ПОНЯТИЕ СОЛЬВОМОЛЯЛЬНОСТИ КАК ЭТАП В РАЗВИТИИ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О СТРУКТУРНО-ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИКАХ РАСТВОРОВ: К ЮБИЛЕЙНЫМ ДАТАМ СО ДНЯ РОЖДЕНИЯ Г.А. КРЕСТОВА И СОЗДАНИЯ НОСЯЩЕГО ЕГО ИМЯ ИНСТИТУТА ХИМИИ РАСТВОРОВ РАН
Аннотация
В этой статье, приуроченной к юбилейным датам со дня рождения члена-корреспондента РАН Геннадия Алексеевича Крестова и основания носящего теперь его имя академического Института химии растворов (ИХР РАН), рассмотрена одна из весьма важных страниц «крестовского наследия» в плане новаторского подхода к изучению термодинамических свойств растворов. Речь ведется об известной концепции сольвомоляльности csm как рационального способа выражения растворимости газообразных веществ в жидких средах, а также состава неводных и смешанных растворов, содержащих сольватированные неэлектролиты или ионные соединения. Важным аспектом в разработке и всестороннем обосновании преимуществ шкалы csm перед другими (традиционными) явилось плодотворное сотрудничество Г.А. Крестова с одним из его первых и наиболее талантливых учеников ‒ профессором Владимиром Ксенофонтовичем Абросимовым. Ровно 45 лет назад в межвузовском сборнике ИХТИ «Термодинамика и строение растворов» вышла их совместная статья, положившая начало использованию понятия сольвомоляльности для интерпретации результатов многих научных исследований как в ивановской «растворной» школе, так и в других научных сообществах. На основе сформулированных авторами указанной работы основных требований, предъявляемых к выбору способа выражения концентрации раствора, показано, что шкала csm сохраняет в себе достоинства как молярно-долевой шкалы, так и моляльности (в плане применимости для расчетов термодинамических характеристик растворения в системе Льюиса-Ренделла). Отмечено, что, благодаря взвешенному научному подходу В.К. Абросимова в соавторстве с его учениками и коллегами из ИХР и ИГХТУ, концепция сольвомоляльности нашла успешное применение и при интерпретации объемных эффектов в растворе, в том числе сопряженных с изотопным протиево-дейтериевым замещением в молекулах его компонентов.
Литература
Krestov G.A. The thermodynamic characteristics of structural changes in water accompanying the hydration of ions. J. Struct. Chem. 1962. V. 3. N 2. P. 125-130. DOI: 10.1007/BF00746129.
Krestov G.A. Thermodynamics of Solvation: Solution and Dissolution, Ions and Solvents, Structure and Energetics. New York: Ellis Horwood Ltd. 1991. 284 p. DOI: 10.1002/bbpc.19910951159.
Abrosimov V.K., Krestov Al.G. The conception of structural-thermodynamic properties of solvation in solution thermodynamics. In: Achievements and Problems of the Solvation Theory. Structural and Thermodynamic Aspects. Ed. by A.M. Kutepov. (“Problems of the Solution Chemistry” Series). M.: Nauka. 1998. P. 5-20 (in Russian).
Abrosimov V.K. Development of physical chemistry of liquid solutions in the works of our scientists. (Scientific schools of K.P. Mishchenko, N.A. Izmailov, O.Ya. Samoilov, G.A. Krestov). ChemChemTech.[Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.] 2008. V. 51. N 9. P. 5-10 (in Russian).
Gennady Alekseevich Krestov. The Bibliography of Scientific Works. Compiled by O.L. Losenkova, L.V. Savinova, I.A. Shishkovich. Ed. by A.V. Agafonov. Ivanovo: IKhNR RAN. 1992. 146 p. (in Russian).
Krestov Gennady Alekseevich (1931-1994). Bibliographic Index. Compiled by A.G. Zakharov, E.V. Rumyantsev, V.V. Ganyushkina. Ed. by. O.I. Koifman. (The “Gold Fund of ChemTech” Series). Ivanovo: IGKhTU. 2011. 194 p. (in Russian).
Koifman O.I., Ganyushkina V.V., Malyasova A.S. Scientific Schools of the Ivanovo’s ChemTech: Through the Prism of History. Ivanovo: FGBOU VO “IGKhTU”. 2020. 496 p. (in Russian).
Krestov G.A., Abrosimov V.K. Thermodynamic characteristics of the dissolution of gaseous and solid substances from the solubility data. Thermodynamics and structure of solu-tions. Inter-Univ. Coll. Sci. Pap. Ivanovo: IKhTI. 1976. N 3. P. 13-21 (in Russian).
Vladimir Ksenofontovich Abrosimov (1940-2015). Bibliographic Index. Compiled by E.V. Ivanov, L.S. Efremova. Ed. by A.G. Zakharov. Ivanovo: AO “Ivanovskiy Izdatel’skiy Dom” (IID). 2016. 72 p. (in Russian).
Ivanov E.V., Abrosimov V.K. On influence of H/D exchange on solvent isotope effects in thermodynamic (enthalpic) characteristics of solvation of proton-donating non-electrolytes. ChemChemTech. [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.] 2016. V. 59. N 6. P. 8-15 (in Russian).
