах стає завданням першорядної важливості при вирішенні багатьох технологічних і біологічних завдань.

Актуальність теми: Журнал Science у 2005 році виділив проблему «Яка структура води?» в одну із 125 завдань, які людство має вирішити найближчим часом. В останні десятиліття особлива увага приділяється ІЧ та КР-спектроскопії водяних кластерів у рідкій фазі та в нанопорах. Виконані численні теоретичні дослідженнякластерів води, що використовують ab initio та напівемпіричні розрахунки, а також експериментальні дослідження спектрів поглинання води при зміні температури.

Значна увага приділяється дослідженням води у лабораторних умовах, а й у практиці - у атмосферних додатках. Хмари та водяні пари поглинають та відображають надлишок сонячної радіації, а також регулюють її надходження на Землю. Таким чином, кластеризація водяної пари в атмосфері дуже впливає на встановлення теплового балансу атмосфери Землі. Оскільки, зважаючи на антропогенний фактор, мезопористі матеріали (структура яких характеризується наявністю порожнин або каналів з діаметром в інтервалі 2-50 нм) у вигляді аерозолів надходять в атмосферу все у великих кількостях, а вони, у свою чергу, стають «центрами кластеризації» атмосферної води , виникає гостра необхідність розуміння процесів їхньої взаємодії.

Основні смуги поглинання кластерів води включають: область валентних коливань мономеру води (V! З~3400 см"1), область згинальних коливань мономеру води (у2~1650 см"1), лібраційне коливання (4^-675 см"1) та зв'язуючу смугу (ус ~ 200 см "1). Перші дві смуги є смугами мономеру води, спотвореними за рахунок міжмолекулярної взаємодії, останні дві смуги належать до коливань безпосередньо кластеру. Складність експериментальних досліджень кластерів води в далекій ІЧ області через малу інтенсивність джерел робить важким реєстрацію ключового елемента ступеня зв'язаності молекул води - сполучних смуг, які виявляють свої коливання в області у<800 см"1.

Дослідження КР- та ІЧ-спектрів води рідкої води, води в нанопорах ОеЬП 7.5 нм та ОеЫ1 20 нм , і в Іа-А цеолітах показали, що внутрішньомолекулярне ВІН валентне коливання (3000-3800 см"1) є інформативною пробою ступеня нанопорах, так як при зміні температури відбувається зміна водневих зв'язків води, що проявляється в трансформації спектра. донора чи акцептора.

Недоліком низькочастотної спектральної області 1500 - 4000 см"1 для реєстрації кластерів води є сильне перекриття коливань різних кластерів в області фундаментальних частот, внаслідок чого структура смуг стає невирішеною, що ускладнює аналіз ступеня зв'язаності молекул води.

Відомі спектроскопічні дослідження води в нанопорах, в основному, проводяться статично та охоплюють фундаментальні спектральні смуги V), у2, у3 води в ІЧ та в далекій ІЧ областях. Для відповіді на запитання "Яка структура води?" потрібні більш різноманітні спектроскопічні дані, зокрема, за іншими спектральними інтервалами, ізотопічними модифікаціями і відображають динаміку процесів взаємодії з речовиною.

Мета дисертаційної роботи: Реєстрація спектру поглинання води, поміщеної в мезопористий мезофазний матеріал, у широкому спектральному діапазоні, що охоплює область складових частот, та спостереження динаміки спектральної картини в процесі безперервної зміни ступеня заповнення мезопор водою та температури проби.

Основні завдання дослідження:

У ході роботи над дисертаційною роботою були поставлені та виконані такі завдання:

Розробка методики, що дозволяє в динамічному режимі реєструвати зміни структури смуги поглинання води в мезопорах;

Дослідження спектра поглинання води в мезопорах залежно від діаметра пор; Дослідження залежності спектру поглинання води у мезопорах різного діаметра від температури;

Генерація БД для нового варіаційного розрахунку рівнів енергії та переходів мономеру 1гГО160. Пророблення програмного забезпечення, що дозволяє розраховувати з БД спектри поглинання та випромінювання з оцінкою параметрів контурів ліній;

Вивчення спектра поглинання рідкої НГО в області складових коливань v + 5 оцінка його температурної динаміки.

Методи дослідження:

Основні результати роботи над дисертацією, що увійшли до положень, що захищаються, були отримані методом ІЧ спектроскопії. Дослідження проводилися на Фур'є-спектрометрі 1Р8-125М фірми ВГІКЕГ, а також на дифракційному спектрофотометрі СА-2. Наукова новизна:

1. У роботі розглядається спектральний діапазон першого комбінаційного коливання v + 5 води, у якому складові смуги поглинання добре дозволені.

2. Пропонований у роботі динамічний підхід до реєстрації спектра поглинання води у мезопорах при зовнішньому впливі дозволяє спостерігати тонкі ефекти зміни ступеня пов'язаності молекулярних агрегатів усередині об'єкта. 7

При цьому оцінка ступеня зв'язаності ведеться за спектрами поглинання порцій води, що зазнала структурної перебудови за час між вимірами. 3. Створено базу даних рівнів енергії та переходів нового варіаційного розрахунку VTT для молекули HD160. Даний розрахунок, за даними IUP АС, є найбільш повним і найточнішим на сьогоднішній день і містить всі теоретично можливі дозволені переходи (для J< 51, v < 25500 см"1).

