Механизм изменения pH воды в поле виброакустического воздействия

Язык труда и переводы:
УДК:
544.032.2
Дата публикации:
30 ноября 2022, 22:07
Категория:
Перспективные направления исследования необратимых физических процессов
Авторы
Пентюхин Егор Игоревич
МГТУ им. Н.Э. Баумана
Богатов Никита Алексеевич
МГТУ им. Н.Э. Баумана
Савина Анастасия Сергеевна
МГТУ им. Н.Э. Баумана
Зоткин Александр Павлович
МГТУ им. Н.Э. Баумана
Тихонравов Александр Алексеевич
РХТУ им. Д.И. Менделеева
Аннотация:
Настоящая работа посвящена описанию механизма эффекта изменения pH воды в поле виброакустического воздействия. Рассмотрен сдвиг углекислотного равновесия воды, который является объяснением роста показателя кислотности, представленного к расммотрению в предшествующих исследованиях. Теоретическое описание эксперимента доказывает ранее выдвинутое предположение о возможности управления концентрацией растворенных в жидких средах газов с помощью низкочастотного малоэнергетического виброакустического поля инфразвукового и начала звукового частотных диапазонов.
Ключевые слова:
виброакустика, акустика, инфразвук, вода, углекислотное равновесие
Основной текст труда

Представленная работа является продолжением серии исследований экспериментально обнаруженного эффекта изменения водородного показателя воды под действием виброакустического воздействия [1, 2]. Как было установлено ранее (таблица), под виброакустическим воздействием происходит повышение значения pH различных образцов воды.

Изменение pH различных образцов

Значение pH

Дистиллированная вода

Медицинский аквадистиллятор АЭ-25

Фирма Sibiria

Фирма «H2

Водопроводная вода

До воздействия

5,91

5,53

5,98

7,25

После воздействия

6,73

6,55

6,47

8,01

ΔpH

0,82

1,02

0,55

0,76

Исходя из полученных экспериментальных данных можно предположить, что происходит сдвиг углекислотного равновесия в воде, что хорошо согласуется с известными теоретическими данными. Карбонатное равновесие воды описывается следующей реакцией динамического равновесия:

\mathrm {H_{2}O+CO_{2}\rightleftarrows H_{2}CO_{3}\rightleftarrows H^{+}+HCO_{3}^{-}\rightleftarrows 2H^{+}+CO_{3}^{2-}}

Изначально вода является нестабильной, т. е. имеет сверх равновесное содержание \mathrm {CO_{2}} . Это подтверждает и начальное значение pH образцов, и то, что в контрольных образцах (без внешнего виброакустического воздействия) происходит самопроизвольный рост значения pH.

Необходимо отметить, что наличием \mathrm {H_{2}CO_{3}} пренебрегается, так как содержание угольной кислоты в исследуемой системе < 1 %, и внимание сфокусировано только на диссоциации по первой ступени, тогда уравнение примет вид:

\mathrm {H_{2}O+CO_{2}\rightleftarrows H^{+}+HCO_{3}^{-}}

Константа диссоциации:

\mathrm {K_{\text{Д}}={\frac {{[H^{+}]}\cdot {[HCO_{3}^{-}]}}{[CO_{2}]}}={4,5}\cdot {10^{-7}}}

Выразим \mathrm {H^{+}} и рассмотрим через pH:

\mathrm {H^{+}} ={\frac {{K_{\text{Д}}}\cdot {[CO_{2}]}}{[HCO_{3}^{-}]}} ;

\mathrm {pH=pK-lg{\frac {[CO_{2}]}{[HCO_{3}^{-}]}}=pK+lg{\frac {[HCO_{3}^{-}]}{[CO_{2}]}}} ,

где \mathrm {pH=-lgK_{\text{Д}}=-lg{4,5}\cdot {10^{-7}}={6,346}\approx {6,35}}

Тогда \mathrm {pH=6,35+lg{\frac {[HCO_{3}^{-}]}{[CO_{2}]}}} и \mathrm {pH=6,35} при \mathrm {[HCO_{3}^{-}]=[CO_{2}]}

Из верхнего уравнения получается, что pH тем больше, чем больше в системе \mathrm {[HCO_{3}^{-}]} , и чем меньше \mathrm {[CO_{2}]} , при этом также снижая \mathrm {[CO_{2}]} , мы повышаем значение pH.

Также стоит отметить, что при длительном воздействии инфразвуковых колебаний на воду достигается значение pH близкое к 8,35, которое лежит на минимуме кривой содержания свободного углекислого газа. (рисунок) [3].

График углекислотного равновесия в воде

Исходя из проведенного теоретического исследования, можно сделать вывод, что существующий механизм сдвига углекислотного равновесия в воде достаточно точно описывает наблюдаемые эффекты в поле действия низкочастотных малоэнергетических виброакустических воздействий инфразвукового и начала звукового частотных диапазонов, и подтверждает гипотезу о возможности управления концентрацией газов в различных жидких средах с помощью внешнего физического поля [4, 5].

Литература
  1. Пентюхин Е.И., Богатов Н.А. Влияние низкочастотных малоэнергетических воздействий на pH водной реакционной среды. Физическое образование в вузах, 2021,т. 27, № S4, с. 27–30. DOI: https://doi.org/10.54965/16093143_2021_27_S4_27
  2. Богатов Н.А., Болдырев В.С., Савина А.С., Зоткин А.П., Пентюхин Е.И. Исследование физико-химических эффектов, возникающих в низкочастотных малоэнергетических полях. Успехи в химии и химической технологии, 2021, т. 35, № 14 (249), с. 25–27.
  3. ЦВ 1.01.17–2004. Качество воды. Методика выполнения измерений содержания свободной углекислоты в пробах питьевых и природных вод. Титриметрический метод. Санкт-Петербург, 2005, 10 с.
  4. Зоткин А.П., Богатов Н.А. Интенсификация массообменного процесса в системе «газ— жидкость» при помощи инфразвукового воздействия.Физическое образование в вузах, 2021, т. 27, № S4, с. 51–54. DOI: https://doi.org/10.54965/16093143_2021_27_S4_51
  5. Щербакова Е.А., Богатов Н.А., Савина А.С., Абдрахманов А.Р. Влияние растворенного кислорода на окислительно-восстановительную реакцию метиленового синего с аскорбиновой кислотой. Успехи в химии и химической технологии, 2020, т. 34, № 12 (235), с. 9–11.
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.