Abrosimov V.K., Strakhov A.N., Krestov G.A. Manifestation of the structure of water with different degrees of deuteration in the thermodynamic characteristics of the dissolution of He, Ne, and Ar at 273‒353 K. J. Struct. Chem. 1976. V. 17. N 6. P. 877-884. DOI: 10.1007/BF00746230.
Abrosimov V.K., Krestov G.A. Some questions of the choice of the concentration scale for expressing the solubility of non-polar gases in liquids. Thermodynamics and structure of solutions. Inter-Univ. Coll. Sci. Pap. Ivanovo: IKhTI. 1977. N 6. P. 150-155 (in Russian).
Krestov G.A., Vinogradov V.I., Kessler Yu.M., Abrosimov V.K., Kolker A.M., Mishustin A.I., Pirogov A.I. Modern Problems of the Solution Chemistry. Ed. by B.D. Berezin. M.: Nauka. 1986. 264 p. (in Russian).
Ivanov E.V., Abrosimov V.K. Saturated aqueous solutions of nonpolar gases. In: Concentrated and Saturated Solutions. Ed. by A.M. Kutepov. (“Problems of Solution Chemistry” Series). M.: Nauka. 2002. P. 314-415 (in Russian).
Clever H.L., Battino R. Solubility of gases in liquids. In.: The Experimental Determination of Solubilities. V. 6. Eds by G.T. Hefter, R.P.T. Tomkins. Chichester (UK): John Wiley. 2003. P. 99-150. DOI: 10.1002/ 0470867833.ch3.
Abrosimov V.K., Ivanov E.V. The solution densimetry. In: Theoretical and Experimental Methods of the Solution Chemistry. Ed. by A.Yu. Tsivadze (“Problems of Solution Chemistry” Series). M.: Prospect. 2011. P. 425-463 (in Russian).
Abrosimov V.K., Strakhov A.N. Methods for measuring the solubility of gases in liquids. In: Experimental Methods of Solution Chemistry: Densimetry, Viscosimetry, Conductometry and Other Methods. Ed. by A.M. Kutepov. (“Problems of Solution Chemistry” Series). M.: Nauka. 1998. P. 215-255 (in Russian).
Ivanov E.V., Abrosimov V.K., Ivanova N.G., Lebedeva E.Yu. Differentiating effect of H/D isotope substitution and temperature on structural effects of solvation of inert gases in methanol solutions. Doklady Phys. Chem. 2002. V. 386. N 4-6. P. 242-246. DOI: 10.1023/A:1020746931813.
Ivanov E.V., Lebedeva E.J., Abrosimov V.K., Ivanova N.G. Structural contribution to the effect of hydrophobic hydration of noble gases. J. Struct. Chem. 2005. V. 46. N 2. P. 253-263. DOI: 10.1007/s10947-006-0039-8.
Zheleznyak N.I. Influence of hexamethylphosphotriamide molecules on water structure. ChemChemTech. [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2017. V. 60. N 10. P. 36-41 (in Russian). DOI: 106060/ tcct.20176010.5633.
Abrosimov V.K., Chumakova R.V. Interparticle interactions in the argon ‒ water ‒ amino acid systems. Zh. Fiz. Khim. 1998. V. 72. N 6. P. 994-997 (in Russian).
Badelin V.G., Abrosimov V.K. Isotope effects on interparticle interactions in the argon ‒ electrolyte ‒ water systems. Zh. Fiz. Khim. 2000. V. 74. N 3. P. 418-421 (in Russian).
Abrosimov V.K., Ivanov E.V., Ivanova N.G. Solubility of krypton in solutions of potassium and tetra-n-butylammonium bromides in isotopomers of methanol at various temperatures. Russ. J. Phys. Chem. 2004. V. 78. N 5. P. 741-746.
Nitrogen and Air.·Ed. by R. Battino. (IUPAC Solubility Data Series. V. 10). Oxford ‒ New York: Pergamon Press. 1982. P. XVIII, XXXI.
Argon.·Ed. by H.L. Clever. (IUPAC Solubility Data Series. V. 4). Oxford ‒ New York: Pergamon Press. 1980. P. 33.
Ewing M.B., Lilley T.H., Olofsson G.M., Ratzsch M.T., Somsen G. Standard quantities in chemical thermodynamics. Fugacities, activities and equilibrium constants for pure and mixed phases (IUPAC Recommendations 1994). Pure Appl. Chem. 1994. V. 66. N 3. P.533-552. DOI: 10.1351/pac199466030533.
Lorimer J.W. Quantities, units and conversions. In: The Experimental Determination of Solubilities. Eds by G.T. Hefter, R.P.T. Tomkins. Chichester (UK): John Wiley. 2003. P. 1-15. DOI: 10.1002/ 0470867833.ch0.
Gamsjäger H., Lorimer J.W., Scharlin P., Shaw D.G. Glossary of terms related to solubility (IUPAC Recommen-dations 2008). Pure Appl. Chem. 2008. V. 80. N 2. P. 233-276. DOI: 10.1351/pac200880020233.