Положення, що виносяться на захист:

Динамічна реєстрація діапазону поглинання води в області 4500 . 5600 см"1 першого комбінаційного коливання (v + 5) молекули Н20 дозволяє досліджувати зміна ступеня зв'язаності молекул води в нанорозмірних порах, викликані варіацією температури і ступеня заповнення пір.

Метод оптичного зондування пористої структури матеріалу за спектром поглинання води, що міститься всередині. Критерії методу: положення максимуму смуги (v+5) в області 4500 - 5600 см1, зміна її інтегральної площі та перерозподілу інтенсивності між підсмужками при вакуумному відкачуванні матеріалу.

У воді в мезопорах Si02 відсутня фазовий перехід першого роду «кристал-рідина» у класичному розумінні поблизу точки замерзання рідкої води Т=0°С. Перебудова структури води в мезопорах діаметром 2.6нм і 11.8нм при охолодженні та нагріванні відбувається поступово, на відміну від стрибкоподібного характеру кристалізації/плавлення рідкої води. При цьому температурні діапазони, в яких відбувається зміна структури води, для пор малого діаметра зміщені в область негативних, а для більших пор в область позитивних температур.

Достовірність отриманих результатів та висновків обґрунтована повторенням результатів на двох експериментальних установках та згодою з результатами досліджень інших авторів.

Наукова та практична значимість:

У роботі запропоновано методику оптичного зондування структури пористих об'єктів шляхом динамічної реєстрації ступеня пов'язаності молекулярних агрегатів усередині об'єкта. Оцінка ступеня зв'язаності ведеться за спектрами поглинання порцій води, що зазнала структурної перебудови за час між вимірами внаслідок зовнішнього впливу.

Результати, що увійшли до дисертації, отримані автором спільно з науковим керівником Вороніним Б.А. та науковим консультантом Сініцей Л.М. Усі експериментальні дані та його докладний аналіз, представлені у роботі, отримані або самим автором у процесі індивідуальних досліджень, або, за безпосередньої його участі.

За активної участі автора проводилася генерація БД рівнів енергії та переходів для молекули, а також розробка та апробація програмного забезпечення, необхідного для отримання з БД інформації у вигляді спектрів поглинання або випромінювання, включаючи розрахунок напівширин спектральних ліній.

Апробація роботи:

Основні результати дисертаційної роботи повідомлялися та обговорювалися на 3-х міжнародних симпозіумах «Оптика атмосфери та океану. Фізика атмосфери» (Красноярськ, 2008; Томськ, 2009, 2011), міжнародному симпозіумі з молекулярної спектроскопії високого дозволу HighRus-2009 (пос. Листвянка, 2009), на міжнародному симпозіумі з контролю довкілля 00 , на всеросійській конференції молодих вчених МТЕ (Томськ, 2009), на всеросійській конференції молодих вчених «Фотоніка та оптичні технології» (Новосибірськ, 2011), на спільній сесії РАН та РАМН (Томськ, 2010). За матеріалами дисертації опубліковано 5 статей у наукових журналах, що рецензуються, з них 4 - у журналах, рекомендованих експертною радою з фізики ВАК: "Оптика атмосфери та океану", Journal of Molecular Spectroscopy 1 розділ у колективній монографії «Оптична спектроскопія та стандарти частоти», 3 статті у працях конференцій та 6 тез доповідей. Крім того, результати роботи обговорювалися на наукових семінарах лабораторії молекулярної спектроскопії та наукового спрямування спектроскопії атмосфери Інституту оптики атмосфери ім. В.Є.Зуєва СО РАН.

Структура та обсяг дисертації:

Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, списку цитованої літератури та одного додатка. Зміст роботи викладено на 111 сторінках, включаючи 52 малюнки та 9 таблиць. Список цитованої літератури містить 121 найменування. Додатково на 2 сторінках наведено програму.

Схожі дисертаційні роботи за спеціальністю "Оптика", 01.04.05 шифр ВАК

Дослідження еволюції смуг поглинання молекулярних комплексів В... HF при переході з газової фази в рідину 2000 рік, кандидат фізико-математичних наук Уткіна, Світлана Сергіївна
Спектральні та фізико-хімічні властивості амінів у конденсованій фазі 2004 рік, доктор фізико-математичних наук Морєв, Олександр Валентинович
Нелінійно-оптичні явища при лазерному збудженні ВІН-валентних коливань рідкої води 2002 рік, кандидат фізико-математичних наук Клочков, Дмитро Віталійович
Міжмолекулярна взаємодія та спектроскопічні характеристики деяких кисневмісних гетероциклічних сполук у розчинах 1984, кандидат фізико-математичних наук Аббосов, Бурхонідин
Спектроскопія структурно організованих водно-органічних систем 1998 рік, кандидат фізико-математичних наук Баранов, Анатолій Миколайович

Висновок дисертації на тему «Оптика», Луговської, Олексій Олександрович

Висновок

Дослідження, проведені в дисертаційній роботі, показали, що застосування динамічного методу реєстрації спектра поглинання води в області комбінаційного коливання у+5 відкриває нові можливості для дослідження водних асоціатів у мезопористих зразках. У діапазоні 4600-5500 см"1 можна ефективно розділяти інтегральну смугу поглинання води в нанорозмірних порах на підсмуги, відповідні поглинання різних водних кластерів. Динамічна реєстрація спектрів поглинання зазнали зовнішнього впливу за час вимірювання мікропорцій води в порах концентрації останніх та діаметру пори, спостерігати поведінку молекул води, що групуються у малих обсягах у процесі встановлення термодинамічної рівноваги.

