Влияние водородных связей на диаграммы состояния криопротекторных растворов
Saved in:
| Published in: | Проблемы криобиологии и криомедицины |
|---|---|
| Date: | 2015 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України
2015
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/137119 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Влияние водородных связей на диаграммы состояния криопротекторных растворов / С.С. Севастьянов, А.И. Осецкий // Проблемы криобиологии и криомедицины. — 2015. — Т. 25, № 2. — С. 169. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-137119 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Севастьянов, С.С. Осецкий, А.И. 2018-06-16T23:47:54Z 2018-06-16T23:47:54Z 2015 Влияние водородных связей на диаграммы состояния криопротекторных растворов / С.С. Севастьянов, А.И. Осецкий // Проблемы криобиологии и криомедицины. — 2015. — Т. 25, № 2. — С. 169. — рос. 0233-7673 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/137119 ru Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України Проблемы криобиологии и криомедицины Тезисы Влияние водородных связей на диаграммы состояния криопротекторных растворов Influence of hydrogen bonding on the state diagram of cryoprotective solutions Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Влияние водородных связей на диаграммы состояния криопротекторных растворов |
| spellingShingle |
Влияние водородных связей на диаграммы состояния криопротекторных растворов Севастьянов, С.С. Осецкий, А.И. Тезисы |
| title_short |
Влияние водородных связей на диаграммы состояния криопротекторных растворов |
| title_full |
Влияние водородных связей на диаграммы состояния криопротекторных растворов |
| title_fullStr |
Влияние водородных связей на диаграммы состояния криопротекторных растворов |
| title_full_unstemmed |
Влияние водородных связей на диаграммы состояния криопротекторных растворов |
| title_sort |
влияние водородных связей на диаграммы состояния криопротекторных растворов |
| author |
Севастьянов, С.С. Осецкий, А.И. |
| author_facet |
Севастьянов, С.С. Осецкий, А.И. |
| topic |
Тезисы |
| topic_facet |
Тезисы |
| publishDate |
2015 |
| language |
Russian |
| container_title |
Проблемы криобиологии и криомедицины |
| publisher |
Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Influence of hydrogen bonding on the state diagram of cryoprotective solutions |
| issn |
0233-7673 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/137119 |
| citation_txt |
Влияние водородных связей на диаграммы состояния криопротекторных растворов / С.С. Севастьянов, А.И. Осецкий // Проблемы криобиологии и криомедицины. — 2015. — Т. 25, № 2. — С. 169. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT sevastʹânovss vliânievodorodnyhsvâzeinadiagrammysostoâniâkrioprotektornyhrastvorov AT oseckiiai vliânievodorodnyhsvâzeinadiagrammysostoâniâkrioprotektornyhrastvorov AT sevastʹânovss influenceofhydrogenbondingonthestatediagramofcryoprotectivesolutions AT oseckiiai influenceofhydrogenbondingonthestatediagramofcryoprotectivesolutions |
| first_indexed |
2025-11-24T02:34:05Z |
| last_indexed |
2025-11-24T02:34:05Z |
| _version_ |
1850840100511940608 |
| fulltext |
Влияние водородных связей на диаграммы состояния
криопротекторных растворов
С.С. Севастьянов, А.И. Осецкий
Институт проблем криобиологии и криомедицины НАН Украины, г. Харьков
Influence of Hydrogen Bonding on the State Diagram of Cryoprotective Solutions
S.S. Sevastianov, A.I. Osetsky
Institute for Problems of Cryobiology and Cryomedicine
of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kharkov, Ukraine
Способность криопротекторных веществ связывать
молекулы воды с помощью водородных связей (H-
связей) лежит в основе их криозащитных свойств. При
этом для большинства используемых в практической
криобиологии криопротекторных растворов значения
энергии H-связей лежат в пределах 3–7 ккал/моль.
