Нижний Новгород, Нижегородская область, Россия
Нижний Новгород, Нижегородская область, Россия
Кратко рассмотрена история исследования взаимодействия воды с гидрофильными поверхностями, включая феномен «поливоды». На примере стеклянных предметов, погруженных в воду, прослежено образование «зоны исключения» (EZ), подтверждено снижение концентрации ионов в пристеночном слое и его жидкокристаллическая структура. Показано, что EZ образуется как при освещении, так и в темноте. Рассматриваются молекулярные механизмы формирования и роста EZ, в основе которых лежит физическая адсорбция, обусловленная снижением свободной энергии системы. Присутствие в воде катионов существенно влияет на формирование EZ. Характер влияния определяется размером катиона (плотностью поверхностных зарядов). На основе данных литературы и собственных результатов обсуждается единая природа образования гидратных оболочек вокруг ионов и формирования EZ.
вода, гидрофильная поверхность, EZ, физическая адсорбция, гидратация стекла
1. Henniker J.C. The depth of the surface zone of a liquid. Rev. Mod. Phys., 1949, vol. 21, iss. 2, pp. 322-341.
2. Дерягин Б.В., Чураев Н.В., Федякин Н.Н., Талаев М.В., Ершова И.Г. Модифицированное состояние воды и других жидкостей. Изв. АН СССР, серия химич., 1967, № 10, c. 2178. [Derjagin B.V., Churaev N.V., Fedyakin N.N., Talaev M.V., Ershova I.G. Modified state of water and other liquids. Izvestiya Akademii Nauk SSSR, seriya khimicheskaya, 1967, no. 10, p. 2178. (In Russ.)]
3. Gould S.J. The Mismeasure of Man. Norton, 1996, 448 p.
4. Franks F. Polywater. Cambridge, MA: The MIT Press, 1982, 208 p.
5. Дерягин Б.В. Новые данные о сверхплотной воде. Успехи физических наук, 1970, т. 100, № 4, cc. 726-728. [Derjagin B.V. New data on superdense water. Uspehi fizicheskih nauk, 1970, vol. 100, iss. 4, pp. 726-728. (In Russ.)]
6. Дерягин Б. Аномальная вода - гипотезы и факты, URL: o8ode.ru/article/water/udivit/anomalwater.htm, 11.03.2007. [Derjagin B. Abnormal water - hypotheses and facts, URL: o8ode.ru/article/water/udivit/anomalwater.htm, 11.03.2007 (In Russ.)]
7. Lippincott E.R., Stromberg R.R., Grant W.H., Cessac G.L. Polywater. Science, 1969, vol. 164, pp. 1482-1487.
8. Rousseau D.L., Porto S.P.S. Polywater: polymer or artifact? Science, 1970, vol. 167, pp. 1715-1719.; EDN: https://elibrary.ru/IDHPND
9. Davis R.E., Rousseau D.L., Board R.D. “Polywater”: Evidence from electron spectroscopy for chemical analysis (ESCA) of a complex salt mixture. Science, 1971, vol. 171, pp. 167-170.; EDN: https://elibrary.ru/IDJASV
10. Kurtin S.L., Mead C.A., Mueller W.A., Kurtin B.C., Wolf E.D. “Polywater”: a hydrosol? Science, 1970, vol. 167, pp. 1720 -1722.; EDN: https://elibrary.ru/IDHPNX
11. Rousseau D.L. “Polywater” and sweat: similarities between the infrared spectra. Science, 1971, vol. 171, pp. 170-172.; EDN: https://elibrary.ru/IDJATF
12. Гинзбург В.Л. Какие проблемы физики и астрофизики представляются сейчас особенно важными и интересными? УФН, 1971, т. 103, № 87, с. 93-94. [Ginzburg V.L. What problems of physics and astrophysics seem to be especially important and interesting? Uspehi fizicheskih nauk, 1971, vol. 103, no. 87, pp. 93-94. (In Russ.)]
13. Derjaguin B.V., Churaev N.V. Nature of “Anomalous Water”. Nature, 1973, vol. 244, pp. 430-431.
14. Derjagin B.V., Sorin Z.V., Rabinovich Ya.I., Churaev N.V. Rezults of analytical investigation of the composition of “anomalous” water. Journal of colloid and Interface science, 1974, vol. 46, iss. 3, pp. 437-441.; DOI: https://doi.org/10.1016/0021-9797(74)90053-8; EDN: https://elibrary.ru/ZYKTCT
15. Дерягин Б.В. Мир коллоидно-поверхностных явлений. Вестник АН СССР. Рубрика «Из рабочей тетради исследователя», 1990, № 9, с. 68-75. [Derjagin B.V. The world of colloid-superficial phenomena. Vestnik Akademii Nauk SSSR. The heading "From the notebook of the researcher", 1990, no. 9, pp. 68-75. (In Russ.)]