Показано, що центр смуги поглинання води в мезопорах в області 4600-5500 см"1 зі збільшенням діаметра пор від 2.6 нм до 11.8нм зміщується на 530 см"1 в низькочастотну область, що вказує на збільшення сили водневих зв'язків у воді в обмеженому обсязі при збільшенні діаметра пір.

Спектр, зареєстрований під час вакуумного відкачування води з мезопор, надзвичайно мінливий у часі, а динаміка складових смуги у+8, що відповідають поглинанню води різного ступеня зв'язаності, у великих порах (0=11.8 нм) принципово відрізняється від динаміки в малих порах (Б= 2.6.пш). У той час як з малих пір усі водні асоціати видаляються однорідно, у разі великих пір, молекули води, пов'язані сильними водневими зв'язками, видаляються із зразка на початку вакуумного відкачування, а слабозв'язані асоціати видаляються пізніше, що порушує монотонність темпу процесу вакуумізації мезопор.

Форма смуги поглинання води в діапазоні 4600-5500 см"1 і її поведінка протягом часу зовнішнього впливу виявляється ефективним критерієм присутності мезопор в біологічних системах, і дозволяє застосувати метод оптичного зондування пористої структури по спектру поглинання, що міститься всередині води. Критерії методу: положення максимуму (у+8), зміна її інтегральної площі та перерозподілу інтенсивності між підполосами при вакуумному відкачуванні матеріалу.

Динамічна реєстрація дозволить надалі крім молекули води використовувати інші молекули - маркери, тим самим змінюючи взаємодію молекул з поверхнею пористих матеріалів.

Показано, що у воді в мезопорах 8Ю2 відсутня фазовий перехід першого роду «кристал-рідина» у класичному розумінні поблизу точки замерзання води Т=0°С. Перебудова структури води в мезопорах діаметром 2.6нм і 11.8нм при охолодженні та нагріванні відбувається в широкому інтервалі температур, на відміну від стрибкоподібного характеру кристалізації/плавлення рідкої води. При цьому температурні діапазони, в яких відбувається зміна структури води, для пор малого діаметра зміщені в область негативних, а для більших пор в область позитивних температур.

В області 4500-5600 см"1 з спектру поглинання суміші Н20 і Е20 у пропорції «1 до 1» виділена складова, що відповідає поглинанню рідкої ІБО. Досліджено поведінку цієї складової при варіації температури в області фазового переходу Н20 поблизу Т=0°С. Показано , що зміщення смуги поглинання рідкої НЕО при охолодженні чи нагріванні значно менше, ніж рідких Н20 и020.

Список літератури дисертаційного дослідження кандидат фізико-математичних наук Луговської, Олексій Олександрович, 2011 рік

1. Биков А.Д., Синиця JI.H., Старіков В.І. Експериментальні та теоретичні методи в спектроскопії молекули водяної пари / За загальною ред. С.Д.Творогова. Новосибірськ: Вид-во З РАН, 1999. - 376с.

2. Карякін А.В., Кривенцова Г.А. Стан води в органічних та неорганічних з'єднаннях (за ІЧ спектрами поглинання) // М.: Наука. 1972. -176С.

3. Henri-Rousseau О. and Blaise P. Theoretical Treatments of Hydrogen Bonding // ed. D Hadzi. NewYork. Willey, 1997.

4. Buch V., Devlin J.P. Water in confining geometries // Springer Series in cluster physics. Berlin: Springer, 2003.

5. Kennedy D., Norman C. What Don't We Know? / / Science. -2005.-V.309. N.5731. - P.75.

6. Sadlej J. Ab initio study of bending modes in water cage clusters, (H20)n, n=6-10 // Int. J. Quantum Chem. 2002. – V.90. – P.l 191 – 1205.

7. Sharma M., Donaldio D., Schwegler E. Probing Properties of Water under Confinement: Infrared Spectra // Nano Lett. 2008. – V.8. – P.2959-2962.

8. Walfaren G. E., Raman spektral studies of effects of temperature on water structure // J. Chem. Phys. 1967. – V.47. - P.l 14 (1-13).

9. Crupi J., Majolino D., Venutti V. Diffusional and vibrational dynamics of water in NaA zeolites by neutron and Fourier transform infrared spectroscopy // J. Phys.: Condens. Matter –2004. V.16. - S.5297.

10. Crupi V., Longo F., Majolino D., Yenuti V. Raman spectroscopy: Probing dynamics of water molecules confined in nanoporous silica glasses // Eur. Phys. J. Special Topics. 2007.-V.141.-P.61-64.

11. Boissiere C., Brubach J. В., Mermet A, de Marzi G., Bourgaux C., Prouzet E., Roy P. Water Confined in Lamellar Structures of AOT Surfactants: An Infrared Investigation // J. Phys. Chem. B. 2002. – V.106. – P.1032 – 1035.

