izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2025-2-106-110izmertech-2316Research ArticleФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯPHYSICOCHEMICAL MEASUREMENTSМетод оценки инерционности газообмена диоксида углерода на границе раздела вода/воздухMethod for assessing the inertia of carbon dioxide gas exchange across the water-air interfacehttps://orcid.org/0000-0002-4947-3373АгеевИ. М.AgeevI. M.

Игорь Михайлович Агеев - каф. "Инфокоммуникаций" (408), доцент, ст.н.с.

Москва

Igor M. Ageev

Moscow

imageev@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0009-8582-4538РыбинЮ. М.RybinYu. M.

Юрий Маратович Рыбин

Москва

Yuri M. Rybin

Moscow

rym49@ramblerl.ruМосковский авиационный институт (Национальный исследовательский университет)РоссияMoscow Aviation Institute (National Research University)Russian Federation202506062025742106110Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20252025ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/2316

Рассмотрено изменение свойств воды под влиянием различных внешних факторов и указано на отсутствие общепризнанной методики учёта влияния воздуха на дистиллированную воду. Проанализирована возможность инструментальной оценки воздействия диоксида углерода СО2 на электропроводность дистиллированной воды. С этой целью экспериментально исследована инерционность газообмена СО2 на границе раздела вода/воздух в герметичных кондуктометрических ячейках со степенью заполнения дистиллированной водой в пределах 10–100 % и при скоростях нагрева (охлаждения) воды 0,04–2,00 °С·мин–1. Предложен метод численной оценки инерционности газообмена СО2 на границе раздела вода/воздух с использованием специального коэффициента инерционности газообмена. Данный коэффициент рассчитан по соотношению изменения удельной электропроводности воды к среднему значению этого параметра в режиме «нагрев – охлаждение». При измерениях электропроводности воды её температура изменялась в пределах 20–55 °С. По результатам экспериментов получены зависимости коэффициента инерционности газообмена от скорости нагрева воды при различных коэффициентах заполнения ячейки. Показано, что инерционность газообмена максимальна при максимальной скорости нагрева (охлаждения) воды и минимальном заполнении ячеек водой. Наибольшее значение коэффициента инерционности газообмена СО2 в проведённых экспериментах составило около 8 %. Полученные результаты на практике можно применять для количественной оценки проницаемости границы раздела вода/воздух для молекул СО2 при различных внешних воздействиях на воду.

The article considers changes in water properties under the influence of various external factors and points out the absence of a generally accepted technique for accounting for the effect of air on distilled water. The possibility of instrumental assessment of the effect of carbon dioxide CO2 on the electrical conductivity of distilled water is analyzed. For this purpose, the inertia of CO2 gas exchange at the water/air interface in sealed conductometric cells with a degree of filling with distilled water within 10–100 % and water heating (cooling) rates of 0.04–2.00 °C·min–1 was experimentally studied. A method for numerical assessment of the inertia of CO2 gas exchange at the water/air interface using a special coefficient of gas exchange inertia is proposed. This coefficient is calculated based on the ratio of the change in the specific electrical conductivity of water to the average value of this parameter in the “heating – cooling” mode. When measuring the electrical conductivity of water, its temperature varied within 20–55 °C. Based on the results of the experiments, the dependences of the gas exchange inertia coefficient on the water heating rate at different cell filling factors were obtained. It was shown that the gas exchange inertia is maximum at the maximum water heating (cooling) rate and minimum cell filling with water. The highest value of the CO2 gas exchange inertia coefficient in the experiments was about 8 %. The results obtained can be used in practice for quantitative assessment of the permeability of the water/air interface for CO2 molecules under various external influences on water.