16. Pollack G. The fourth phase of water: beyond solid, liquid, and vapor. Ebner and Sons Publishers, 2013, 320 p.
17. Zheng J., Chin W.-C., Khijniak E., Khijniak E. Jr., Pollack G. Surfaces and interfacial water: evidence that hidrophylic surfaces have long-range impact. ACIS, 2006, vol. 127, pp. 19-27.; DOI: https://doi.org/10.1016/j.cis.2006.07.002; EDN: https://elibrary.ru/LJXROZ
18. Yoo H., Paranji R., Pollack G. Impact of hydrophilic surfaces on interfacial water dynamics probed with NMR spectroscopy. J. Phys. Chem. Lett., 2011, vol. 2, iss. 6, pp. 532-536.
19. Rohani M., Pollack G. Flow through horizontal tubes submerged in water in the absence of a pressure gradient: mechanistic considerations. Langmuir, 2013, vol. 29, pp. 6556-6561.; DOI: https://doi.org/10.1021/la4001945; EDN: https://elibrary.ru/RMDKLB
20. So E., Stahlberg R. & Pollack G. H. Exclusion zone as intermediate between ice and water. WIT Transactions on Ecology and the Environment, 2011, vol. 153, p. 9.
21. Bunkin N.F., Ignatiev P.S., Kozlov V.A., Shkirin A.V., Zakharov S.D., Zinchenko A.A. Study of the phase states of water close to nafion interface. Water, 2013, vol. 1, DOI: 10.14294.
22. Bunkin N.F., Gorelik V.S., Kozlov V.A., Shkirin A.V., Suyazov N.V. Colloidal Crystal Formation at the “Nafion-Water” Interface. J. Phys. Chem. B, 2014, vol. 118, iss.12, pp. 3372-3377, DOI:https://doi.org/10.1021/jp4100729.; ; EDN: https://elibrary.ru/XWWMHZ
23. Gudkov S.V., Astashev M.E., Bruskov V.I., Kozlov V.A., Zakharov S.D., Bunkin N.F. Self-oscillating water chemiluminescence modes and reactive oxygen species generation induced by laser irradiation; effect of the exclusion zone created by nafion. Entropy, 2014, vol. 16, pp. 6166-6185, DOI:https://doi.org/10.3390/e16116166.; ; EDN: https://elibrary.ru/UFIVMN
24. Bunkin N.F., Kozlov V.A., Aliev I.N., Molchanov I.I., Abdullaev S.A., Belosludtsev K.N., Astashev M.E., Gudkov S.V. Investigation of the phase states of aqueous salt solutions near a polymer membrane surface. Physics of Wave Phenomena, 2015, Vol. 23, iss. 4, pp. 255-264.; DOI: https://doi.org/10.3103/S1541308X15040020; EDN: https://elibrary.ru/VAAKZN
25. Astashev M.E., Gudkov S.V., Le Chevalier L., Kozlov V.A., Tuan V.M., Molchanov I.I., Bunkin N.F. Non-invasive laser diagnostics of swelling nafion in water and aqueous solutions of salts. Water conference, 2016.
26. Segarra-Martí J., Roca-Sanjuán D., Merchán M. Can the hexagonal ice-like model render the spectroscopic fingerprints of structured water? Feedback from quantum-chemical computations. Entropy, 2014, vol. 16, pp. 4101-4120, DOI:https://doi.org/10.3390/e16074101.; ; EDN: https://elibrary.ru/UQBLUB
27. URL: vegasd.ru/whats_glass_surface.
28. Вагнер Г.А. Научные методы датирования в геологии, археологии и истории. М.: Техносфера, 2006, 575 с. [Wagner G.A. Scientific methods of dating in geology, archeology and history. М.: Technosfera, 2006, 575 p. (In Russ.)]
29. Марченко Р.Т. Физическая и коллоидная химия. М.: Высшая школа, 1965, 374 с. [Marchenko R.T. Physical and colloid chemistry. М.: Visshaya Shkola, 1965, 374 p. (In Russ.)]
30. Робинсон Р., Стокс Р. Растворы электролитов. Москва: ИЛ, 1963, 643 с. [Robinson R., Stokes R. Solutions of electrolytes. М: Inostrannaya Literatura, 1963, 643 p. (In Russ.)]
31. Yakhno T.A., Sanin A.G., Vacca C.V., Falcione F., Sanina O.A., Kazakov V.V., Yakhno V.G. A new technology for studying multicomponent liquids using a quartz crystal resonator: theory and applications. Technical Physics, 2009, vol. 54, iss. 10, pp. 1423-1430.
32. Yakhno T.A., Sanin A.G., Sanina O.A., Yakhno V.G. Dynamics of mechanical properties of drying drops of biological liquids as a reflection of the features of self-organization of their components from nano- to microlevel. Biophysics, 2011, vol. 56, iss. 6, pp. 1005-1010.
