О физико-химических превращениях с участием воды вблизи температуры –45 °C

Аннотация

Представлена гипотеза о новом механизме ускорения химических реакций
с участием переохлажденной воды вблизи –45 °C. Гипотеза основана на свойствах второй
критической точки воды. Предполагается, что возрастание флуктуации энергии молекул
воды приводит к ускорению протекания химических превращений. В эксперименте с
использованием нанопористых увлажненных силикатных сорбентов удалось наблюдать
реакцию взаимодействия водорода с поверхностью пор при –45 °C. Химические реакции
с участием воды по предполагаемому механизму могут ускоренно протекать на линии
Видома при температурах от –45 °C до –53 °C и в области давлений от 0 до 100 MPa.

ЛИТЕРАТУРА
1. Palmer M. Y., Cordiner M. A., Nixon C. A., Charnley S. B., Teanby N. A., Kisiel, Z., Irwin P. G. J., Mumma
M. J. ALMA detection and astrobiological potential of vinyl cyanide on Titan // Science Advances, 2017,
v. 3(7), p. e1700022/6. DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.1700022
2. Goesmann F., Rosenbauer H., Bredehöft J. H., Cabane M., Ehrenfreund P., Gautier T., Giri C.,
Kröger H., Le Roy L., MacDermott A.J., McKenna-Lawlor S., Meierhenrich U.J., Caro G.M.M., Raulin F.,
Roll R., Steele A., Steininger H., Sternberg R., Szopa C., Thiemann W., Ulamec S. Organic compounds on comet
67P/Churyumov–Gerasimenko revealed by COSAC mass spectrometry // Science, 2015, v. 349(6247),
p. aab0689-1/3. DOI: https://doi.org/10.1126/science.aab0689
3. Mumma M. J., Villanueva G. L., Novak R. E., Hewagama T., Bonev B. P., DiSanti M. A., Mandell A. M.,
Smith M. D. Strong release of methane on Mars in northern summer 2003 // Science, 2009, v. 323(5917),
pp. 1041–1045. DOI: https://doi.org/10.1126/science.1165243.
4. Кораблев О. И. Исследования атмосфер планет земной группы // Успехи физических наук, 2005,
т. 175(6), с. 655-664.
5. Сергеев Г. Б., Батюк В. А. Криохимия. М.: Химия, 1978, 296 с.
6. Шавлов А. В., Писарев А. Д., Рябцева А. А. Динамика электропроводности пленок металлов
во льду при его структурном превращении. Рекомбинационно-фононный механизм ускорения коррозии // Криосфера Земли, 2006, т. 10(3), с. 42–48.
7. Шавлов А. В., Писарев А. Д., Рябцева А. А. Коррозия пленок металлов во льду. Динамика
электропроводности пленок // Журнал физической химии, 2007, т. 81(7), с. 1180–1185.
8. Великоцкий М. А. Коррозионная активность грунтов в различных природных зонах // Вестник
Московского университета. Серия 5: География, 2010(1), с. 21–27.
9. Лотник С. В., Казаков В. П. Низкотемпературная хемилюминесценция. М.: Наука, 1987, 176 с.
10. Шабатина Т. И., Сергеев Г. Б. Реакции при низких температурах в химии наносистем // Успе-
хи химии, 2003, т. 72(7), с. 643–663.
11. Chaplin M. Water Structure and Science. Режим доступа: http://www.lsbu.ac.uk/water/chaplin.html
(дата обращения: 23.09.2019)
12. Rosenfeld D., Woodley W. L. Deep convective clouds with sustained supercooled liquid water downto - 37.5 °C // Nature, 2000, v. 405(6785), pp. 440–442. DOI: https://doi.org/10.1038/35013030
13. Бордонский Г. С., Орлов А. О. Признаки возникновения льда “0” в увлажненных нанопористых
средах при электромагнитных измерениях // Письма в Журнал экспериментальной и теоретической
физики, 2017, т. 105(7-8), с. 483-488. DOI: https://doi.org/10.7868/S0370274X17080045
14. Limmer D. T., Chandler D. The putative liquidliquid transition is a liquid-solid transition in atomistic
models of water // Journal of Chemical Physics, 2011, v. 135, pp. 134503/10. DOI: https://doi.org/10.1063/1.3643333
15. Mishima O. Volume of supercooled water under pressure and the liquid-liquid critical point // Journal