12. Brubach J.-В., Mermet A., Filabozzi A., Gerschel A, Roy P. Signatures of hydrogen bonding in infrared bands of water // J. Chem. Phys. 2005. – V.122. -P.184509-1-7.

13. Рахманова O.P. Взаємодія кластерів води з парниковими газами // Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук. 01.04.14 Теплофізика та теоретична теплотехніка. Єкатеринбург 2009

14. Маленков Г.Г. Структура та динаміка рідкої води // Журн.структур.хімії -2006. Т.47. – С.5-35.

15. Хімічна енциклопедія. Радянська Енциклопедія/за ред. І.Л. Кнунянц. -М: Наука, 1988.-625с.

16. Москва В. В. Водневий зв'язок в органічній хімії // Соросівський освітній журнал. 1999. - №2. – С.58-64.

17. Ludwig R. Water: З Clusters to the Bulk // Angew. Chem. Int. Ed. 2001. – V.40. -№10.-P. 1808–1827.

18. Frank H.S., Wen W.Y. Ion-solvent interaction. Structural aspects of ion-solvent interaction в цих solutions: a suggested picture of water structure // Discuss Faraday Soc. 1957. V.24. – P.133-140.

19. Самойлов О.Я. Клатратна модель води// Докл. АН СРСР. 1946. – Т.20. -С.1411-1414.

20. Pauling L. The Hydrogen Bonding/Ed. D.Hadji. L.: 1959.-P.1-6.

21. Домрачов Г.А, Родигін Ю.Л., Селівановський Д.А. Механо хімічно активоване розкладання води у рідкій фазі // ДАН. 1993. - Т.329 (2). -С.186-188.

22. Домрачов Г.А, Родигін Ю.Л., Селівановський Д.А., Стунжас П.А. Про один з механізмів генерації пероксиду водню в океані // М.: Наука, 1995. 177С.

23. Bernai J.D. // Scientific American. 1960. – V.203. - №8. – P. 124-131. Російський переклад: Бернал Дж. Д. Над чим думають фізики. - Вип. 5. - М: Наука, 1967. -С. 117-127.

24. Bernal J.D. Структура liquids.// Proc. Roy. Inst. Gr. Brit. 1959. – V.37. -№4. -P.355-383.

25. Bernal J.D. Geometrical approach to structure of liquids// Nature. 1959. – V.l 83. –P.141-147.

26. Бернал Дж. Зростання кристалів. Т. 4. / Ред. Н.М. Шефталь. М: Наука, 1965. - С. 149-162.

27. МаленковГ. The Beauty of Disorder.//Science Spectra. 1997. – V.l0. – P. 44-51.

28. Маленков Г.Г. хімічні фізики розв'язання / Eds. R. Dogonadze та ін. Part A. -Amsterdam: Elsevier,1985. P. 355-389.

29. Наберухін Ю.І. Структурні моделі рідин. Новосибірськ: Вид-во Новосиб. ун-ту, 1983.-83с.

30. Зенін С.В. Гідрофобна модель структури асоціатів молекул води. // Журнал фіз. хімії.-1994.-Т.68 С.634-641.

31. Зенін С.В. Виникнення орієнтаційних полів у водних розчинах. // Журнал фіз. хімії.-1994.-Т.68 С.500-503.

32. Efimov Yu.Ya., Naberukhin Yu.I. fluctuation hypothesis of hydrogen bonding. I. General discussion// Mol.Phys. 1975. – V.30. - P.1621-1625.

33. Efimov Yu.Ya., Naberukhin Yu.I. fluctuation hypothesis of hydrogen bonding. IV. Секція vibrational spectra of 1:2 complexes of XH2 molecules including Fermi-resonance // Mol.Phys. 1977 – V.33. – P.759-778.

34. Єфімов Ю.Я., НаберухінЮ.І. Розподіл валентних частот та термодинаміка водневих зв'язків у воді, обчислені на основі флуктуаційної моделі з ІЧ спектрів // Журн.структур.хімії. 2000. – Т.41. - №3. – С.532-539.

35. Efimov Yu.Ya., Naberukhin Yu. I. Fluctuation theory of hydrogen bonding applied to vibration spectra of HOD molecules in liquid water. I. Raman spectra // Mol.Phys. -2003. -V.l 01. №3. – P.459-468.

36. Efimov Yu.Ya., Naberukhin Yu.I. Thermodynamic функцій liquid water calculated від температурного еволюції of vibration spectrum contour // Spectrochimica Acta. Part A: Mol.&Biomolecular Spectroscopy. – 2005. – V.61. -№8.-P.1789-1794.

37. Efimov Yu.Ya., Naberukhin Yu.I. Fluctuation theory of hydrogen bonding in liquids. Структура, spectral bandshapes and temperature dependence // Faraday Discuss. Chem. Soc. 1988. – V.85. - P.l 17-123.

38. Єфімов Ю.Я. Про вплив геометрії водневого містка на коливальні спектри води: найпростіші моделі потенціалу Н-зв'язку // Журн. структурної хімії 2008. – Т.49. - №2. – С.265-273.

