Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 54389 Общая биофизика General biophysics Общая биофизика PHYSICAL-CHEMICAL EVOLUTION OF THE DISPERSED PHASE OF WATER WHEN IT DRYES ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ ЭВОЛЮЦИЯ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ ВОДЫ ПРИ ЕЕ ВЫСЫХАНИИ Яхно Т А Yakhno T A yakhta13@gmail.com Яхно В Г Yakhno V G Институт прикладной физики РАН ru Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences ru Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского ru N.I. Lobachevsky Nizhny Novgorod State University ru 25 03 2019 25 03 2019 4 1 9 16 20 03 2019 20 03 2019 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/54389/view

Рассмотрена динамика формирования текстуры высыхающего осадка дисперсной фазы (ДФ) воды. Ранее было показано, что ДФ, наблюдаемая через оптический микроскоп, представлена агрегатами жидкокристаллических сфер размером ~ 10 мкм, каждая из которых сформирована вокруг микрокристалла NaCl и является его гидратной оболочкой. После испарения свободной воды центральная зона пленки осадка деформируется и растрескивается, приобретая текстуру горного ландшафта. Микросферы, граничащие с трещинами, разрушаются, гидратные оболочки диссоциируют и солевой раствор проникает в трещины. Образование свободной воды обеспечивает продвижение и каскад рекристаллизаций NaCl по ходу трещин (каналов) до их поступления в общий объем - место слияния каналов. Там формируется область скопления кристаллического NaCl. Таким образом обеспечивается пространственное разделение компонентов осадка. По периферии высыхающей пленки образуются радиально расположенные змеевидные цепочечные структуры, описанные ранее для высыхающих коллоидных дисперсий как результат адвекции, диффузии и капиллярного притяжения (Колегов и Бараш, 2019). Обсуждается сходство и различие наблюдаемых процессов с описанием стареющих коллоидных систем, а также с физикой тектонических разломов.

The dynamics of the formation of the texture of the drying precipitate of the dispersed phase (DP) of water is considered. It was previously shown that DP observed through an optical microscope is represented by aggregates of liquid crystal spheres of ~ 10 µm in size, each of which is formed around a NaCl microcrystal and is its hydration shell. After evaporation of free water, the central zone of the sediment film is deformed and cracks, acquiring the texture of the mountain landscape. The microspheres bordering the cracks are destroyed, the hydrated shells dissociate and the salt solution penetrates the cracks. The formation of free water ensures the advancement and cascade of NaCl recrystallizations along the cracks (channels) before they enter the total volume - the place where the channels merge. A cluster of crystalline NaCl is formed there. This ensures spatial separation of sediment components. On the periphery of the drying film, radially arranged serpentine chain structures are formed, described earlier for drying colloidal dispersions as a result of advection, diffusion, and capillary attraction (Colegov and Barash, 2019). The similarities and differences in the observed processes with the description of aging colloidal systems, as well as with the physics of tectonic faults, are discussed.

 вода дисперсная фаза высыхание деформация разделение компонентов water dispersed phase drying deformation separation of components