Ivanov E.V., Abrosimov V.K., Lebedeva E.Yu. Volumetric properties of H2O, D2O, and methanol in acetonitrile at 278.15–318.15 K. Russ. Chem. Bull., Int. Ed. 2003. V. 52. N 6. P. 1326-1332. DOI: 10.1023/A:1024866825233.
Ivanov E.V., Abrosimov V.K. Volumetric properties of a stoichiometric mixture of K+ and Br− ions in H/D isotope-substituted aqueous-methanolic solutions between 278.15 and 318.15 K: II. H2O–CD3OH–KBr and D2O–CH3OD–KBr systems. Russ. J. Inorg. Chem. 2006. V. 51. N 5. P. 829-835. DOI: 10.1134/S0036023606050251.
Ramazanova A.G., Korolev V.V., Ivanov E.V. Limiting partial molar volumes of solutions of oleic, linoleic, and linolenic acids in cyclohexane and benzene. Russ. J. Phys. Chem. A. 2007. V. 81. N 4. P. 560-564. DOI: 10.1134/S0036024407040103.
Ivanov E.V. Volumetric properties of dilute solutions of water in ethanol and water-d2 in ethanol-d1 between T = (278.15 and 318.15) K. J. Chem. Thermodyn. 2012. V. 47. P. 162-170. DOI: 10.1016/j.jct.2011.10.009.
Ivanov E.V., Abrosimov V.K., Lebedeva E.Yu. Apparent molar volumes and expansibilities of H2O and D2O in N,N-dimethylformamide and N,N-dimethylacetamide in the range of T = (278.15 to 318.15) K at p = 0.1 MPa: A comparative analysis. J. Chem. Thermodyn. 2012. V. 53. P. 131-139. DOI: 10.1016/j.jct.2012.04.007.
Friedman H.L. Lewis-Randall to McMillan-Mayer conversion for the thermodynamic excess functions of solutions. Part II. Excess energy and volume. J. Solut. Chem. 1972. V. 1. N 5. P. 413-417. DOI: 10.1007/ BF00645604.
Kustov A.V. Hydrophobic Effects: Structural, Thermodynamic, and Applied Aspects. Achievements of Last Years. M.: KRASAND. 2013. 224 p. (in Russian).
Atkins P.W., Julio P., Keeler J. Atkins’ Physical Chemis-try. 11th ed. Oxford: The Oxford University Press, 2018. 1040 p.
Blokzijl W., Engberts J.B.F.N. Hydrophobic effects. Opinions and facts. Angew. Chem. Int., Ed. Engl. 1993. V. 32. N 11. P. 1545-1579. DOI: 10.1002/anie.199315451.
Abrosimov V.K., Korolev V.V. Densimetry. In: Experi-mental Methods of Solution Chemistry: Densimetry, Vis-cometry, Conductometry and Other Methods. Ed. by A.M. Kutepov. (“Problems of Solution Chemistry” Series). M.: Nauka. 1997. P. 5-45 (in Russian).
Abrosimov V.K. Non-extrapolating method for determination of partial molar volumes and isentropic compressibilities at infinite dilution. Zh. Fiz Khim. 1988. V. 62. N 7. P. 1913-1916 (in Russian).
Würzburger S., Sartorio R., Guarino V., Nisi M. Volumetric properties of aqueous solutions of polyols between 0.5 and 25°C. J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1. 1988. V. 84. N 7. P. 2279-2287. DOI: 10.1039/F19888402279.
Wawer J., Krakowiak J. The interpretation of the parameters of the equation used for the extrapolation of apparent molar volumes of the non-electrolyte (solutes) to the infinite dilution. J. Mol. Liq. 2019. V. 296. P. 111765/1-111765/2. DOI: 10.1016/j.molliq.111765.
Ivanov E.V. Note on “The interpretation of the parameters of the equation used for the extrapolation of apparent molar volumes of the non-electrolyte (solutes) to the infinite dilution” by J. Wawer and J. Krakowiak [J. Mol. Liq. 296 (2019) 111765]. J. Mol. Liq. 2020. V. 314. P. 113637/1-113637/3. DOI: 10.1016/j.molliq.2020.113637.
Ivanov E.V., Kustov A.V., Batov D.V., Smirnova N.L., Pechnikova N.L. Thermodynamics of tetramethylurea solutions in ethylene glycol: The evidence of pairwise solvophobic interaction. J. Mol. Liq. 2020. V. 317. P. 113994/1-113994/7. DOI: 10.1016/j.molliq.2020.113994.
Ansari M.S., Hafizur-Rehman. Aquamolality: a useful concentration unit. Phys. Chem. Liq.: Int. J. 2014. V. 49. N 6. P. 743-745. DOI: 10.1080/ 00319104.2010.509723.
Krestov G.A., Abrosimov V.K. Thermodynamic character-istic of the structural changes in water and their relation to ion hydration at various temperatures. J. Struct. Chem. 1964. V. 5. N 4. P. 471-476. DOI: 10.1007/ BF00743702.