39. Буріков С. А., Доленко Т. А., Карпов Д. М. Внесок резонансу ферми у формування валентної смуги спектра комбінаційного розсіювання води // Оптика та спектроскопія. 2010. – Т.109. -№ 2. – С.306-312.

40. Юхневич Г.В. Інфрачервона спектроскопія води// Г.В. Юхневич М: Наука, 1973.-207с.

41. Єльяшевич М.А. Атомна та молекулярна спектроскопія Едиторіал УРСС, 2001.896с.

42. Rothman LS, Jacquemart D., Barbe A., et al. The HITRAN 2004 molecular spectroscopic database // JQSRT. 2005. – V.96. – P.l 39-204.

43. Rothman L.S., Gordon I.E., Barbe A., Chris Benner D., Bernath PF, Birk M., Boudon V., Brown L.R., et al. The HITRAN 2008 molecular spectroscopic database // JQSRT. 2009. – V.l 10. – P.533-572.

44. Електронний ресурс. // URL: http://spectra.iao.ru/ (дата звернення 28.03.2011).

45. Мосін О.В. Електронний ресурс. // URL: http://www.o8ode.ru/article/oleg/ deiteriiitagelaavoda.htm (дата звернення 4.12.2010)

46. Benedict W.S., Claassen Н.Н., Shaw I.H. Absorption Spectrum of Water Vapor Between 4.5 і 13 мікронів. // J.Res.Nat.Bur.Stand. 1952, - V.49.-P.91.

47. Irvine W.M., Pollack I.В. Infrared Optical Properties of Water and Ice Spheres// Icarus. 1968, - V.8.-P.324.

48. Herries J.E., Burronghs W.J., Gebbie H.A. Millimetre wavelength spectroscopic observations of water dimer в vapour phase. // JQSRT. 1969. – V.9. – P.799.

49. Bertie I.E., Whalley E. Optical Spectra of Orientationally Disordered Crystals. ІІ. Infrared Spectrum of Ice Ih and Ice Ic з 360 to 50 cm-1 // J.Chem.Phys. 1967. -V.46. – P.1271.

50. Bertie I.E., Whalley E. Infrared Spectra of Ices Ih and Ic в 4000-350 см" 1 //J.Chem.Phys. 1964,-V.40.-P.1637.

51. Bertie I.E., Labbe H.I., Whalley E. Absorptivity of Ice I in the Range 4000-30 cm-1 // J.Chem.Phys. 1969. – V.50. – P.4501.

52. Taylor MJ, Whalley E. Raman Spectra of Ices Ih, Ic, II, III, and V // J. Chem. Phys. -1964-V40.-P.1660.

53. Верцнер B.H., Жданов Г.С. Про механізм і кінетику заліковування глибоких тріщин на поверхні йоіних монокристалів // Кристалографія. 1965. -Т.Ю. - С615.

54. Мальцев Ю.А., Некрасов JI.H. // Журн. Структурна хімія. 1967. -Т.8. -С.1048.

55. KambB. Structure of Ice VI//Science. 1965. – V150. – P.205.

56. Маленков Г.Г. Потрібна вода і тріски: піддається структурі і фізичної властивості //J.Phys.Condens.Matter.-2009.-V.21.-P.283101(1-35).

57. Маленков Г.Г. Структура води// Фізична хімія. Сучасні проблеми / Под ред. Я.М.Колотиркіна. М.: Хімія, 1984. – С.41-76.

58. Зацепіна Г.М. Фізичні властивості та структура води // Г.М. Зацепіна М.: Наука, 1987, - 170С.

59. Привалов П.Л. Вода та її роль у біологічних системах // Біофізика.-1968-Т.13.-№1.-С.163-177.

60. Мітчелл Дж., Сміт Д. Акваметрія/Пер. з англ. //М: Наука, 1980.-600С.

61. Рахманін Ю.А. Вода – космічне явище. Кооперативні властивості, біологічна активність// Ю.А Рахманін, В.К. Кондратов М: Наука, 2002. -427С.

62. Ейзенберг Д. Структура та властивості води: Пер. з англ. // Д. Ейзенберг, У. Кауцман-Jl.: Просвітництво, 1975.-280С.

63. Wernet Ph., Nordlund D., Bergmann. U. Structure of the First Coordination Shell in Liquid Water // Science. 2004. -V.304. -№5673. – P. 995-999.

64. Torii H. Time-Domain Calculations of Polarized Raman Spectra, Transient Infrared Absorption Anisotropy, і Extent of Derealization of OH Stretching Mode of Liquid Water // J. Phys. Chem. A. 2006. – V.l 10. – №30. – P. 9469-9477.

65. Raut U., J. Loeffler M., Vidal R. A., Baragiola R. A. OH streched infrared band of water ice and its temperature and radiation dependence // Lunar and Planetary Science.- 2004. -V.35. P.1922-1923.

66. Карнаухов А.П. Адсорбція. Текстура дисперсних та пористих матеріалів. -Новосибірськ: Наука. 1999. 470с.

67. Vallet-Reg M. Ордеровані mesoporous materials в контексті маркетингових систем і bone tissue engineering// Chem. Eur. J.-2006. V.12. – P.5934-5943.