Рожанский И.Д. Развитие естествознания в эпоху античности: ранняя греческая наука «о природе». М.: Наука, 1979, 124 с. [Rozhansky I.D. The development of science in the era of antiquity: the early Greek science "about nature". Moscow: Nauka, 1979, 124 p. (In Russ.)] Rozhanskiy I.D. Razvitie estestvoznaniya v epohu antichnosti: rannyaya grecheskaya nauka «o prirode». M.: Nauka, 1979, 124 s. [Rozhansky I.D. The development of science in the era of antiquity: the early Greek science "about nature". Moscow: Nauka, 1979, 124 p. (In Russ.)] Маленков Г.Г. Структура и динамика жидкой воды. Журнал структурной химии, 2006, т. 47, с, 5-35. [Malenkov G.G. Structure and dynamics of liquid water. Journal of structural chemistry, 2006, vol. 47, pp. 5-35. (In Russ.)] Malenkov G.G. Struktura i dinamika zhidkoy vody. Zhurnal strukturnoy himii, 2006, t. 47, s, 5-35. [Malenkov G.G. Structure and dynamics of liquid water. Journal of structural chemistry, 2006, vol. 47, pp. 5-35. (In Russ.)] Саркисов Г.Н. Структурные модели воды. УФН, 2006, т. 176, № 8, с. 833-845 [Sarkisov G.N. Structural models of water. Physics-Uspekhi, 2006, vol. 176, no. 8, pp. 833-845. (In Russ.)] Sarkisov G.N. Strukturnye modeli vody. UFN, 2006, t. 176, № 8, s. 833-845 [Sarkisov G.N. Structural models of water. Physics-Uspekhi, 2006, vol. 176, no. 8, pp. 833-845. (In Russ.)] Nilsson A., Pettersson L.G.M. Perspective on the structure of liquid water. Chemical Physics, 2011, vol. 389, pp. 1-34. Nilsson A., Pettersson L.G.M. Perspective on the structure of liquid water. Chemical Physics, 2011, vol. 389, pp. 1-34. Мельниченко Н.А. Структура и динамические свойства жидкой воды. Вестник ДВО РАН, 2010, т. 1, с. 65-74. [Melnichenko N.A. Structure and dynamic properties of liquid water. Bulletin of the Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences, 2010, vol. 1, pp. 65-74. (In Russ.)] Mel'nichenko N.A. Struktura i dinamicheskie svoystva zhidkoy vody. Vestnik DVO RAN, 2010, t. 1, s. 65-74. [Melnichenko N.A. Structure and dynamic properties of liquid water. Bulletin of the Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences, 2010, vol. 1, pp. 65-74. (In Russ.)] Захаров С.Д., Зюзин М.В., Мосягина И.В. Вода: микроструктура и флуктуации. URL: http://www.biophys.ru/archive/h2o-00027.pdf. [Zakharov S.D., Zyuzin M.V., Mosyagina I.V. Water: microstructure and fluctuations. URL: http://www.biophys.ru/archive/h2o-00027.pdf. (In Russ.)] Zaharov S.D., Zyuzin M.V., Mosyagina I.V. Voda: mikrostruktura i fluktuacii. URL: http://www.biophys.ru/archive/h2o-00027.pdf. [Zakharov S.D., Zyuzin M.V., Mosyagina I.V. Water: microstructure and fluctuations. URL: http://www.biophys.ru/archive/h2o-00027.pdf. (In Russ.)] Ito K., Yoshida H., Ise N. Void Structure in colloidal dispersions. Science, 1994, vol. 263, no. 7, pp. 66-68. Ito K., Yoshida H., Ise N. Void Structure in colloidal dispersions. Science, 1994, vol. 263, no. 7, pp. 66-68. Ise N., Matsuoka H., Ito K., Yoshida H., Yamanaka J. Ordering of latex particles and ionic polymers in solutions. Langmuir, 1990, vol. 6, pp. 296-302. Ise N., Matsuoka H., Ito K., Yoshida H., Yamanaka J. Ordering of latex particles and ionic polymers in solutions. Langmuir, 1990, vol. 6, pp. 296-302. Bunkin N.F., Shkirin A.V., Kozlov V.A., Starosvetskij A.V. Laser scattering in water and aqueous solutions of salts. Proc. of SPIE, 2010, p. 7376, Article Number: 73761D. Bunkin N.F., Shkirin A.V., Kozlov V.A., Starosvetskij A.V. Laser scattering in water and aqueous solutions of salts. Proc. of SPIE, 2010, p. 7376, Article Number: 73761D. Фесенко Е.Е., Терпугов Е.