Время ядерной спин-решеточной релаксации воды Т1 при 21 °С

Сравнение величин D Т ₁, наблюдающихся при растворении солей, с данными табл. 4 показывает, что соли, уменьшающие время Т ₁ (D Т ₁ < 0), соответственно уменьшают и подвижность молекул воды, так как они действуют на воду так же, как и уменьшение температуры воды; введение соли KCl действует на воду так же, как и увеличение температуры, т. е. соль KCl увеличивает подвижность молекул воды.

Суммарный эффект воздействия температуры и солей выражается понятием "структурная температура" раствора, введенным Берналом и Фаулером. Физический смысл этого термина состоит в том, что при определенной температуре раствора структура воды в нем (по какому-нибудь свойству) будет аналогична структуре чистой воды. Величина структурной температуры морской воды зависит от суммарного эффекта гидратации растворенных ионов. Уменьшение времени спин-решеточной релаксации прямо пропорционально солености воды (рис. 3) [7]. Из рисунка следует, что переход от дистиллированной воды к морской с соленостью 35 ‰ при 21 °С приводит к уменьшению времени Т ₁ на (0.17¸0.19) с, т. е. D Т ₁ = –(0.17¸0.19) с.

Рис. 3. Зависимость времени спин-решеточной релаксации
от солености морской воды

Как видно из табл. 4, увеличение температуры дистиллированной воды от 15 до 25 °С приводит к увеличению времени спин-решеточной релаксации от 2.55 до 3.37 с(среднее значение D Т ₁/D t для приведенного интервала равно +0.082 с/К). Разделив величину уменьшения D Т ₁ = –(0.17¸0.19) с на +0.082 с/К, получим D t = –(2.07¸2.32) К. Следовательно, увеличение солености от 0 до 35 ‰ равнозначно уменьшению температуры дистиллированной воды примерно на 2°. Это означает, что структурная температура морской воды при S = 35 ‰ около 2 °. Данное значение структурной температуры совпадает с понижением температуры замерзания морской воды при солености 35 ‰. Следовательно, изменения температуры замерзания, растворимости в морской воде неполярных газов и времени спин-решеточной релаксации взаимосвязаны, т. е. имеют общий механизм. Это означает, что методом ядерного магнитного резонанса можно определять растворимость и температуру замерзания растворов.