Способ калориметрического определения изменения энергии водородных связей после воздействия на водные системы магнитного поля

Изобретение относится к области физической химии. Изобретение позволяет количественно определить изменение энергии водородных связей при активирующем действии магнитного поля по значению температурного скачка при растворении соли-зонда, к примеру хлористого калия, в воде, прошедшей активацию, по отношению к температурному скачку при растворении соли в неактивированной воде. Технический результат - повышение однозначности трактовки результатов, ускорение эксперимента и упрощение оборудования. 2 ил., 3 табл.

 

Изобретение относится к области физической химии, посвященной исследованию воздействия магнитного поля на воду и водные растворы.

Известно, что под действием магнитных полей происходят изменения свойств воды и водных растворов, эти эффекты объясняют изменение энергии взаимодействия молекул воды в жидком состоянии, т.е. изменение энергии водородной связи.

Известны косвенные спектроскопические способы определения этих изменений, когда исследуется не сама водородная связь как таковая, а ее влияние на свойства других связей. Информация о водородной связи в таких методах извлекается из характеристик полос валентных и деформационных колебаний O-Н, которые испытывают заметные изменения при димеризации. По относительной интенсивности полос мономерной и ассоциативной молекул, зависящей от температуры, меняя соотношение между числом мономеров и ассоциатов, оценивают из спектроскопических данных энергию водородных связей [Бахшиев Н.Г. Введение в молекулярную спектроскопию / Н.Г.Бахшиев. - Ленинград: Изд-во ЛГУ, 1987. - С.129].

Однако известные методы обладают следующими недостатками, заключающимися в сложности оборудования, длительности эксперимента.

Из известных технических решений наиболее близкими по назначению являются прямые спектроскопические методы, при помощи которых анализируют спектры, образующиеся в результате взаимодействия падающего излучения и взаимных колебаний молекул, связанных водородной связью. Один из методов основан на применении специальных длинноволновых ИК-спектрометров и спектрометров для комбинационного рассеяния с лазерным возбуждением (интервал частот 100-200 см^-1) [Драго Р. Физические методы в химии / Р.Драго. - М.: МИР, 1981. - С.213].

Предлагаемое изобретение позволяет устранить недостатки прототипа, заключающиеся в сложности оборудования, длительности эксперимента, неоднозначности трактовки результатов.

Данное изобретение позволяет определить изменение энергии водородных связей по значениям температурного скачка при растворении соли-зонда в воде, подвергшейся магнитной обработке в течение определенного времени, и в необработанной воде с использованием зависимости изменения энергии водородных связей от времени магнитной обработки, для построения которой используют величину энергии, затраченной на изменение энергии водородных связей, рассчитанной на основе данных по теплоте растворения соли в воде.

На весах взвешивают х г соли. Затем мерным цилиндром отмеряют 50·х мл дистиллированной воды, выливают в стакан, который устанавливают в калориметре. После этого калориметр закрывают крышкой и через отверстие, имеющееся в ней, в стакан опускают термометр Бекмана, пробирку с солью и мешалку, принципиальная известная схема на Фиг.1 (1 - калориметр; 2 - внутренний стакан; 3 - термометр Бекмана; 4 - мешалка; 5 - пробирка с веществом; 6 - штатив). После этого включают мешалку и через каждую минуту (не менее пяти минут) записывают показания термометра Бекмана. По истечении пяти минут равномерного изменения температуры пробирку с солью вынимают из калориметра и через отверстие в крышке соль высыпается в воду при непрерывном перемешивании. Регистрация температуры продолжается до тех пор, пока не обнаруживается вновь установившийся продолжительный равномерный ход температуры.

Тепловой эффект растворения можно представить так:

где Q - тепловой эффект растворения соли, Дж;

K - постоянная калориметра, Дж/K;

t₂ - конечная температура, K;

t₁ - начальная температура, K;

[Малахова А.Н. Практикум по физической и коллоидной химии / А.Н.Малахова. - Минск: Вышейшая школа, 1974. - С.10]. Для определения теплоты растворения соли в активированной воде проводится опыт по той же методике, что и для неактивированной воды, с той лишь разницей, что вода проходит активацию, например, в магнитном поле.

На основе полученных данных о температурном скачке Δt=t₂-t₁ [K] подсчитывается теплота растворения Q [Дж] соли в водной системе при активации, принимая, что теплота растворения соли Q₀ [Дж] в деактивированной водной системе соответствует справочной величине (теплота растворения KCl при 20°C в дистиллированной воде - 18,4 кДж/моль).