граница раздела вода/воздухинерционность газообменаэлектропроводность водыдиоксид углеродаwater/air interfacegas exchange inertiawater conductivitycarbon dioxideАвторы заявляют, что во время подготовки данной рукописи не было получено никаких средств, грантов или другой поддержкиThe authors declare that no funds, grants, or other support were received during the preparation of this manuscriptReferencesЗахаров С. Д., Мосягина И. В. Кластерная структура воды (обзор). ФИАН, Москва, препринт № 11 (2011). https://elibrary.ru/qkctdjZakharov S. D., Mosyagina I. V. Cluster structure of water (review). Lebedev Physical Institute, preprint no. 11, Moscow (2011). (In Russ.) https://elibrary.ru/qkctdjМаленков Г. Г. Структура и динамика жидкой воды. Журнал структурной химии, 47(S7), 5–35 (2006). https://elib rary.ru/shudhtMalenkov G. G. Structure and dynamics of liquid water. Zhurnal Structuralnoy Chemii, 47(S7), 5–35 (2006). (In Russ.) https://elibrary.ru/shudhtChen H., Voth G. A., Agmon N. Kinetics of proton migration in liquid water. The Journal of Physical Chemistry B, 114(1), 333–339 (2010). https://doi.org/10.1021/jp908126aChen H., Voth G. A., Agmon N. Kinetics of proton migration in liquid water. The Journal of Physical Chemistry B, 114(1), 333–339 (2010). https://doi.org/10.1021/jp908126aGileadi E., Kirowa-Eisner Е. Electrolytic conductivity – the hopping mechanism of the proton and beyond. Electrochimica Acta, 51(27), 6003–6011 (2006). https://doi.org/10.1016/j.electacta.2006.03.084; https://elibrary.ru/metmcpGileadi E., Kirowa-Eisner Е. Electrolytic conductivity – the hopping mechanism of the proton and beyond. Electrochimica Acta, 51(27), 6003–6011 (2006). https://doi.org/10.1016/j.electacta.2006.03.084; https://elibrary.ru/metmcpВасин А. А., Волков А. А. Положение дел в понимании свойств жидкой воды: возможная альтернатива. Биофизика, 66(5), 837–844 (2021). https://doi.org/10.31857/S000630292105001XVasin A. A., Volkov A. A. The current understanding of the properties of liquid water: a possible alternative solution. Biophysics, 66(5), 709–715 (2021). https://doi.org/10.1134/S0006350921050262Лобышев В. И. Вода как сенсор слабых воздействий физической и химической природы. Российский химический журнал, LI(1), 107–114 (2007). https://eli brary.ru/hfehahLobyshev V. I. Water as a sensor of weak effects of physical and chemical nature. Russian Chemical Journal, LI(1), 107–114 (2007). (In Russ.) https://elibrary.ru/hfehahАгеев И. М., Рыбин Ю. М. Измерительный комплекс для мониторинга углекислого газа в воздухе. Измерительная техника, (4), 68–71 (2021). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.20231-4-68-71; https://elibrary.ru/jtuolvAgeev I. M., Rybin Yu. M. Measuring complex for monitoring carbon dioxide in the air. Measurement Techniques, 64(4), 339–343 (2021). https://doi.org/10.1007/s11018-021-01938-wRoeselová M., Vieceli J., Dang L. X., Garrett B. C., Tobias D. J. Hydroxyl radical at the air-water interface. Journal of the American Chemical Society, 126(50), 16308–16309 (2004). https://doi.org/10.1021/ja045552mRoeselová M., Vieceli J., Dang L. X., Garrett B. C., Tobias D. J. Hydroxyl radical at the air-water interface. Journal of the American Chemical Society, 126(50), 16308–16309 (2004). https://doi.org/10.1021/ja045552mЗенченко С. С. Исследование динамики поверхностной пленки воды при различных условиях тепломассообмена на границе раздела «вода – воздух». Труды Крыловского государственного научного центра, 2(384), 112–120 (2018). https://doi.org/10.24937/2542-2324-2018-2-384-112-120; https://elibrary.ru/xslrohZenchenko S. S. Study of the dynamics of the surface water film under various heat and mass transfer conditions at the water-air interface. Transactions of the Krylov State Research Center, 2(384), 112–120 (2018). (In Russ.) https://doi.org/10.24937/2542-2324-2018-2-384-112-120; https://elibrary.ru/xslrohMishra H., Enami S., Nielsen R. J., Hoffmann M. R., Goddard W. A., Colussi A. J. Dramatically enhance proton transfer through water interfaces. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 109(26), 10228– 10232 (2012). https://doi.org/10.1073/pnas.1200949109; https://elibrary.ru/rihdatMishra H., Enami S., Nielsen R. J., Hoffmann M. R., Goddard W. A., Colussi A. J. Anions dramatically enhance proton transfer through aqueous interfaces. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 109(26), 10228–10232 (2012). https://doi.org/10.1073/pnas.1200949109; https://elibrary.ru/rihdatАгеев И. М., Рыбин Ю. М. Динамика изменения температурного коэффициента электропроводности дистиллированной воды в кондуктометрических ячейках при нагреве и охлаждении. Измерительная техника, 73(1), 56–60 (2024). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2024-1-56-60; https://elibrary.ru/xxjgefAgeev I. M., Rybin Yu. M. Dynamics of changes in the temperature coefficient of electrical conductivity of distilled water in conductometric cells in the heating-cooling mode. Measurement Techniques, 67(1), 65–70 (2024). https://doi.org/10.1007/s11018-024-02321-1Агеев И. М., Рыбин Ю. М. Особенности измерения электропроводности дистиллированной воды при контакте с воздухом. Измерительная техника, (10), 68–71 (2019). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2019-10-68-71; https://elibrary.ru/tisxqmAgeev I. M., Rybin Yu. M. Features of measuring the electrical conductivity of distilled water in contact with air. Measurement Techniques, 62(10), 923–927 (2020). https://doi.org/10.1007/s11018-020-01714-2Краткий справочник физико-химических величин. Под ред. Мищенко К. П. и Равделя А. А. Химия, Ленинград (1967).Mishchenko K. P., Ravdel A. A. (eds). Brief reference book of physicochemical quantities. Chemistry, Leningrad (1967). (In Russ.)Light T . S., Kingman E. A., Bevilacqua A. S. The conductivity of low concentrations of CO2 dissolved in ultrapure water from 0–100 °C. 209th American Chemical Society National Meeting, Anaheim, CA (1995).Light T. S., Kingman E. A., Bevilacqua A. S. The conductivity of low concentrations of CO2 dissolved in ultrapure water from 0–100 °C. 209th American Chemical Society National Meeting, Anaheim, CA, (1995).Light T . S., Licht S., Bevilacqua A. C. Morash K. R. The Fundamental conductivity and resistivity of water. Electrochemical and Solid-State Letters, 8(1), E16–E19 (2005). https://doi.org/10.1149/1.1836121Light T. S., Licht S., Bevilacqua A. C. Morash K. R. The Fundamental conductivity and resistivity of water. Electrochemical and Solid-State Letters, 8(1), E16–E19 (2005). https://doi.org/10.1149/1.1836121

The authors declare that there are no conflicts of interest present.