“МЕЖДОУЗЕЛЬНАЯ” МОДЕЛЬ МЕЖФАЗНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА ЗАМЕРЗАНИЯ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ

Abstract

Новая модель потенциала замерзания чистой воды (потенциала Воркмана–Рейнольдса) объяснила положительный электрический заряд льда относительно воды при кристаллизации тем, что протоны быстрее, чем гидроксид-ионы, захватывались многочисленными ловушками заряда во льду – междоузлиями. В эту модель внесены дополнения, позволяющие расширить применение модели от чистой воды до водных растворов с концентрацией примесей в материнском растворе 10–4 моль/л и более. Дополнения учитывают способность примесных анионов и катионов выступать в роли акцепторов для протонов и гидроксид-ионов во льду. В результате захвата акцепторами равновесие концентраций протонов и гидроксид-ионов может значительно смещаться в пользу первых или вторых. Последнее радикально повлияет на кинетику заполнения ловушек заряда (междоузлий) протонами или гидроксид-ионами и на знак электрического заряда льда по отношению к раствору. В частности, модель объясняет отрицательный заряд льда при кристаллизации 10–4 моль/л растворов KCl. Обсуждается применение модели к известным геокриологическим явлениям, таким как миграция влаги в мерзлых грунтах, морозное пучение, ускорение коррозии металлов. A new model of pure water freezing potential (Workman–Reynolds potential) explained the positive electric charge of ice relative to water during crystallization by the fact that protons were captured faster than hydroxide ions by numerous traps of charge in ice – interstitials. In the present article, additions have been made to this model to extend its application from pure water to aqueous solutions with an impurity concentration in the parent solution of 10–4 mol/L or more. The additions take into account the ability of impurity anions and cations to act as acceptors for protons and hydroxide ions in ice. As a result of capture by acceptors, the equilibrium concentrations of protons and hydroxide ions can shift significantly in favor of the former or the latter. This shift should radically affect the kinetics of filling the charge traps (interstitials) with protons or hydroxide ions and the sign of the electric charge of ice relative to the solution. In particular, the model explains the negative ice charge during crystallization of 10–4 mol/L KCl solutions.