BARBOTAGE CHEMICAL EFFECTS: THEIR TYPES, MECHANISMS OF OCCURRENCE AND GEOCHEMICAL MANIFESTATIONS

Authors

  • С. В. Кушнір Інститут геології і геохімії горючих копалин НАН України, м. Львів, Ukraine
  • М. В. Кость Інститут геології і геохімії горючих копалин НАН України, м. Львів, Ukraine
  • Р. П. Козак Інститут геології і геохімії горючих копалин НАН України, м. Львів, Ukraine

DOI:

https://doi.org/10.20535/2218-93002032016122679

Keywords:

water, solutions, barbotage chemical effects (BCE), mechanisms of BCE, structural temperature of water, marine aerosols

Abstract

The changes of pH and Eh in water and aqueous NaCl – solutions at 20 °C during the transmission of pure gases (N2, O2, air, CO2) in different modes of barbotage are experimentally investigated. The results are analyzed taking into account modern notions of the structure of liquid water and its surface (interface). Generally, the barbotage process consists of two stages: I – the first 10 minutes with the rapid increasing in pH and decreasing in Eh due to leaching of dissolved CO2 and O2; II – up to 2-3 hours when Eh continues to decrease slowly, but pH can increase (alkaline BCE) or decrease (acid BCE), indicating the acidic nature of gas/water surface and aerosols produced during barbotage. Special experiments on the magnetic stirrer showed that noticeable changes in pH and Eh begin only after the transition from laminar regime of mixing to turbulent, which leads to a significant increasing of the structural temperature of water and a corresponding reduction in the solubility of oxygen and Eh values. This is the main reason for the changes at the first step of barbotage, which can be called as the turbulent BCE. We must highlight the differentiation of ions during barbotage in mixed salt solutions. To explain this phenomenon of ion BCE, the hypothesis of neutral ion pairs has been proposed and substantiated, which satisfactorily explains the genesis and properties of marine aerosols.

References

Хорн Р. Морская химия (структура воды и химия гидросферы) / Р. Хорн. — М.: Мир, 1972. — 398 с.

Bhattacharyya J. Charge Separation from the Bursting of Bubbles on Water / J. Bhattacharyya, J. T. Maze, G. E. Ewing, M. F. Jarrold // J. Phys. Chem. A. — 2011. — 115. — P.5723—5728.

Chaplin M. Theory VS Experiment: What is the Surface Charge of Water? / M. Chaplin // Water. — 2009. — No 1. — P. 1—28.

Blanchard D. C. The electrification of the atmosphere by particles from bubbles in the sea / D. C. Blanchard // Prog. Oceanogr. — 1963. — 1. — P. 71—202.

Bloch M. R. Jon Separation in Bursting Air Bubbles: an Explanation for the Irregular Jon Ratios in Atmospheric Precipitations / M. R. Bloch, D. Kaplan, V. Kertes, J. Schnerb // Nature. — 1966. — 209. — P. 802—803.

Щепак В. М. “Живая” правда o “живой” воде / В. М. Щепак // Геофиз. журнал. — 2008. — Т. 30. — № 2. — С. 91—115.

Кушнір С. В. Барботажний хімічний ефект і його вплив на властивості морської води / С. В. Кушнір, М. В. Кость, Р. П. Козак // Доповіді НАН України. — 2015. — № 2. — С. 89—95.

Краткий справочник по химии / И. Т. Гороновский, Ю. П. Назаренко, Е. Ф. Некряч. — К.: Изд-во АН УССР, 1962. — 659 с.

Растворимость некоторых газов в воде (при Т от 0 до 100 ºС) [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://www.dpva.into/Quide/Guide Physics/Solvability/Solubilityof SomeGases. – Дата звернення 15.08.2014.

Антропов Л. И. Теоретична електрохімія / Л. И. Антропов. — К.: Либідь, 1993. — 544 с.

Кушнір С. Структура і властивості чистої води за різних термобаричних умов (фізико-хімічний аналіз) / С. Кушнір // Мінералогічний збірник. — 2012. — № 62. — Вип. 2. — С. 236—245.

Федорова А. А. Поверхностное натяжение и адсорбция электролитов на границе раздела фаз водный раствор-газ / А. А. Федорова, М. В. Улитин // Журн. физич. химии. — 2007. — Т. 81. — № 7. — С. 1278—1281.

Hong-tao Bian. Increased interfacial thiskness of the NaF, NaCl and NaBr salt aqueous solutions probed with non-resonant surface second harmonic generation (SHG) / Bian Hong-tao, Feng Ran-ran, Xu Yan-yan, Guo Yuang, Wang Hong-Fei // Phys. Chem. Chem. Phys. — 2008. — No 10. — P. 4920—4931.

Антонченко В. Я. Основы физики воды / В. Я. Антонченко, А. С. Давыдов, В. В. Ильин. — К.: Наук. думка, 1991. — 672 с.

Кушнір С. В. Структура і властивості води при невисоких температурах / С. В. Кушнір // Чиста вода. Фундаментальні, прикладні та промислові аспекти: мат. ІІ Міжнар. наук.-практ. конф. (8–11 жовтня 2014 р., Київ) [Електронний ресурс]. — К.: НУТУ “КПІ”, 2014. — С. 105—108. — Режим доступу: http://wtwst.org.ua/Abstracts_PURE_WATER_2014.pdf. –Дата звернення 11.10.2014.

Bandura A. V. The ionization Constant of Water over Wide Ranges of Temperature and Density / A. V. Bandura, S. N. Lvovs // J. Phys. Chem. Ref. Data. — 2006. — 35, No 1. — P. 15—30.

Vacha R. Autoionization at the surface of neat water: is the top layer pH neutral, basic, or acidic? / R. Vacha, V. Buch, A. Milet, J. P. Devlin and P. Jungwirth // Proc. Nat. Academ Sci USA. — 2007. — 104, No 18. — P. 7342—7347.

Woutersen Sander Ultrafast Vibrational Structural Dynamics of the Proton in Liquid Water / Sander Woutersen, Huib J. Bakker // Phys. Rev. Letters. — 2006. — 96. — P. 138305/1—4.

Hong-tao Bian Specific Na+ and K+ cation effects on the interfacial water molecules at the air/aqueous salt solution interfaces probed with nonresonant second harmonic generation / Bian Hong-tao, Feng Ran-ran, Guo Yuang, Wang Hong-Fei // J. Chem. Phys. — 2009. — 130. — P. 134709/1м11.

Крайнов С. Р. Основы геохимии подземных вод / С. Р. Крайнов, В. М. Швец. — М.: Недра, 1980. — 285 с.

Справочник химика / под ред. В. П. Никольского. — М. —Л.: Химия, 1982. — 285 с.

Шопф Т. Палеоокеанология / Т. Шопф. — М.: Мир, 1982. — 311 с.

Букатый В. И. Измерение физико-химических характеристик воды при различных физических воздействиях с учетом переходных процессов / В. И. Букатый, П. И. Нестерюк // Ползуновский вестник. — 2010. — № 2. — С. 60—65.

Стыркас А. Д. Химические процессы в воде при ее движении / А. Д. Стыркас, И. Г. Никишина // Журнал неорган. химии. — 2009. — Т. 54. — № 6. — С. 1025—103

Published

2016-10-09

Issue

Section

Статті