О РАЗМЕРАХ ГИДРАТИРОВАННЫХ ИОНОВ (К ПРОБЛЕМЕ ОПРЕСНЕНИЯ МОРСКОЙ ВОДЫ)
Так, при размере ячейки (мембраны) с радиусом 0,1 нм отмеченные затраты могут быть на порядок больше, чем при изготовлении мембраны с радиусом 0,2 нм. Поскольку радиусы гидратированных ионов (до 0,4 нм) значительно превышают радиусы самих ионов (до 0,2 нм), то оценка размеров гидратированных ионов-компонентов морской воды для изготовления мембран с оптимальными размерами представляет значительный интерес.
Нами разработан неэмпирический способ расчета гидратных чисел ионов в растворах, основанный на электростатической концепции ион-дипольного взаимодействия [1, 2], согласно которой растворы электролитов рассматриваются как система зарядов:
ns = zie Rs2/ rip -5kБТεRs2 /2 pe (1)
Здесь ns - число молекул воды в гидратном комплексе; Rs - радиус молекулы воды (0,138 нм); zi и ri - заряд и радиус иона; р - дипольный момент растворителя (1,87 Д); kБ - постоянная Больцмана; Т - температура по Кельвину; e - диэлектрическая постоянная растворителя (78,3).
Величины гидратных чисел некоторых ионов представлены в табл. 1.
В основе современных методов определения радиусов гидратированных ионов (размеров наночастиц) лежат теории Стокса и Стокса-Эйнштейна для вязкостей растворов электролитов, справедливые для движения малых ионов. Но при этом теория не дает критерия малости размеров ионов. Это предопределяет ограниченный выбор значений радиусов гидратированных ионов.
Таблица 1. Хаpaктеристики гидратированных ионов
|
Ион |
Li+ |
Na+ |
K+ |
Rb+ |
Cs+ |
NH4+ |
F- |
Cl- |
Br- |
|
Радиус иона, ri, нм |
0,078 |
0,098 |
0,138 |
0,164 |
0,183 |
0,168 |
0,133 |
0,181 |
0,196 |
|
Гидратное число ns |
5,33 |
4,03 |
2,29 |
1,99 |
1,67 |
1,91 |
2,69 |
1,70 |
1,49 |
|
Радиус*) гидратированного иона, rs , нм |
0,379 |
0,339 |
0,285 |
0,248 |
0,225 |
0,243 |
0,287 |
0,228 |
0,212 |
*) Литературные значения rs нм для ионов: Li+ - 0.370, Na+ - 0.330.
По плазмоподобной концепции [3, 4] размеры гидратированных ионов могут быть вычислены на основе модели колeблющихся с плазмоподобной частотой частиц в растворах электролитов с использованием дисперсионного уравнения Власова:
ω = ωL×(1+ (3/2)×k2rD2) (2)
Здесь ωL = (4p zizDe2no/М) - ленгмюровская плазменная частота; zie, zDe - заряды иона и диполя растворителя; no = ns/V = ns/(4/3)×πrs3 - плотность зарядов, в рассматриваемом случае число молекул растворителя в гидратном комплексе,
ns - гидратное число, M - масса молекулы растворителя, rs - радиус гидратированного иона.
Дипольный заряд равен zDe = p/l, где p - дипольный момент и l - дипольное расстояние для растворителя.
Параметр затухания krD, где k - волновое число, rD - дебаевский радиус, имеет пределы изменения 0 ≤ krD ≤ 1. При рассмотрении ионов электролита в растворах как системы зарядов имеет место krD = 1, т.е. прострaнcтвенная дисперсия максимальна, колебания затухающие, но поддерживаются при частоте внешнего возмущения.
ω = 5/2ωL = (5/2)×(4πzizDe2n0/М)1/2 (3)
Если умножить выражение (3) на постоянную Планка ħ и иметь в виду, что полная энергия hw равна (3/2)kБТ (при сферически - симметричном распределении учитываются все три степени свободы), то получится выражение (4), в которое введены значения no и zDe, приведенные ранее:
rs = (25zipensħ2/3МlkБ2Т2)1/2 (4)
Значения радиусов сольватированных ионов в воде, рассчитанные по уравнению (4), также приведены в табл. 1.
Нами [5, 6] также был разработан метод многоуровневого моделирования (ММУМ), в основу которого была положена концепция статистических ансамблей Гиббса. Метод позволяет уточнять, восполнять отсутствующие и прогнозировать физико-химические параметры различных (в частности, химических, биологических и медицинских) систем.
В табл. 2 (в последней колонке) представлены рассчитанные по ММУМ (ур. 5) значения радиусов гидратированных ионов.
(5)
Здесь mi - масса иона, г/моль; ∆Н - энтальпия образования газообразного простого или сложного иона, ккал/моль. Уравнение (5) с высокой степенью достоверности и вероятности (коэффициент регрессии ММУМ составляет 0,9981) позволяет получить искомые величины.