Л. О необычных спектральных свойствах воды в тонком слое. Биофизика, 1999, т. 44, № 1, с. 5-9. [Fesenko E.E., Terpugov E.L. On the unusual spectral properties of water in a thin layer. Biofizika, 1999, vol. 44, no. 1, pp. 5-9. (In Russ.)] Fesenko E.E., Terpugov E.L. O neobychnyh spektral'nyh svoystvah vody v tonkom sloe. Biofizika, 1999, t. 44, № 1, s. 5-9. [Fesenko E.E., Terpugov E.L. On the unusual spectral properties of water in a thin layer. Biofizika, 1999, vol. 44, no. 1, pp. 5-9. (In Russ.)] Смирнов А.Н., Лапшин В.Б., Балышев А.В., Лебедев И.М., Сыроешкин А.В. Супранадмолекулярные комплексы воды. Электронный журнал «Исследовано в России», 2004. URL: http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2004/038.pdf. [Smirnov AN, Lapshin V.B., Balyshev A.V., Lebedev I.M., Syroeoshkin A.V. Supranadmolecular complexes of water. Electronic Journal "Investigated in Russia", 2004. URL: http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2004/038.pdf. (In Russ.)] Smirnov A.N., Lapshin V.B., Balyshev A.V., Lebedev I.M., Syroeshkin A.V. Supranadmolekulyarnye kompleksy vody. Elektronnyy zhurnal «Issledovano v Rossii», 2004. URL: http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2004/038.pdf. [Smirnov AN, Lapshin V.B., Balyshev A.V., Lebedev I.M., Syroeoshkin A.V. Supranadmolecular complexes of water. Electronic Journal "Investigated in Russia", 2004. URL: http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2004/038.pdf. (In Russ.)] Гончарук В.В., Смирнов В.Н., Сыроешкин А.В., Маляренко В.В. Кластеры и гигантские гетерофазные кластеры воды. Химия и технология воды, 2007, т. 29, № 1, с. 3-17. [Goncharuk V.V., Smirnov V.N., Syroeshkin A.V., Malyarenko V.V. Clusters and giant heterophase clusters of water. Chemistry and Technology of Water, 2007, vol. 29, no. 1, pp. 3-17. (In Russ.)] Goncharuk V.V., Smirnov V.N., Syroeshkin A.V., Malyarenko V.V. Klastery i gigantskie geterofaznye klastery vody. Himiya i tehnologiya vody, 2007, t. 29, № 1, s. 3-17. [Goncharuk V.V., Smirnov V.N., Syroeshkin A.V., Malyarenko V.V. Clusters and giant heterophase clusters of water. Chemistry and Technology of Water, 2007, vol. 29, no. 1, pp. 3-17. (In Russ.)] Sedlák M. Large-scale supramolecular structure in solutions of low molar mass compounds and mixtures of liquids: I. Light scattering characterization. J. Phys. Chem. B, 2006, vol. 110, no. 9, pp. 4329-4338. Sedlák M. Large-scale supramolecular structure in solutions of low molar mass compounds and mixtures of liquids: I. Light scattering characterization. J. Phys. Chem. B, 2006, vol. 110, no. 9, pp. 4329-4338. Букатый В.И., Нестерюк П.И. Разработка измерительно-вычислительного комплекса и метода малых углов рассеяния для контроля оптических неоднородностей (кластеров) в бидистиллированной воде после действия магнитного поля. Электронный физико-технический журнал, 2012, т. 7. URL: http://eftj.secna.ru/vol7/120702.pdf [Bukaty V.I., Nesteruk P.I. Development of a measuring and computing complex and a method of small scattering angles to control optical inhomogeneities (clusters) in bidistilled water after the action of a magnetic field. Electronic Physics and Technology Journal, 2012, vol. 7. URL: http://eftj.secna.ru/vol7/120702.pdf. (In Russ.)] Bukatyy V.I., Nesteryuk P.I. Razrabotka izmeritel'no-vychislitel'nogo kompleksa i metoda malyh uglov rasseyaniya dlya kontrolya opticheskih neodnorodnostey (klasterov) v bidistillirovannoy vode posle deystviya magnitnogo polya. Elektronnyy fiziko-tehnicheskiy zhurnal, 2012, t. 7. URL: http://eftj.secna.ru/vol7/120702.pdf [Bukaty V.I., Nesteruk P.I. Development of a measuring and computing complex and a method of small scattering angles to control optical inhomogeneities (clusters) in bidistilled water after the action of a magnetic field. Electronic Physics and Technology Journal, 2012, vol. 7. URL: http://eftj.secna.ru/vol7/120702.pdf. (In Russ.)] Лаптев Б.