68. F.Schuth. Ордеровані мезопорусі матеріали статей з мистецтва і інтересів. Zeolites і mesoporous materials на dawn of 21st century // Studues in Surface Science and Catalysis. – 2001. – № 135. – P.7-12.

69. McCusker L. В., Liebau F. and Engelhardt G. Nomenclature структурних і складових характеристик ордерованих мікропорів і mesoporous матеріалів з inorganic hosts (IUPAC Recommendations 2001) // Pure Appl. Chem. 2001 – V.73.- №2. P.381–394.

70. Мельгунова E.A. Синтез мезопористих матеріалів з використанням ПАР PLURONIC Р123 та дослідження їх текстури // Автореф. дис. на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук. Новосибірськ, 2010. 18с.

71. Маленков Г.Г. Структура та динаміка рідкої води // Журн. структурної хімії. - 2006. Т.47. – С.5-35.

72. Mervis J. Breakthrough of the Year // Science.-2004,-V.306.-№5704,-P.2015.

73. Walrafen G.E., Chu Y.C. Linearity між структурними коректуванням ланцюжком і коректованим-протоном Раман стійкість від яйця і суперcooled water up to dense supercritical steam. // J. Phys. Chem. 1995. – V.99. - P.l 1225-11229.

74. Corcelli S. A., Skinner J. L. Infrared and Raman Line Shapes of Dilute HOD в Liquid H20 and D20 від 10 до 90 ° C // J. Phys. Chem. A. 2005. – V.109. - №28. – P. 6154-6165.

75. Dubov D. Yu., Vostrikov A.A. Far-infrared radiation absorption cross section of clusterized water vapor // Tech. Phys. Let. 2010. – V.36. - №2. – P.l 73-176.

76. Дубов Д.Ю., Востриков AA. Перетин поглинання далекого інфрачервоного випромінювання кластеризованою водяною парою // Листи у ЖТФ. 2010. – Т.36. -№4. – С.54-60.

77. Мельгунов М.С, Кашкін В.М, Фенелонов В.Б, Мельгунова Є.А. Спосіб отримання твердофазних наноструктурованих матеріалів / Патент РФ № 2179526 (пріоритет від 29.11.1999).

78. Наукові основи підбору та виробництва каталізаторів // Наукове видання АН СРСР / ред. Н. П. Кейєр. Новосибірськ, 1964.-491с.

79. Мельгунова Є.А., Балабін Ю.М., Шмаков АН., Мельгунов М.С. Адсорбційні та текстурні характеристики пористих композитів, одержуваних осадженням вуглецю на поверхні мінеральної мезофази типу SB А-15//Журн. фізичної хімії, -2003. - Т.М. - С. 510-514.

80. Mel"gunov M.S., Mel"gunova Е.А., Shmakov A.N., Zaikovskii V.I. Textural and Struc-tural Properties of Al-SBA-15 Directly Synthesized at 2,9< pH < 3,3 Region // Nanotechnology in Mesostructured Materials.- 2003. V. 146. - P. 543-546.

81. Савельєв І.В. Курс загальної фізики. Том 2. Електрика та магнетизм. Хвилі. Оптика. М: Наука, Гол. ред. фіз-мат. літ., 1982. -496с.

82. Поплавський Ю.А Посібник з експлуатації спектрофотометричного аналізатора СА-2 Електронний ресурс. //Інститут оптики атмосфери імені ак. Зуєва СО РАН, 2008. URL: http://asd.iao.ru/pya/OTZETY/CA2UF.pdf (дата звернення: 06.11.2010).

83. Белл Р. Дж. Введення у фур'є-спектроскопію: пров. с. англ.// Р. Дж. Бел М.: Світ, 1975.-382 с.

84. Луговський А.А., Поплавський Ю.А., Сердюков В.І., Синиця Л.М. Експериментальна установка для спектрофотометричного дослідження кластерів води в нанопорах// Оптика атмосфери та океану. 2011. -Т.24. -№5. -С.418-424.

85. Щербаков А.П. Застосування методів теорії розпізнавання образів для ідентифікації ліній в коливально-обертальних спектрах // Оптика атмосфери та океану. -1997, - Т.10. - С. 947 958.

86. Лук'янова E.H., Козлов С.М., Демидович В.М., Демидович Г.Б. Особливості електро переносу в нанопористому кремнії та оксиді кремнію з адсорбованою водою // Листи у ЖТФ. 2001. – Т.27. -№11, - С.1 -6.

87. Bogdan A., Kulmala M., Avramenko N. Зменшення природи Fusion and Anomalies during Phase Transitions in Finely Divided Water // Phys. Rev. Lett. -1998.-V.81.-№5.-P.1042-1045.

88. Bilgram J.H. Dynamics at the solid-liquid transition: Experiments at freezing point //Phys. Reports. 1987, - V.153. - №1. – P.1-89.

89. Лоді Л., Толченов РН, Тенісон J., Lynas-Gray AE, Shirin SV, Зобов NF, Полянський OL, Csaszar AG, J. van Stralen, Visscher L., A high accuracy dipole surface for water // J. Chem. Phys. 2008. – Y.128. – P.044304.

90. Barber RJ, Tennyson J., Harris GJ, Tolchenov R.N. A high accuracy computed water line list. // Mon.Not.R.Astr.Soc. 2006. – V.368. – P.1087-1094.