Таблица 2. Расчетные (по ур. 3) и оцененные по ММУМ (ур. 5) величины радиусов гидратированных ионов, нм
|
Ион |
Масса иона, mi |
Радиус иона, нм |
Гидратное число ns |
Энтальпия образования газообразного иона, Ккал/моль |
Радиус гидратированного иона, ур. (4) |
Радиус гидратированного иона, ур. (5) |
|
Li+ |
6.9 |
0.078 |
5.33 |
162,75 |
0,379 |
0,377 |
|
Na+ |
23 |
0.098 |
4.03 |
144,29 |
0,339 |
0,341 |
|
K+ |
39 |
0.138 |
2.29 |
121,49 |
0,285 |
0,281 |
|
Rb+ |
85.4 |
0.164 |
1.99 |
115,00 |
0,248 |
0,249 |
|
Cs+ |
132.9 |
0.183 |
1.67 |
108,45 |
0,225 |
0,226 |
|
NH4+ |
18 |
0.168 |
1.91 |
158,00 |
0,243 |
0,245 |
|
F- |
19 |
0.133 |
2.69 |
-63,71 |
0,287 |
0,289 |
|
Cl- |
35.5 |
0.181 |
1.70 |
-58,95 |
0,228 |
0,228 |
|
Br- |
79.9 |
0.196 |
1.49 |
-54,90 |
0,212 |
0,210 |
Как видно из табл. 1 и 2, оцененные гидратные числа и радиусы гидратированных ионов (размеры наночастиц) по плазмоподобной концепции и ММУМ, находятся в удовлетворительном соответствии с литературными данными, и рассматриваемые модели оценок ns и rs вполне применимы для дальнейшего использования в качестве базы при определении размеров ячеек (мембран) в приложении к технологии очистки сточных и опреснения морских вод.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Балданов М.М. К проблеме сольватных чисел и масс сольватированных ионов в спиртовых растворах / М.М. Балданов, Б.Б. Танганов // Журнал физической химии. - 1992. - Т. 66. - № 4. - С. 1084-1088.
- Балданов М.М. Расчет сольватных чисел ионов в неводных средах / М.М. Балданов, Б.Б. Танганов // Журнал общей химии. - 1992. - Т. 63. - № 8. - С. 1710-1712.
- Балданов М.М. Дисперсионное уравнение Власова и радиусы сольватированных ионов в метаноле /М.М. Балданов, Б.Б. Танганов // Журнал общей химии. - 1994. - Т. 64. - № 1. - С. 32-34.
- К проблеме радиусов гидратированных ионов / М.М. Балданов, Д.М. Балданова, С.Б. Жигжитова, Б.Б. Танганов // ДАН ВШ России. - 2006. - Вып. 2. - С. 32-34.
- Танганов Б.Б., Балданов М.М., Мохосоев М.В. Множественные регрессии физико-химических хаpaктеристик неводных растворителей на расширенном базисе параметров // Журнал физической химии.-1992.-T.66.-№6.-C.1476-1480; Russian J.Phys. Chem. - 1992.- V.66(6).-P.786-789.
- Танганов Б.Б., Балданов М.М., Гребенщикова М.А., Балданова Д.М. Метод множественной регрессии в оценке энергий кристаллических решеток солей // Доклады СО АН ВШ. - 2003.-Вып. 2. -С.18-25.
Работа представлена на Международную научную конференцию «Природопользование и охрана окружающей среды», Франция (Париж), 13-20 октября 2009 г. Поступила в редакцию 9.09.2009.
Статья в формате PDF
114 KB...
18 10 2026 8:10:18
Установлено, что переход междоузлий проростков гороха от интенсивного роста к замедлению и прекращению коррелирует с образованием и накоплением в них эндогенного пизамина, антивитамина пантотеновой кислоты, что приводит к количественному снижению ряда аминокислот и общего белка. Это может быть следствием переориентации метаболических процессов, вызывающих замедление и прекращение растяжения клеточных стенок междоузлий.
...
17 10 2026 22:13:43
В статье изложены результаты тестирования ориентировочно-исследовательского поведения крыс указанных линий, которые показали, что крысы линии WAG/Rij обладают более выраженной двигательной активностью и исследовательской деятельностью по сравнению с крысами линии Вистар.
...
16 10 2026 1:29:29
Статья в формате PDF
137 KB...
13 10 2026 8:50:10
Статья в формате PDF
98 KB...
12 10 2026 5:14:24
Статья в формате PDF
104 KB...
11 10 2026 10:14:52
Статья в формате PDF
116 KB...
10 10 2026 3:22:13
Статья в формате PDF
120 KB...
08 10 2026 16:28:11
Статья в формате PDF
127 KB...
05 10 2026 22:27:58
Статья в формате PDF
848 KB...
04 10 2026 4:36:39
В статье описана и исследована методами математической статистики хронологическая аномалия космонавтики. Обоснован биномиальный закон распределения числа хронологических совпадений. Показано, что вероятность случайного появления рассматриваемых совпадений весьма мала. Метод исследования, применяемый в работе, преимущественно основан на статистическом анализе хронологии при помощи параметризации дат событий и проверки соответствующего критериального свойства. Используются параметры: условные номера дней с начала летоисчисления N, с начала года n и год Г. Основными информативными параметрами являются интервалы времени между событиями.Обоснован биномиальный закон распределения числа хронологических совпадений. Показано, что вероятность случайного появления рассматриваемых совпадений весьма мала.
