ИК спектры криоконденсатов изотопической смеси воды при термоциклировании

Abstract

Измерены ИК спектры тонких пленок вакуумных конденсатов изотопической смеси воды в пропорции H₂O (10%), HDO (50%) и D₂O (40%). Конденсация осуществлялась на металлическом зеркале из инвара в интервале температур 30-130 К при давлении газовой фазы в ходе криоосаждения 6,7·10⁻⁴ Па. В процессе отогрева этих криоконденсатов происходят структурные превращения, приводящие к изменению энергии водородных связей между молекулами. Проведенные расчеты для различных типов валентных колебаний смеси показали, что это соответствует уменьшению энтальпии водородной связи при повышении температуры. Увеличение температуры криоконденсатов, образованных при 30 К, приводит к значительному уменьшению частот полос поглощения, соответствующих деформационным колебаниям молекул D₂O и HDO. В диапазоне частот либрационных колебаний при повышении температуры обнаружено существенное изменение спектра криоконденсата изотопической смеси воды. Причиной этого, по-видимому, является термостимулированный протон-протонный и дейтрон- дейтронный обмен между молекулами D₂O и HDO.

The IR spectra are measured for thin films of vacuum condensates of an isotopic water mixture in the proportions H₂O (10%), HDO (50%), and D₂O (40%). The condensation was done on an Invar metal mirror in the temperature interval 30–130 K at a pressure of the gas phase during cryocondensation of 6.7×10⁻⁴ Pa. Warming of these cryocondensates is accompanied by structural transformations which lead to a change of the energy of the hydrogen bonds between molecules. Calculations for the various types of stretching vibrations of the mixture show that this corresponds to a decrease of the enthalpy of the hydrogen bond with increasing temperature. Increasing the temperature of the cryocondensates formed at 30 K leads to a significant decrease of the frequencies of the absorption bands corresponding to deformation vibrations of the D₂O and HDO molecules. In the frequency range of the librational vibrations a substantial change of the spectrum of the cryocondensate of the isotopic water mixture is observed with increasing temperature. The cause of this is apparently thermally stimulated proton–proton and deuteron–deuteron exchange between the D₂O and HDO molecules.