Phase transitions in compressed metil silica with the participation of water and methanol

В.В. Туров; Т.В. Крупська; М.Т Картель

doi:10.15330/pcss.26.1.58-66

Автор(и)

В.В. Туров Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка, НАН України, Київ, Україна
Т.В. Крупська Інститут хімії поверхні ім. О.О.Чуйка НАН України, м. Київ, Україна
М.Т Картель Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка, НАН України, Київ, Україна

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.26.1.58-66

Ключові слова:

1H ЯМР спектроскопія, метилкремнезем, метанол, механічні навантаження

Анотація

Методом низькотемпературної ¹Н ЯМР-спектроскопії досліджувались метанол, вода та їх суміші в міжчастинкових зазорах гідроущільненого метилкремнезему АМ-1. Насипна густина зразків у вологому стані складала 200-300 мг/см³. Показано, що як на сухому, так і на вологих зразках метилкремнезему АМ-1, танення метанолу проходить аж до 280 К, що на 100 град вище об’ємної температури плавлення. На вологих гідроущільнених зразках метилкремнезему вода знаходиться у вигляді нанорозмірних кластерів сильно- та слабоасоційованої води. Зроблено припущення, що слабоасоційована вода є нанорозмірним аналогом надкритичної води. Вона добре змішується із слабополярним хлороформом або полярним метанолом. В останньому випадку в міжчастинкових зазорах АМ-1 утворюється концентрований розчин неасоційованих молекул води та метанолу. Зі зниженням температури як сильно- так і слабоасоційована вода замерзають і перестають реєструватись в спектрах рідинного ЯМР.

Посилання

B.D. Deryagin, Stability of Colloidal Systems (Theoretical Aspect), Successes in Chemistry, 48(4), 675 (1979).

S.J. Gregg, K.S.W. Sing, Adsorption, Surface Area and Porosity (Academic Press, London, 1982).

P.M. Wiggins, B.A.E. MacClement, Two states of water found in hydrophobic clefts: their possible contribution to mechanisms of cation pumps and other enzymes, Internat. Rev. Cytol. 108, 249 (1987); https://doi.org/10.1016/s0074-7696(08)61440-0.

V.M. Gun’ko, V.V. Turov, T.V. Krupska, Chemistry, Physics and Surface Technology, 9(2), 107 (2018); https://doi.org/10.15407/hftp09.02.107.

V.M. Gun’ko, V.V. Turov, T.V. Krupska, A.N. Ruban, A.I. Kazanets, R. Leboda, J. Skubiszewska-Zieba, Interfacial behavior of silicone oils interacting with nanosilica and silica gels, J. Colloid and Interface Science, 94, 467 (2013); https://doi.org/10.1016/j.jcis.2012.12.026.

V.M. Gun’ko, V.V. Turov, A.A. Turova, T.V. Krupska, P. Pissis, R. Leboda, J. Skubiszewska-Zieba, Interactions of poly(dimethylsiloxane) with nanosilica and silica gel upon cooling–heating, J. of Colloid and Interface Science, 426, 48 (2014); https://doi.org/10.1016/j.jcis.2014.03.055.

J. Dore, Structural studies of water in confined geometry by neutron diffraction, Chem. Phys., 258, 327 (2000); https://doi.org/10.1016/S0301-0104(00)00208-1.

V.M. Gun'ko, V.V. Turov, Structure of Hydrogen Bonds and 1H NMR Spectra of Water at the Interface of Oxides, Langmuir, 15, 6405 (1999); https://doi.org/10.1021/la9809372.

V.M. Gun’ko, V.V. Turov, E.V. Pakhlov, T.V. Krupska, M.V. Borysenko, M.T. Kartel, B. Charmas, Water Interactions with Hydrophobic versus Hydrophilic Nanosilica, Lengmuir, 34(40), 12145 (2018); https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.8b03110.

V.M. Gun’ko, V.V. Turov, T.V. Krupska, I.S. Protsak, M.V. Borysenko, E.M. Pakhlov, Polymethylsiloxane alone and in composition with nanosilica under various conditions, J.Colloid and Interface Sci., 541, 213 (2019); https://doi.org/10.1016/j.jcis.2019.01.102.

A.A. Galkin, V.V. Lunin The water in sub-and supercritical states-universal medium for chemical reactions, J J. Chemistry Successes. 74. 24 (2005). https://www.uspkhim.ru/RCR1167pdf

W. Marsall, E. Jones Liquid–vapor critical temperatures of aqueous electrolyte solutions, J.Inorg.Nucl.Chem. 36(10), 2313 (1974); https://doi.org/10.1016/0022-1902(74)80275-7.

E. Reverchon, R. Adami, Nanomaterials and supercritical fluids, J. Supercrit. Fluids. 37. 1 (2005), https://doi.org/10.1016/j.supflu.2005.08.003.

P.E. Savage, S. Gopalan, T.I. Mizan, C.J. Martino, E.E. Brock, Reactions at supercritical conditions: Applications and fundamentals, AIChE J., 41, 1723 (1995); https://doi.org/10.1002/aic.690410712.

T.V. Krupska, V.V. Turov, V.M. Gunko, M.T. Cartel. The method of transferring a mixture of hydrophilic and hydrophobic silica into an aqueous environment by using high mechanical loads. Ukrainian utility model patent No. 138023, (November 11, 2019).

T.V. Krupska, V.V. Turov, M.T. Cartel. The method of transferring hydrophobic silica into an aqueous environment by using high mechanical loads. Patent of Ukraine for a utility model No. 138129, (November 25, 2019).

V.V. Turov, R. Leboda, Application of 1H NMR spectroscopy method for determination of characteristics of thin layers of water adsorbed on the surface of dispersed and porous adsorbents, Adv. Colloid Interface Sci., 79, 173 (1999); https://doi.org/10.1016/S0001-8686(97)00036-5.

V.V.Turov, V.M. Gun’ko, Clustered water and the ways of its applications (Naukova Dumka: Kiev, 2011).

V.M. Gun’ko, V.V. Turov, Nuclear Magnetic Resonance Studies of Interfacial Phenomena (CRC Press Boca Raton, 2013). https://doi.org/10.1201/b14202.

V.M. Gun’ko, V.V. Turov, V.M. Bogatyrev, V.I. Zarko, R. Leboda, E.V. Goncharuk, A.A. Novza, A.V. Turov, A.A. Chuiko, Unusual properties of water at hydrophilic/hydrophobic interfaces, Adv. Colloid Interface Sci., 118, 125 (2005); https://doi.org/10.1016/j.cis.2005.07.003.

D.R. Kinney, I-S. Chaung, G.E. Maciel, Water and the silica surface as studied by variable-temperature high-resolution proton NMR, J. Am. Chem Soc., 115, 6786 (1993); https://doi.org/10.1021/ja00068a041.

Y. Yamaguchi, N. Yasutake, M. Nagaoka, Theoretical prediction of proton chemical shift in supercritical water using gas-phase approximation, Chem. Phys. Lett., 340, 129 (2001); https://doi.org/10.1016/S0009-2614(01)00347-5.