of Chemical Physics, 2010, v. 133(14), p. 144503/6. DOI: https://doi.org/10.1063/1.3487999
16. Handle P. H., Loerting T., Sciortino F. Supercooled and glassywater:Metastable liquid(s), amorphous
solid(s), and a no-man’s land // Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 2017, v. 114(51),
pp. 13336-13344. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1700103114
17. Speedy R. J., Angell C. A. Isothermal compressibility of supercooled water and evidence for a thermodynamic singularity at -45°C // The Journal of Chemical Physics, 1976, v. 65(3), pp. 851-858. DOI:
https://doi.org/10.1063/1.433153
18. Анисимов М. А. Холодная и переохлажденная вода как необычный сверхкритический флю-
ид // Сверхкритические флюиды: Теория и практика, 2012, т. 7(2), с. 19–37.
19. Бордонский Г. С., Гурулев А. А. Экспериментальное доказательство существования линии
Видома по особенностям поведения водорода в нанопористом силикате при -45°C и атмосферном
давлении // Письма в Журнал технической физики, 2017, т. 43(8), с. 34–40. DOI: https://doi.org/10.21883/PJTF.2017.08.44541.16581
20. Бордонский Г. С., Гурулев А. А., Крылов С. Д., Цыренжапов С.В. Использование микроволновой
спектроскопии для изучения состояния переохлажденной воды // Конденсированные среды и меж-
фазные границы, 2019, т. 21(1), с. 16–23. DOI: https://doi.org/10.17308/kcmf.2019.21/712
21. Castrillуn R. V. S., Giovambattista N., Aksay I. A., Debenedetti P. G. Structure and energetics of thin fi lm
water // Journal of Physical Chemistry C, 2011, v. 115(11), pp. 4624–4635. DOI: https://doi.org/10.1021/jp1083967
22. Меньшиков Л. И., Меньшиков П. Л., Федичев П. О. Феноменологическая модель гидрофобных и гидрофильных взаимодействий // Журнал экспериментальной и теоретической физики, 2017,
т. 152(6), с. 1374–1392. DOI: https://doi.org/10.7868/S0044451017120215
23. Cerveny S., Mallamace F., Swenson J., Vogel M., Xu L. Confi ned Water as Model of Supercooled Water //
Chemical Reviews, 2016, v. 116(13), pp. 7608–7625. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.5b00609
24. Горбатый Ю. Е., Бондаренко Г. В. Сверхкритическое состояние воды // Сверхкритические
флюиды: Теория и практика, 2007, т. 2(2), с. 5–19.
25. Паташинский А. З., Покровский В. Л. Флуктуационная теория фазовых переходов. М.: Наука,
1982, 381 с.
26. Пригожин И., Кондепуди Д. Современная термодинамика. От тепловых двигателей до диссипативных структур. М.: Мир, 2002, 461 с.
27. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика. Том. 5. Статистическая физика. Часть 1.
М.: Физматлит, 2002, 616 с.
28. Sellberg J. A., Huang C., McQueen T. A., Loh N. D., Laksmono H., Schlesinger D., Sierra R. G.,
Nordlund D., Hampton C. Y., Starodub D., Deponte D. P., Beye M., Chen C., Martin A. V., Barty A.,
Wikfeldt K. T., Weiss T. M., Caronna C., Feldkamp J., Skinner L. B., Seibert M. M., Messerschmidt M., Williams
G. J., Boutet S., Pettersson L. G. M., Bogan M. J., Nilsson A. Ultrafast X-ray probing of water structure
below the homogeneous ice nucleation temperature // Nature, 2014, v. 510(7505), pp. 381–384. DOI: https://doi.org/10.1038/nature13266
29. Goy C., Potenza M. A. C., Dedera S., Tomut M., Guillerm E., Kalinin A., Voss K.-O., Schottelius A.,
Petridis N., Prosvetov A., Tejeda G., Fernández J. M., Trautmann C., Caupin F., Glasmacher U., Grisenti R. E.
Shrinking of Rapidly Evaporating Water Microdroplets Reveals their Extreme Supercooling // Physical Review
Letters, 2018, v. 120(1), p. 015501/6. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.015501
30. Сергеев Г.Б. Нанохимия. М.: Книжный дом «Университет», 2015, 384 с.