И., Сидоренко Г.Н., Горленко Н.П., Кульченко А.К., Саркисов Ю.С., Антошкин Л.В. Оценка структуры воды и водных растворов хлорида натрия с использованием диэлектрометрии и резонансного метода. Вестник ТГАСУ, 2013, т. 2, с. 235-244. [Laptev B.I., Sidorenko G.N., Gorlenko N.P., Kulchenko A.K., Sarkisov Yu.S., Antoshkin L.V. Evaluation of the structure of water and aqueous solutions of sodium chloride using dielectrometry and resonance method. Vestnik of TSUAB, 2013, vol. 2, pp. 235-244. (In Russ)]. Laptev B.I., Sidorenko G.N., Gorlenko N.P., Kul'chenko A.K., Sarkisov Yu.S., Antoshkin L.V. Ocenka struktury vody i vodnyh rastvorov hlorida natriya s ispol'zovaniem dielektrometrii i rezonansnogo metoda. Vestnik TGASU, 2013, t. 2, s. 235-244. [Laptev B.I., Sidorenko G.N., Gorlenko N.P., Kulchenko A.K., Sarkisov Yu.S., Antoshkin L.V. Evaluation of the structure of water and aqueous solutions of sodium chloride using dielectrometry and resonance method. Vestnik of TSUAB, 2013, vol. 2, pp. 235-244. (In Russ)]. Yakhno T., Yakhno V. A study of structural organization of water and aqueous solutions by means of optical microscopy. Crystals, 2019, vol. 9, no. 1, p. 52. DOI: 10.3390/cryst9010052. URL: http://www.mdpi.com/2073-4352/9/1/52. Yakhno T., Yakhno V. A study of structural organization of water and aqueous solutions by means of optical microscopy. Crystals, 2019, vol. 9, no. 1, p. 52. DOI: 10.3390/cryst9010052. URL: http://www.mdpi.com/2073-4352/9/1/52. Yakhno T., Drozdov M., Yakhno V. Giant Water Clusters: Where Are They From? Int. J. Mol. Sci., 2019, vol. 20, p. 1582. DOI: 10.3390/ijms20071582. URL: https://www.mdpi.com/1422-0067/20/7/1582. Yakhno T., Drozdov M., Yakhno V. Giant Water Clusters: Where Are They From? Int. J. Mol. Sci., 2019, vol. 20, p. 1582. DOI: 10.3390/ijms20071582. URL: https://www.mdpi.com/1422-0067/20/7/1582. Kolegov K.S. and Barash L.Yu. Joint effect of advection, diffusion and capillary attraction on a spatial structure of particle depositions from evaporating droplets. arXiv:1903.06003 v1 [cond-mat.soft] 14 Mar 2019 Kolegov K.S. and Barash L.Yu. Joint effect of advection, diffusion and capillary attraction on a spatial structure of particle depositions from evaporating droplets. arXiv:1903.06003 v1 [cond-mat.soft] 14 Mar 2019 Hutchinson J.W., Suo Z. Mixed mode cracking in layered materials. Advances in Applied Mechanics, 1991, vol. 29, pp. 63-191. DOI: 10.1016/S0065-2156(08)70164-9. Hutchinson J.W., Suo Z. Mixed mode cracking in layered materials. Advances in Applied Mechanics, 1991, vol. 29, pp. 63-191. DOI: 10.1016/S0065-2156(08)70164-9. Bacchin P., Brutin D., Davaille A., Giuseppe E., Chen X.D., Gergianakis I., Giorgiutti-Dauphin´e F., Goehring L., Hallez Y., Heyd R., Jeantet R., Floch-Fouere C., Meireles M., Mittelstaedt E., Nicloux C., Pauchard L., Saboungi M.-L. Drying colloidal systems: Laboratory models for a wide range of applications. Eur. Phys. J. E, 2018, vol. 4, p. 94. DOI: 10.1140/epje/i2018-11712-x. Bacchin P., Brutin D., Davaille A., Giuseppe E., Chen X.D., Gergianakis I., Giorgiutti-Dauphin´e F., Goehring L., Hallez Y., Heyd R., Jeantet R., Floch-Fouere C., Meireles M., Mittelstaedt E., Nicloux C., Pauchard L., Saboungi M.