91. Полянський O.L., Csaszar A.G., Shirin S.V., Zobov N.F., Barletta P. Tennyson J., Schwenke D.W., Knowles P.J. High accuracy ab initio rotation-vibration transitions of water // Science. 2003. – V.299. – P.539-542.

92. Tennyson J., Kostin M.A., Barletta P., Harris G.J., Polyansky O.L., Ramanlal J., Zobov N.F. DYR3D: program suite for calculation of rotation-vibration spectra of triatomic molecules // Computer Phys. Comm. 2004. – V. 163. – P.85-116.

93. Yurchenko SN, Voronin BA, Tolchenov RN, Doss N., Naumenko OV, Thiel W., Tennyson J. Potential energy surface of HDO up to 25000 cm"1 // J. Chem. Phys. -2008. V. 128 .- P.044312.

94. Lodi L., Tennyson J., Лінійний лист з відхиленим і затвердженим rotational transition intensities for water // J. Quant. Spectrosc. Радіат. Transf. 2008. – V.109. – P.1219-1233.

95. Чешнокова Т. Ю., Воронін В.А., Быков А.Д., Журавлева Т.В., Козодов А.В., Луговський А.А., Tennyson J. Проблема природного випромінювання атмосфера absorption with different H20 spectral line data banks // J. -2009. V.256. – P.41-44.

96. Janca A, Tereszchuk K., Bernath PF, Zobov NF, Shirin SV, Polyansky OL, Tennyson J. Emission Spectrum of Hot HDO in the 380-2190 cm"1 region// J. Mol. Spectrosc. 2003. - V .219.- P. 132.

97. Старіков В.І., Лаврентьєва Н.М. Зіткне розширення спектральних ліній поглинання молекул атмосферних газів / За ред. Фірсова К.М. Вид. Іоасоран. Томськ. 2006. 307 з

98. Лаврентьєва Н.М. Напівемпіричний підхід до розрахунку розширення та зсуву ліній Н20 та С02 тиском буферних газів/ За ред. Виноградова 2004. С. 375-397.

99. Voronin В.А., Lavrentieva N. N., Mishina T. P., Chesnokova T.Yu., Barber M. J., Tennyson J. Estimation of J"J" dependence of water vapor line broadening parameters // JQSRT. 2010. – V.l 11. – P.2308-2314.

100. Пташник І.В., Шайн К.П. Вплив оновлення спектроскопічної інформації на розрахунок потоків сонячної радіації в атмосфері // Оптика атмосфери та океану. 2003. – V. 16. – №3. – С.276-281.

101. Luck W.А.P. Chem. 1970. – V.74. -P.3687.

102. Sinitsa L.N., Lugowsky A.A. Dynamic registration of absorption spectrum of water in Si02 nanopores in high frequency range // J. Chem. Phys. 2010. -V.133. - P.204506(l-5).

103. Воронін В.А., Тенісон J., ТолченовР.Н., Юрченко С.Н., Луговський А.А. Як висока точність computed line list для HDO molecule // Mon.Not.R.Astr.Soc. 2010. -V.402. - P. 492-496.

104. Гаїдаш АА., Сініта Л.Н., Бабенко О.А., Луговський А.А. Nanoporous structure of bone matrix в osteoporosis з data atomic force microscopy і IR spectroscopy // J. Osteoporosis. 2011. – V.2011. - P. 162041-1-7

105. Синиця Л.М., Луговський А.А. Спектри поглинання води у нано по pax у ближньому ІЧ-діапазоні. // XVII всеросійський симпозіум «Контроль довкілля та клімату: "КОСК-2010"»: матеріали симпозіуму.-2010. З. 40.

106. Луговський А.А., Воронін Б.А., Старіков В.І. Розрахунок коефіцієнтів розширення повітрям для молекули HD160. // XVII всеросійський симпозіум «Контроль довкілля та клімату: "КОСК-2010"»: матеріали симпозіуму. -2010. -С. 89.

107. Гайдаш АА., Синиця Л.М., Баширов Р.С., Луговський АА., Бабенко О.А. Нанопориста структура кісткового матриксу при остеопорозі за даними АСМ ідинамічної ІЧ-спектроскопії // Матеріали програми спільної сесії РАН та РАМН.-2010.

108. Воронін Б.А., Луговський А.А. База даних для ізотопічної модифікації водяної пари HD160// Матеріали IV Всеросійська конференція молодих учених Матеріалознавство, технології та екологія у 3-му тисячолітті. 2009 -С. 294-297.

109. Синиця Л.М., Семенова О.І., Луговський АА. Спектри поглинання води у нанопорах SÍ02 // Матеріали XVI міжнародного симпозіуму «Оптика атмосфери та океану. Фізика атмосфери. 2009. – С. 41-42.

110. Синиця Л.М., Луговський А.А. Методика оптичного зондування структури нанопористих матеріалів за спектрами поглинання води в ІЧ-діапазоні // матеріали конференції «Фотоніка та оптичні технології», Новосибірськ. -2011.-С.35.

