Динамика изменения температурного коэффициента электропроводности дистиллированной воды в кондуктометрических ячейках при нагреве и охлаждении

Рассмотрена проблема учёта влияния воздуха на свойства дистиллированной воды, а именно отсутствие единого общепризнанного метода расчёта такого влияния. Описана чувствительность структуры воды к воздействию внешних факторов и показана возможность регистрации и изучения таких факторов по изменениям температурного коэффициента электропроводности воды. Исследованы зависимости температурного коэффициента электропроводности дистиллированной воды от скорости изменения температуры воды, степени заполнения кондуктометрических ячеек, а также от интенсивности обмена углекислым газом между водой и воздухом через границу их раздела. Отмечено, что данные обменные процессы в настоящее время недостаточно изучены. Разработан и изготовлен аппаратно-программный измерительный комплекс для исследования температурного коэффициента электропроводности воды при изменении её температуры в пределах 20–55 °С. Измерен температурный коэффициент электропроводности воды в герметичных кондуктометрических ячейках при разных степенях заполнения ячеек дистиллированной водой и скорости нагрева и охлаждения воды. Степень заполнения ячеек изменялась в пределах 10–100 %, скорость изменения температуры воды – в пределах 0,04–2,00 °С/мин. При постоянном во всех экспериментах времени нагрева и охлаждения воды 15 мин изменение скорости достигалось изменением температуры нагревательного элемента. Интегральный температурный коэффициент электропроводности рассчитан по начальным и конечным значениям электропроводности и температуры воды в каждом измерительном цикле. Получены зависимости температурного коэффициента электропроводности от скорости изменения температуры воды при нескольких постоянных степенях заполнения ячеек. Показано, что при постоянном соотношении объёмов воды и воздуха в ячейке и увеличении скорости нагрева воды температурный коэффициент электропроводности воды уменьшается на 19–22 %. Установлено, что при постоянной скорости нагрева воды с уменьшением объёма воды в ячейке температурный коэффициент электропроводности воды уменьшается на 40–42 %. Полученные результаты можно применять для количественной оценки коэффициента диссоциации угольной кислоты, подвижности ионов водорода, а также интенсивности процесса газообмена при различных внешних воздействиях на воду. Уточнение данных по электропроводным свойствам воды и процессам на границе раздела вода/воздух необходимо для разработки моделей атмосферных явлений и климатических изменений, а также для создания датчиков слабых изменений параметров окружающей среды в целях как экологического мониторинга, так и медицинской диагностики.

1. Chen H., Voth G. A., Agmon N. Kinetics of proton migration in liquid water. Journal of Physical Chemistry B, 114, 333–339 (2010). https://doi.org/10.1021/jp908126a

2. Gileadi E., Kirowa-Eisner E. 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

3. Otsuka I., Ozeki S. Does magnetic treatment of water change its properties? Journal of Physical Chemistry B, 110(4), 1509–1512 (2006). https://doi.org/10.1021/jp056198x

4. Лобышев В. И. Вода как сенсор слабых воздействий физической и химической природы. Российский химический журнал, LI(1), 107–113 (2007). https://elibrary.ru/hfehah

5. Агеев 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

6. Агеев 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.2021-4-68-71

7. Агеев И. М., Рыбин Ю. М., Бубнова М. Д. Устройство сбора данных на основе звуковой карты персонального компьютера. Труды МАИ, (48), 6 (2011).

8. Санкин Г. Н., Тесленко В. С. Инерционность изменения электропроводности воды в слабых постоянных магнитных полях. Журнал технической физики, 70(3), 64–65 (2000).

9. Truman S. Light, Elizabet A. Kingman, Anthony C. Bevilacqua. The conductivity of low concentrations of CO2 dissolved in ultrapure water from 0–100 °C, The 209th American Chemical Society National Meeting, Anaheim, CA, 1995.

10. Новый справочник химика и технолога. Химическое равновесие. Свойства растворов. Под ред. Симановой С. А. Профессионал, СПб. (2004).

11. Краткий справочник физико-химических величин. Под ред. Мищенко К. П., Равделя А. А. Химия, Ленинградское отделение, Ленинград (1967).