Обработку результатов эксперимента осуществляют следующим образом. Принимают, что активация воды не приводит к изменению постоянной калориметра (не изменяются ни массы, ни теплоемкости составляющих калориметрической системы), расчет теплоты растворения соли в активированной воде сводится в соответствии с формулой (1) к простой пропорции. Расчет энергии, пошедшей на изменение некоторого числа водородных связей, осуществляется по формуле:

где Q_{вод.связь} - энергия, затраченная на изменение энергии водородных связей, Дж;

Q₀ - тепловой эффект растворения соли в неомагниченной воде, справочная величина Дж/моль;

Δt - температурный скачок при растворении соли в омагниченной воде, K;

Δt₀ - температурный скачок при растворении соли в неомагниченной воде, K;

m - масса соли, г;

М - молекулярная масса соли, г/моль.

В качестве возможной активации выступает магнитное поле, в качестве соли-зонда идеально подходит KCl, он проявляет себя наиболее индифферентно и не влияет на активацию дистиллированной воды.

Пример расчета.

Проводят эксперимент по изучению зависимости изменения энергии водородных связей в дистиллированной воде от времени магнитной обработки. Энергия, затраченная на изменение некоторого числа водородных связей, рассчитывается по формуле (2) на основе данных по теплоте растворения 2 г хлористого калия в 100 мл воды, подвергшейся воздействию постоянного магнитного поля B=0,08 Тл при 20°С.

Для эксперимента используют дистиллированную воду и KCl марки х.ч. За теплоту растворения хлористого калия в неомагниченной воде Q₀ принимается экспериментальная справочная величина ΔН^20°C=18,4 кДж/моль. Обработанные данные представлены в таблицах 1, 2 и 3. По данным таблицы 3 представлена графическая зависимость Фиг.2 (1 - экспериментальные точки, 2 - ΔН=7,8+10,7·10^-0,0962·τ+0,44·τ,r=0,991). Омагничивание больше шести часов не приводит к значительному уменьшению теплоты растворения по сравнению с шестью часами магнитной обработки.

Изобретение позволяет определить энергию, затраченную на изменение энергии водородных связей в результате воздействия магнитного поля.

Таблица 1 Калориметрическое определение изменения энергии водородных связей после воздействия на водные системы магнитного поля
Время омагничивания, τ, час	Масса соли, m, г	Температурный скачок Δt, K	Энергия, затраченная на изменение энергии водородных связей, Qвод.связь, Дж	Средняя энергия, затраченная на изменение энергии водородных связей, , Дж	Стандартное отклонение, Дж	Доверительный интервал, Дж
0	2,00	1,10	-	-	-	-
1	2,00	1,10	0	4	12	11
	1,98	1,06	18
	1,99	1,08	9
2,01	1,12	-9
2	2,00	1,05	22	20	6	6
	2,00	1,06	18
	1,98	1,04	27
2,01	1,07	14
3	2,00	1,03	31	31	3	3
	1,98	1,02	36
	2,00	1,03	31
2,01	1,04	27
4	1,99	1,01	40	37	4	4
	1,99	1,01	40
	2,00	1,02	36
2,01	1,03	32
5	2,00	1,00	45	45	3	3
	1,98	0,99	49
	1,99	1,00	45
2,00	1,01	40
6	1,98	0,99	49	48	2	2
	2,01	1,00	45
	2,00	0,99	49
1,98	0,99	49

Способ калориметрического определения изменения энергии водородных связей после воздействия на водные системы магнитного поля, отличающийся тем, что определение изменения энергии водородных связей проводят по значениям температурного скачка при растворении соли-зонда в воде, подвергшейся магнитной обработке в течение определенного времени, и в необработанной воде, с использованием зависимости изменения энергии водородных связей от времени магнитной обработки, для построения которой используют величину энергии, затраченной на изменение энергии водородных связей, рассчитанной на основе данных по теплоте растворения соли в воде, по формуле

где Q_{вод. связь} - энергия, затраченная на изменение энергии водородных связей, Дж;

Q₀ - тепловой эффект растворения соли в неомагниченной воде, справочная величина Дж/моль;

Δt - температурный скачок при растворении соли в омагниченной воде, К;

Δt₀ - температурный скачок при растворении соли в неомагниченной воде, К;

m - масса соли, г;

М - молекулярная масса соли, г/моль.