-L. Drying colloidal systems: Laboratory models for a wide range of applications. Eur. Phys. J. E, 2018, vol. 4, p. 94. DOI: 10.1140/epje/i2018-11712-x. Савельев Д.Е., Федосеев В.Б. Твёрдофазное перераспределение минеральных частиц в восходящем мантийном потоке как механизм концентрации хромита в офиолитовых ультрамафитах (на примере офиолитов Крака, Южный Урал). Георесурсы, 2019, т. 21, № 1, с. 31-46. DOI: https://doi.org/10.18599/grs.2019.1.31-46. [Saveliev D.E., Fedoseev V.B. Solid-phase redistribution of mineral particles in the ascending mantle flow as a mechanism for the concentration of chromite in ophiolite ultramafites (using the example of Kraka ophiolites, the South Urals). Georesources, 2019, vol. 21, no. 1, pp. 31-46. DOI: 10.18599/grs.2019.1.31-46. (In Russ.)] Savel'ev D.E., Fedoseev V.B. Tverdofaznoe pereraspredelenie mineral'nyh chastic v voshodyaschem mantiynom potoke kak mehanizm koncentracii hromita v ofiolitovyh ul'tramafitah (na primere ofiolitov Kraka, Yuzhnyy Ural). Georesursy, 2019, t. 21, № 1, s. 31-46. DOI: https://doi.org/10.18599/grs.2019.1.31-46. [Saveliev D.E., Fedoseev V.B. Solid-phase redistribution of mineral particles in the ascending mantle flow as a mechanism for the concentration of chromite in ophiolite ultramafites (using the example of Kraka ophiolites, the South Urals). Georesources, 2019, vol. 21, no. 1, pp. 31-46. DOI: 10.18599/grs.2019.1.31-46. (In Russ.)] Калясников Ю.А. Наноминералогия воды и биосферные процессы: 2-е изд., перераб. и доп. Магадан: СВНЦ ДВО РАН, 2000. 64 с. URL: http://ukhtoma.ru/koljasnikov1.htm [Kalyasnikov Yu.A. Nano-mineralogy of water and biospheric processes: 2nd ed., Pererab. and add. Magadan: SVNTS FED RAS, 2000, 64 p. URL: http://ukhtoma.ru/koljasnikov1.htm. (In Russ.)] Kalyasnikov Yu.A. Nanomineralogiya vody i biosfernye processy: 2-e izd., pererab. i dop. Magadan: SVNC DVO RAN, 2000. 64 s. URL: http://ukhtoma.ru/koljasnikov1.htm [Kalyasnikov Yu.A. Nano-mineralogy of water and biospheric processes: 2nd ed., Pererab. and add. Magadan: SVNTS FED RAS, 2000, 64 p. URL: http://ukhtoma.ru/koljasnikov1.htm. (In Russ.)] Shinozaki A., Kagi H., Noguchi N., Hirai H., Ohfuji H., Okada T., Nakano S., Yagi T. Formation of SiH4 and H2O by the dissolution of quartz in H2 fluid under high pressure and temperature. American Mineralogist, 2014, vol. 99, no. 7, pp. 1265-1269. DOI: 10.2138/am.2014.4798. Shinozaki A., Kagi H., Noguchi N., Hirai H., Ohfuji H., Okada T., Nakano S., Yagi T. Formation of SiH4 and H2O by the dissolution of quartz in H2 fluid under high pressure and temperature. American Mineralogist, 2014, vol. 99, no. 7, pp. 1265-1269. DOI: 10.2138/am.2014.4798. Futera Z., Yong X., Pan Y., Tse J.S., English N.J. Formation and properties of water from quartz and hydrogen at high pressure and temperature. Earth and Planetary Science Letters, 2017, vol. 461, pp. 54-60. DOI: 10.1016/j.epsl.2016.12.031. Futera Z., Yong X., Pan Y., Tse J.S., English N.J. Formation and properties of water from quartz and hydrogen at high pressure and temperature. Earth and Planetary Science Letters, 2017, vol. 461, pp. 54-60. DOI: 10.1016/j.epsl.2016.12.031. Coghlan A. Deepest water found 1000km down, a third of way to Earth's core. New Scientist, 27 January 2017. https://www.newscientist.com/article/2119475-planet-earth-makes-its-own-water-from-scratch-deep-in-the-mantle. Coghlan A. Deepest water found 1000km down, a third of way to Earth's core. New Scientist, 27 January 2017. https://www.newscientist.com/article/2119475-planet-earth-makes-its-own-water-from-scratch-deep-in-the-mantle.