ИСТИНА

Особенности физико-химических свойств жидкостей с пространственной сеткой водородных связей, например воды, ряда диолов, диаминов и аминоспиртов, определяются наличием в них трехмерной, близкой к тетраэдричности сетки направленных и насыщенных Н-связей [обзоры 1, 2]. Представляет интерес исследовать роль смешанных пространственных сеток водородных связей в смешанных растворителях, например, в водных растворах трех первых вицинальных диолов, диаминов и аминоспиртов во всем концентрационном и широком температурном интервале. Заметим, что при нормальных температурах и давлениях указанные диолы, диамины и аминоспирты смешиваются с водой в любых соотношениях, образуя смешанную пространственную сетку Н-связей, характеристики которой при одних и тех же температурах и давлениях будут зависеть от соотношения компонентов. Описание структуры и динамики таких сеток будет проведено впервые топологическими методами. Это даст возможность сравнения разных сеток и с позиции их характеристик объяснить особенности физико-химических свойств смешанных растворителей и процессов, проходящих в их растворах, в частности, сольвофобных эффектов. Важно подчеркнуть, что смешанные пространственные сетки Н-связей смешанных растворителей, так же как и пространственные сетки водородных связей чистых жидкостей, обладают всеми особенностями как физики жидкого состояния, так и особенностями водородных связей. Исследование смешанных пространственных сеток Н-связей является важной и фундаментальной задачей физической химии жидкостей и растворов. В работе будут использованы и сопоставлены результаты следующих методов исследования: 1. молекулярная динамика, квантовая химия и колебательная спектроскопия, 2. теория графов, перколяция и метод Вороного-Делоне, 3. ЯМР - метод спин-эха, диэлектрическая, спектроскопия, 4. методы физико-химического анализа, 5. динамическое рассеяние света. Актуальность данного проекта состоит и в широком применении именно водных растворов указанных рядов в криобиологии и медицине, в реакциях золь-гель, в синтезе «мягких» материалов, в активации полимеров, в растворах ПАВ и т.д. Результаты данного проекта не только дадут возможность объяснить, но и прогнозировать ряд указанных свойств и процессов. Работа носит как фундаментальный, так и важный прикладной характер. [1] Родникова М.Н., Чумаевский Н.А. // Журн.структ.химии 2006. Т.47. Приложение. S154-161 [2] Родникова М.Н. в кн. «Структурная самоорганизация в растворах и на границе раздела фаз» М.2008 С.151-198

Features of the physicochemical properties of liquids with a spatial network of hydrogen bonds, for example water, a number of diols, diamines and amino alcohols, are determined by the existence of a three-dimensional nearly tetrahedral network of directed and saturated H- bonds in them [reviews 1, 2]. It is of interest to investigate the role of mixed spatial networks of hydrogen bonds in mixed solvents, for example, in aqueous solutions of the first three vicinal diols, diamines and amino alcohols in the broad concentration and temperature range. We note that at normal temperatures and pressures, these diols, diamines and aminoalcohols are mixed with water in any proportions, forming a mixed spatial network of H-bonds that characteristics at the same temperatures and pressures will depend on the ratio of the components. The description of structure and dynamics of such networks will be carried out for the first time by topological methods. This will make it possible to compare different networks and to explain the features of the physicochemical properties of mixed solvents and in particular the processes of solvophobic effects in their solutions from the position of their characteristics. It is important to emphasize that mixed spatial networks of H-bonds of mixed solvents, as well as spatial networks of hydrogen bonds of pure liquids, have all the features of both physics of liquid state and hydrogen bonding features. The study of mixed spatial networks of H-bonds is an important and fundamental task of the physical chemistry of liquids and solutions. The results of the following research methods will be used and compared: 1. molecular dynamics, quantum chemistry and vibrational spectroscopy; 2. graph theory, percolation and the Voronoi-Delaunay method; 3. NMR - the spin-echo method, dielectric. spectroscopy; 4. methods of physical and chemical analysis; 5. dynamic light scattering. The relevance of this project is also in the wide application of aqueous solutions of these series in cryobiology and medicine, in sol-gel reactions, in the synthesis of "soft" materials, in the activation of polymers, in surfactant solutions, etc. The results of this project will not only provide an opportunity to explain, but also predict a number of specified properties and processes. The work has both a fundamental and an important applied character. [1] Rodnikova M.N., Chumayevsky N.A., Journal of Engineering Chemistry, 2006. T.47. Appendix. S154-161 [2] Rodnikova M.N. in the book. «Structural self-organization in solutions and at the interface phases» М.2008 С.151-198

Ожидаемые результаты проекта – выявление роли смешанной пространственной сетки Н-связей в особенностях термодинамических и кинетических свойств смешанных растворителей и в особенностях неэлектролитных растворов на их основе. На основании этих результатов – рекомендации смешанных растворителей для поглощения газов, объяснение устойчивых жидко-газовых систем, получение мицеллярных растворов, применение в криобиологии, благодаря сильному переохлаждению жидкой фазы.

Научная группа М.Н. Родниковой давно занимается исследованием жидкостей с пространственной сеткой водородных связей. Первая публикация – Журн. физ. химии 1993. Т.67. №2. С.275. Выявлены основные свойства этих сеток и их оценки: устойчивость измеряется изотермической сжимаемостью, лабильность – объемной вязкостью, упругость – модулем объемного сжатия, скоррелированность разных видов движения частиц, образующих сетку – равенство энергий активации поступательного и вращательного движений. Настоящий проект является продолжением этих работ – исследованием смешанных пространственных сеток в смешанных растворителях. Кроме фундаментального значения – описания структур смешанных растворов, обладающих пространственной сеткой Н-связей, проект имеет и большое прикладное значение. Именно со смешанными жидкими системами мы сталкиваемся в природных и технологических условиях, особенно с водными растворами.