...
03 10 2026 3:28:19
Изучены каталитические свойства неспецифической альдегиддегидрогеназы (КФ 1.2.1.3.), как основного молекулярного маркера альдегиддегидрогеназной системы биотрaнcформации, в поколениях крыс с термической травмой. Активность альдегиддегидрогеназы определяли по регистрации начальной скорости образования НАДН при дегидрогеназном окислении ацетальдегида в качестве субстрата. Показано уменьшение активности фермента через 6 месяцев после ожога. Отмечено снижение активности альдегиддегидрогеназы в I и II поколениях крыс с термической травмой.
...
02 10 2026 15:59:12
Статья в формате PDF
103 KB...
01 10 2026 22:30:11
Статья в формате PDF
114 KB...
30 09 2026 12:48:46
Статья в формате PDF
114 KB...
29 09 2026 9:24:31
Статья в формате PDF
97 KB...
28 09 2026 9:44:32
Проведены исследования наземных экосистем: почва, растительность, население млекопитающих, в зоне воздействия двух типичных алмaзoдобывающих предприятий, расположенных в среднетаежной и северотаежной подзонах. По интенсивности воздействия территория дифференцируется на микро, мезо и макроантропогенные участки. Показано, что любые уровни воздействия приводят к трaнcформациям окружающей среды. Наиболее глубокие трaнcформации выявлены на макроантропогенных участках, восстановление природной среды на таких участках в обозримое время невозможно.
...
27 09 2026 19:12:30
Статья в формате PDF
110 KB...
26 09 2026 20:49:41
Статья в формате PDF
99 KB...
25 09 2026 21:56:29
Статья в формате PDF
97 KB...
24 09 2026 14:56:35
Статья в формате PDF
100 KB...
23 09 2026 18:29:30
Статья в формате PDF
133 KB...
22 09 2026 23:56:12
Статья в формате PDF
134 KB...
21 09 2026 18:53:14
Статья в формате PDF 257 KB...
20 09 2026 0:30:20
Статья в формате PDF
101 KB...
19 09 2026 4:40:24
Статья в формате PDF
97 KB...
18 09 2026 14:50:12
Статья в формате PDF
305 KB...
17 09 2026 21:12:40
Статья в формате PDF
109 KB...
16 09 2026 7:50:30
Статья в формате PDF
135 KB...
15 09 2026 22:25:13
Статья в формате PDF
111 KB...
14 09 2026 16:54:53
Статья в формате PDF
123 KB...
13 09 2026 7:32:12
Статья в формате PDF
289 KB...
12 09 2026 7:35:45
Определены виды грибов рода Candida, выделенных из влагалища у 200 пациенток с хроническим рецидивирующим кандидозным вульвовaгинитом. Приоритетными видами возбудителя являлись С. pseudotropicаlis, C. krusei ( 32,5% и 37,5%). Определена чувствительность 67 наиболее часто выделяемых штаммов при данной патологии к нистатину, амфотерицину-В, клотримaзoлу. Грибы вида C.albicans в 56% исследований были чувствительны к трем антимикотическим препаратам. Субкультуры С."не-albicans" имели маркеры устойчивости к нистатину в 57% ,амфотерицину-В в 59%, клотримaзoлу 25% исследований.
...
11 09 2026 0:48:49
Статья в формате PDF
211 KB...
10 09 2026 20:22:48
Статья в формате PDF
138 KB...
09 09 2026 13:13:21
Еще:
Поддержать себя -1 :: Поддержать себя -2 :: Поддержать себя -3 :: Поддержать себя -4 :: Поддержать себя -5 :: Поддержать себя -6 :: Поддержать себя -7 :: Поддержать себя -8 :: Поддержать себя -9 :: Поддержать себя -10 :: Поддержать себя -11 :: Поддержать себя -12 :: Поддержать себя -13 :: Поддержать себя -14 :: Поддержать себя -15 :: Поддержать себя -16 :: Поддержать себя -17 :: Поддержать себя -18 :: Поддержать себя -19 :: Поддержать себя -20 :: Поддержать себя -21 :: Поддержать себя -22 :: Поддержать себя -23 :: Поддержать себя -24 :: Поддержать себя -25 :: Поддержать себя -26 :: Поддержать себя -27 :: Поддержать себя -28 :: Поддержать себя -29 :: Поддержать себя -30 :: Поддержать себя -31 :: Поддержать себя -32 :: Поддержать себя -33 :: Поддержать себя -34 :: Поддержать себя -35 :: Поддержать себя -36 :: Поддержать себя -37 :: Поддержать себя -38 ::