33. Tychinsky V. High electric susceptibility is the signature of structured water in water-containing objects. Water, 2011, DOI:https://doi.org/10.14294/Water.2011.8.
34. Verdel N., Jerman I., Krasovec P. Conductivity measurements as a possible means to measure the degree of water ordering. Journal of Physics: Conference Series, 2011, vol. 329, pp. 1-8.; DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/329/1/012005; EDN: https://elibrary.ru/PKMDUJ
35. Verdel N., Jerman I., Bukovec P. The “autothixotropic” phenomenon of water and its role in proton transfer. Int. J. Mol. Sci., 2011, vol. 12, pp. 7481-7494, DOI:https://doi.org/10.3390/ijms 12117481.; DOI: https://doi.org/10.3390/ijms12117481; EDN: https://elibrary.ru/PKMDPT
36. Афанасьев В.Н., Зайцев А.А. Особенности структурного состояния растворителя в растворах электролитов. Журнал структурной химии, 2006, т. 47, c. 94-101. [Afanasyev V.N., Zaitsev A.A. Features of the structural state of the solvent in electrolyte solutions. Zhurnal Structurnoi Himii, 2006, vol. 47, pp. 94-101. (In Russ.)]; EDN: https://elibrary.ru/SHUDKV
37. Афанасьев В.Н. Количественная оценка разрывной функции растворителя в водных растворах электролитов. Журнал структурной химии, 2013, т. 54, № 1, с. 82-94. [Afanasyev V.N. Quantitative evaluation of the discontinuous function of a solvent in aqueous solutions of electrolytes. Zhurnal Structurnoi Himii, 2013, vol. 54, no. 1, pp. 82-94. (In Russ.)]; EDN: https://elibrary.ru/PVWXZX
38. Agmon N. The Grotthuss mechanism. Chem. Phys. Lett., 1995, vol. 244, iss. 5, pp. 456-462.; EDN: https://elibrary.ru/AOJRIL
39. Карапетьянц М.Х., Дракин С.И. Общая и неорганическая химия. М.: Химия, 2000, 591 с. [Karapetyants M.Kh., Drakin S.I. General and inorganic chemistry. М.: Khimiya, 2000, 591 p. (In Russ.)]
40. Фролов В.В. Химия. М: Высшая школа, 1986, 544 с. [Frolov V.V. Chemistry. М: Visshaya Shkola, 1986, 544 p. (In Russ.)]
41. Ewing G.E. Ambient thing film water on insulator surfaces. Chem. Rev., 2006, vol. 106, pp. 1511-1526.; DOI: https://doi.org/10.1021/cr040369x; EDN: https://elibrary.ru/LRTAUR
42. Engkyist O., Stone A.J. Adsorption of water on NaCl(001). I. Intermolecular potentials and low temperature structures. The Journal of Chemical Physics, 1999, vol. 110, p. 12089, DOI:https://doi.org/10.1063/1.479144.
43. Foster M., Ewing G.E. Adsorption of water on the NaCl(001) surface. II. An infrared study at ambient temperatures. The Journal of Chemical Physics, 2000, vol. 112, p. 6817, DOI:https://doi.org/10.1063/1.481256.
44. Langmiuir I. The adsorption of gases on plane surfaces of glass, mica and platinum. J. Am. Chem. Soc., 1918, vol. 40, iss. 9, pp. 1361-1403, DOI:https://doi.org/10.1021/ja02242a004.
45. Spagnoly C., Loos K., Ulman A., Cowman M. K. Imaging structured water and bound polysaccharide on mica surface at ambient temperature. J. Am. Chem. Soc., 2003, vol. 125, iss. 23, pp. 7124-7128.
46. Aarts I.M.P., Pipino A.C.R., Hoefnagels J.P.M., Kessels W.M.M., van de Sanden M.C.M. Quasi-ice monolayer on atomically smooth amorphous SiO2 at room temperature observed with a high-finesse optical resonator. Phys. Rev. Lett., 2005, vol. 95, p. 166104.
47. Asay D.B., Kim S.H. Evolution of the adsorbed water layer structure on silicon oxide at room temperature. J. Phys. Chem. B., 2005, vol. 109, pp. 16760-16763.; DOI: https://doi.org/10.1021/jp053042o; EDN: https://elibrary.ru/XTORAS
48. Teschke O. Imaging ice-like structures formed on HOPG at room temperature. Langmuir, 2010, vol. 26, iss. 22, pp. 16986-16990.
49. Wang Ya, Duan Zh., Fan D. An ion diffusion method for visualizing a solid-like water nanofilm. Scientific Reports, 2013, vol. 3, p. 3505, DOI:https://doi.org/10.1038/screp03505.
50. Ньютон И. Математические начала натуральной философии. М: Наука, 1989, с. 501-504. [Newton I. Mathematical Principles of Natural Philosophy. М: Nauka, 1989, p. 501-504. (In Russ.)]
