При соприкосновении двух тел, состоящих из различных веществ либо из одного вещества, но в разных фазах, в частности воды и льда, на их границе возникает двойной электрический слой. Можно ожидать, что, вследствие различий в подвижности ионов разных видов в воде и во льду, при замерзании воды будет происходить сепарация ионов, а в результате— электризация воды и льда. Такое представление было выдвинуто Воркменом и Рейнольдсом [584], которые наблюдали электризацию при замерзании слабых растворов воды. Еще до них это явление наблюдали Динджер и Ганн [281]. Они, так же как Воркмен и Рейнольдс, для измерения разности потенциалов устанавливали один электрод в воде, а другой— во льду. Даже при использовании дистиллированной воды высокой очистки разность потенциалов оказалась сравнительно большой (6—10 В), но авторы [281] не придали этому явлению какого-либо самостоятельного значения.[ ...]
Так как двойной электрический слой характеризуется сравнительно небольшим скачком потенциала (доли вольта), он не может быть непосредственно ответствен за разности потенциалов на границе лед—раствор порядка 10—102 В. Вследствие этого Воркмен и Рейнольдс (см. в [98]) предположили, что ответственными за электризацию являются не молекулярные процессы на границе лед—раствор, а структурные изменения при преобразовании фаз. Согласно современным представлениям о строении воды в жидкой фазе, при температурах, близких к точке замерзания, образуются комплексы молекул—жидкие кристаллы, которые имеют значительно большие электрические моменты, чем отдельная молекула. Существование таких комплексов было экспериментально подтверждено Лебом и др. [401]. В двойном электрическом слое, созданном жидкими кристаллами на границе раздела лед—раствор, скачок потенциала может быть значительно больше, чем в двойном слое на поверхности раздела раствор—воздух.[ ...]
На условия внедрения ионов из жидкости в решетку водяных кристаллов должны также оказывать влияние условия роста самих кристаллов. Энергия, необходимая иону для того, чтобы, преодолев потенциальный барьер, из раствора перейти в лед, примерно на 3 порядка больше тепловой энергии молекулы, выделяющейся при ее «укреплении» в ледяном кристалле. Поэтому рост ледяного кристалла за счет присоединения молекул должен происходить легче, чем внедрение в решетку иона. Рост кристалла и дает, по-видимому, возможность иону преодолеть потенциальный барьер, так как при этом происходит глубокое проникновение электрического поля в жидкость по цепи ориентированных молекул воды.[ ...]
Обнаруженная Гиллом зависимость была подтверждена Л. Г. Качуриным и др. [83] для дистиллированной воды, находящейся в равновесии с атмосферным воздухом. Такую воду можно рассматривать как весьма слабый раствор с рНя«6,1. Было получено, что существует практически линейная зависимость разности потенциалов от скорости намерзания льда в пределах до 2 • 10-5 м/с.[ ...]
И. М. Имянитов и Л. С. Мордовина [69] пытались объяснить большие значения разности потенциалов на границе лед—вода при кристаллизации растворов исходя из представления, что эффект Воркмена—Рейнольдса обусловливается контактной разностью потенциалов. Авторы [69] пришли к выводу, что на основании уравнения (64) можно объяснить большие разности потенциалов (порядка 10—102 В), которые наблюдаются в экспериментах, если учесть скорость движения фронта кристаллизации и время релаксации электрических процессов во льду.[ ...]
Если и —скорость движения фронта кристаллизации и т — время релаксации электрических процессов во льду, то в системе лед—вода образуется некоторая толщина льда их с емкостью С, во столько раз превышающей емкость двойного слоя Сэ ф, во сколько раз их больше й, т. е.[ ...]
Рисунки к данной главе:
| Зависимость максимального потенциала между льдом и раствором от pH. По Л. Г. Качурину и др. [83]. |
![Зависимость максимального потенциала между льдом и раствором от pH. По Л. Г. Качурину и др. [83].](/static/pngsmall/358205284.png) |