Поскольку среднее значение энергии связывания <εH> в
данном случае относительно небольшое (2,5×103 К), то
влияние H-связей на структуру раствора при комнатных
температурах незначительно. Это следует из оценки
частоты w разрыва этих связей в AnBm-комплексах, где n
и m – количество молекул воды А и криопротекторного
вещества В соответственно.
Согласно уравнению Аррениуса
exp( )Hw
k T
εν ϕ < >= ⋅ ⋅ −
⋅ ,
где ν – частота тепловых колебаний молекул в АВ-
комплексе; ϕ – стерический фактор; постоянная Больц-
мана (k = 1,38×10–16 эрг/град); Т – температура.
Из представленного уравнения следует, что при
комнатных температурах w~ 106 с–1, т. е. большую часть
времени молекулы воды в растворе находятся в свобод-
ном состоянии. Однако с понижением температуры
ситуация кардинально изменяется. Так, уже при T < 200
K величина w уменьшается до значений порядка 10 с–1 и
ниже, т. е. стабильность АВ-комплексов резко повышает-
ся. Это практически исключает образование отдельных
кристаллов льда и, как следствие, эвтектическую кристал-
лизацию охлаждаемых криопротекторных растворов.
В связи с этим в работе рассматриваются принципы
построения диаграмм состояния, описывающих кластер-
ную кристаллизацию, которая является альтернативой
эвтектической. Согласно этим диаграммам микрокрис-
таллы льда образуются в составе кластеров без разрыва
H-связей. Данный процесс протекает в широком темпе-
ратурном диапазоне и завершается при достижении
температур стеклования жидких микрофаз. Этот факт
исключает целый ряд противоречий между эксперимен-
тальными данными и закономерностями эвтектической
кристаллизации.
В работе также анализируется соответствие кластер-
ных диаграмм состояния правилу равновесия фаз и выте-
кающему из него условию размерности границ между
областями существования фаз.
Cryoprotective substance’s ability to bind water mole-
cules via hydrogen bonding (HB) underlies their cryopro-
tective properties. For the majority of cryoprotective solu-
tions used in practical cryobiology the value of HB energy
lies in the range of 3–7 kcal/mol. Since the average value of
the binding energy <εH> in this case is relatively small
(2.5×103K), the effect of HB influence on the solution
structure at room temperature is negligible. It follows from
the estimation of w, the frequency of rupture of these bonds
in complexes AnBm, where n and m are the number of water
molecules A and cryoprotective agent B, respectively.
According to Arrhenius equation,
exp( )Hw
k T
εν ϕ < >= ⋅ ⋅ −
⋅ ,
where ν is the frequency of the thermal vibrations of mole-
cules in complex AB, ϕ is the steric factor, k is Boltzmann
constant (1.38×10–16 erg/deg), T is temperature.
From the equation it implies that at room temperature
w~ 106 sec–1, i.e. most of the time the water molecules in a
solution are in a free state. However, with decreasing
temperature, the situation is substantially changed. For
example, already at T < 200 K the value of w decreases to
values of the order 10 sec–1 or less, i.e. the stability of AB-
complexes increases. This almost eliminates the formation
of individual ice crystals and, as a result, eutectic crystal-
lization of cooled cryoprotective solutions.
In this regard, the paper deals with the principles of
plotting of state diagrams describing the cluster crystalliza-
tion, which is an alternative to the eutectic one. According
to these diagrams, the ice microcrystals are formed within
clusters without breaking HB. This process occurs in a wide
temperature range, and terminates when achieving the glass
transition temperature of liquid microphases. This fact elimi-
nates a range of discrepancies between the experimental
data and the laws of eutectic crystallization.
The study also involves the analysis of conforming the
cluster phase diagrams to the rule of phase equilibrium and
stemming therefrom condition of dimensions of the boun-
daries between regions of phase existence.
проблемы криобиологии и криомедицины
problems of cryobiology and cryomedicine
том/volume 25, №/issue 2, 2015
169
|