111. Воронін Б.А., Лаврентьєва H.H., Луговської A.A., Биков А.Д., Старіков В.І., Теннісон Дж. Коефіцієнти самопоширення та розширення повітрям HD160 // Матеріали XVII міжнародного симпозіуму «Оптика атмосфери та океану. Фізика атмосфери. 2011. – С.А47-1-5.

Зверніть увагу, представлені вище наукові тексти розміщені для ознайомлення та отримані за допомогою розпізнавання оригінальних текстів дисертацій (OCR). У зв'язку з чим у них можуть бути помилки, пов'язані з недосконалістю алгоритмів розпізнавання. У PDF файлах дисертацій та авторефератів, які ми доставляємо, подібних помилок немає.

Відомо, що молекули утворюють різні комплекси. Пари води мають густину 10 -3 г/см 3 і нижче. Відстань між молекулами ≈ 30 Ǻ. Молекули в цих умовах здійснюють коливальні і обертальні рухи, тому спектр води в цьому агрегатному стані складається з дуже великого числа ліній.

Тверда фаза води – лід, виявляється, теж має далеко не єдину форму існування. Найбільш поширеним у природі і тому краще вивченим є гексагональний лід, що утворюється при атмосферному тиску і плавному зниженні температури нижче 0°С. При охолодженні до -130 ° С утворюється кубічний ледс іншим розташуванням молекул в кристалічній решітці, але, тим не менш, абсолютно тотожним діапазоном поглинання. Подальшому зниженні температури (нижче - 150 ° С) утворюється аморфний або склоподібний лід.

Обертонні коливання. У інтервалі частот від 14 000 до 3750 см-1 були виміряні спектри всіх трьох ізотопних аналогів води при температурі від -9 до 400 ° С. У міру підвищення температури все смуги відчувають плавне зміщення убік великих частот, а їх інтенсивності починаючи з +60 ° С монотонно збільшуються.

Спектри пропускання рідкої води, що знаходиться між вікнами з різних матеріалів, помітно відрізняються один від одного. Однак, після введення поправок на відбиття, навіть при найретельніших вимірах ніяких змін у спектрі 1-2-мікронного шару рідкої води, що вносяться поверхнею твердої підкладки, виявити невдалось.

Після розкладання зазначених частот контурів на складові були отримані наступні параметри:

Деформаційні та міжмолекулярні коливання води. Крім смуг валентних коливань у спектрі рідкої води присутні смуги деформаційних, лібраційних і трансляційних коливань, а також смуга складового коливання.

У процесі розчинення іони імолекули, що знаходяться вводі, оточуються гідратною оболонкою. При цьому зв'язок молекул води гідратного шару з центральним іоном відрізнятиметься від зв'язків між молекулами в рідкій воді. У результаті цього коливальні частоти молекул води гідратного шару відрізнятимуться від частот коливань молекул чистої води.

Внаслідок теплових коливань атомів водню розмиття рефлексів стирає практично всі переваги нейтрографічних досліджень перед рентгенографічними. Метод інфрачервоної спектроскопії дозволяє встановити ряд властивостей, визначити характеристики структури її водневого зв'язку, визначити частоти коливань певних угруповань, обчислити інтенсивність їх смуг, кінетичні властивості та ряд інших особливостей.

Бібліографічне посилання

Т.І. Шишелова, М.О. Муравйов СПЕКТРИ ВОДИ У РІЗНИХ АГРЕГАТНИХ СТАНАХ // Успіхи сучасного природознавства. - 2010. - № 10. - С. 53-54;
URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=9084 (дата звернення: 17.12.2019). Пропонуємо до вашої уваги журнали, що видаються у видавництві «Академія Природознавства»

Успіхи сучасного природознавства. Коливальний спектр води Рекомендований список дисертацій

Висновки

Перм 2011

Рекомендований список дисертацій

Фур'є-спектроскопія етилену в макро- та нанооб'ємах у ближній ІЧ-області 2011, кандидат фізико-математичних наук Солодов, Олександр Олександрович

КАРС-спектроскопія навколокритичного двоокису вуглецю у вільному обсязі та в нанопорах 2008 рік, кандидат фізико-математичних наук Аракчеєв, Володимир Генріхович

Особливості терагерцевих спектрів поглинання води та водних розчинів електролітів. 2014, кандидат фізико-математичних наук Пеньков, Микита Вікторович

Введення дисертації (частина автореферату) на тему «Спектри поглинання рідкої води, її ізотопічних модифікацій та води у мезопорах SiO2 у ближній ІЧ-області»

Схожі дисертаційні роботи за спеціальністю "Оптика", 01.04.05 шифр ВАК

Спектральні та фізико-хімічні властивості амінів у конденсованій фазі 2004 рік, доктор фізико-математичних наук Морєв, Олександр Валентинович

Нелінійно-оптичні явища при лазерному збудженні ВІН-валентних коливань рідкої води 2002 рік, кандидат фізико-математичних наук Клочков, Дмитро Віталійович

Спектроскопія структурно організованих водно-органічних систем 1998 рік, кандидат фізико-математичних наук Баранов, Анатолій Миколайович

Висновок дисертації на тему «Оптика», Луговської, Олексій Олександрович

Список літератури дисертаційного дослідження кандидат фізико-математичних наук Луговської, Олексій Олександрович, 2011 рік

Бібліографічне посилання