Комбинационное рассеяние ИК излучения электроактивированными водными растворами

Согласно сообщениям по исследованиям электроактивированных водных растворов, после возбуждения внешним электрическим полем, они переходят в метастабильное состояние, и их реакционная способность по сравнению с обычной водой значительно увеличивается. Объяснение этому феномену пытаются найти, изучая спектры инфракрасного поглощения электроактивированной воды [1]. В этой связи В. И. Пастухов, В. П. Морозов исследовали спектры комбинационного рассеяния ИК излучения электроактивированный воды, отражающие состояние водородных связей ее кластерах и их структуру [14].

Чтобы прояснить особенности колебательного спектра электроактивированной воды, авторы исследовали аналогичные спектры химически подкисленной или подщелоченной воды (аналоги электроактивированной воды по кислотно-щелочным свойствам). Для этого электроактивировали воду, содержащую 0, 4Ч10^?3 M NаHSO₄. На аноде и катоде при этом выделялись молекулярные кислород и водород. Для исследования спектров рамановского рассеяния пробы воды брали из прианодного (анолит) и прикатодного (католит) пространств. Значения pH у анолита составило 4, 0, у католита — 10, 0. Для сравнения получали также спектры комбинационного рассеяния кислой (серная кислота) и щелочной (натрия гидроксид) воды. Спектры комбинационного рассеяния получали в кварцевых кюветах, которые освещали 200 мВт аргоновым лазером с длиной волны линии излучения 488 нм. Рассеянный свет собирали под углом 90 градусов к лазерному лучу, спектры регистрировали в диапазоне 500−3000 см^-1 при 20 ^оС Результаты показали, что спектры комбинационного рассеяния электроактивированной воды, взятой непосредственно у анода (анолит) или у катода (католит), в диапазоне 700 и 2700 см^?1 значительно отличались от аналогичных спектров химически подкисленной воды (рис. 1). Авторы показали, что добавление серной кислоты в воду привело к появлению колебательных полос в спектре в области 1000−2500 см^?1. Также было обнаружена временная зависимость интенсивности рассеяния излучения. Так, интенсивность рассеяния ИК излучения католитом через 24 часа значительно уменьшалась, чего почти не наблюдалось у анолита. При смешивании двух равных объемов растворов анолита и католита наблюдали уменьшение рассеяния в диапазоне длин волн 700−2700 см^?1 по сравнению с первоначальными индивидуальными интенсивностями [14].

Обычно спектры комбинационного рассеяния воды и водных растворов интерпретируют на основе временной зависимости изменений силы водородных связей [3, 53]. Широкие полосы рамановского рассеяния ИК излучения анолитом и католитом связанны с избытком H+ и OH? гидратированных ионов, которые генерируются при электролизе в анолите и католите, соответственно, и определяют кислотно-основные свойства растворов [14]

Результаты этих исследований позволяют предположить, что инфракрасные спектры поглощения концентрированных растворов кислот и щелочей имеют те же полосы поглощения, что и рамановские спектры анолита и католита. При этом электроактивированные растворы обладают свойствами, подобными растворам концентрированных кислот и щелочей, даже если их концентрация очень низка. При этом электроактивированные растворы обладают свойствами, подобными растворам концентрированных кислот и щелочей, даже если их концентрация очень низка [42].

В электроактивированных растворах были зарегистрированы два явления: высокая поляризуемость AH· ··A или BH· ··B водородных связей и непрерывное распределение энергии остатков протонов комплекса A (или B), взаимодействующих с разной силой [42]. Избыточные ионы гидроксила в прикатодном растворе (католит) могут участвовать в формировании более симметричных и слабых водородных связей (O· ··H···O)^?. Одновременно, в анолите по высокому уровню интенсивности широкой полосы комбинационного рассеяния обнаружены сильные водородные связи.

Это также объясняет более высокое рассеяние ИК излучения анолитом по сравнению с рассеянием католитом. В ближайшем приэлектродном пространстве, в котором раствор обладает высокой кислотностью, поглощение в ИК области вызвано группами H₅O₂. В прикатодном пространстве у катода полоса поглощения вызвана группой H₃O^?2 [42]. Кроме того, электрохимическая диссоциации молекул воды в приэлектродном пространстве приводит к образованию неустойчивых комплексов, таких как (OO), (OO)⁺и (HH)⁺. Эти комплексы рассматриваемые как промежуточные звенья, и их колебательные моды, могут вносить вклад в рассеяние в соответствующих областях спектра. Добавка небольшого количества сернокислого натрия не влияет на спектры комбинационного рассеяния света электроактивированных растворов. Это наблюдение подтверждает метастабильное состояния, в котором находится приэлектродный раствор.