ИСТИНА

О термодинамическом описании фазового, химического и адсорбционного равновесия влаги в мерзлых породах. Как известно наиболее существенное влияние на величину понижения температуры замерзания оказывет капиллярная,адсорбционная и осмотическая связь влаги. В зависимости от условий промерзания, состава и строения пород влияние типа связи может быть доминирующим либо незначительным. Поэтому необходима разработка термодинамической концепции общего опи- сания фазового, химического и адсорбционного равновесия влаги в поро- де. Приводится анализ имеющихся в литературе термодинамических моделей показавший, что модели для незасоленных пород имеют,как правило, огра- ничения на применимость для случая наличия растворенных ионов, а моде- ли, позволяющие это учесть, не имеют предельного перехода на пресные породы и кроме того, не учитывают важного экспериментального факта, эффекта эвтектического замерзания порового раствора. Обсуждается ряд других экспериментальных фактов обуславливающих трудности в термодина- мической трактовке этого вопроса. В основу предлагаемого метода положены экспериментальные результаты указывающие на то, что незамерзшая вода является структурно и энерге- тически неоднородной. Применяя последовательно термодинамический под- ход делаем вывод, что незамерзшая вода рассматриваемая обычно как фаза компонента Н2О, на ряду со льдом и паром, таковой в термодинамическом плане не является. Согласно классического определения фаза - это сово- купность частей термодинамической системы одинаковых по всем химичес- ким и физическим свойствам, не зависящим от количества вещества. Сле- довательно, величина химического потенциала, определяемая в термодина- мике как удельный параметр общего изобарно-изотермического потенциала Гиббса,в этом случае будет иметь характер определенного осреднения по числу разнородных частиц. Поэтому предлагаем: считать, что незамерзшая вода не является фазой, а состоит как минимум из двух компонентов с разными свойствами, такое разделение кореллирует с принятым в грунтоведении понятием "прочно" и "рыхло" связанная вода; условно отождествляем эти категории с полиме- рами и мономерами и трактуем незамерзшую воду как бинарный раствор, даже в отсутсивии растворенных ионов; условно считаем, что при наличии растворенных ионов, они присутствуют только в одном компоненте, вторая компонента-как бы нерастворяющий объем, при чем первый компонент имеет эвтектические точки, а второй, в интересующем диапазоне температур, остается в жидком или аморфном состоянии. Используя предлагаемый подход, в докладе развиваются качественные и количественные модели позволяющие связать различные виды равновесия поровой влаги и проанализировать ряд экспериментальных результатов трудно интерпретируемых в рамках известных представлений. I.A. Komarov (Faculty of Geology, Moscow State University) Thermal description of phase, chemical, and adsorption moisture equilibrium in frozen soils It is well known that capillary, adsorption, and osmotic bonds of moisture effect most substantially on the value of freezing point depression. The effect of the bond type can be dominant or insignificant depending upon freezing conditions, composition and structure of soil. Therefore, there is a need to develop a thermodynamic concept for describing phase, chemical, and adsorption equilibrium. Analytical treatment of published thermodynamic models has been presented. It shows that models for nonsaline soils are limited for the case of a presence of dissolved ions. Models that make it possible to take this fact into consideration don’t have limiting transition to nonsaline soils and take no account for the effect of eutectic freezing of pore solution. The basis for the proposed procedure for description are facts obtained by way of experimentation. These facts show that unfrozen water is inhomogeneous in respect of structure and energy. Using a thermodynamic approach we can draw the conclusion that unfrozen water must not be considered as a phase component of H2O from the thermodynamic standpoint, as a phase is an assembly of system parts that possess the same chemical and physical properties, by classical definition. Consequently, the chemical potential being defined as a specific parameter of Gibbs free energy will in this case have a character of a particular averaging by a number of unlike particles. Therefore, we propose (1) to consider that the unfrozen water is not a phase and is composed of at least 2 components that have distinct properties (this fact corresponds to the concept of firmly- and loosely-bond water accepted in soil science); (2) to identify these categories of moisture with polymers and monomers, by convention; (3) to consider that the unfrozen water represents binary solution even in the absence of dissolved ions; (4) to consider by convention that in the presence of dissolved ions they are present in one component only, while the second component is as if a “nondissolving volume”; the first component has eutectic points, while the second one is still in liquid or amorphous state even under low temperatures. Using the proposed approach we develop qualitative and quantitative models that allow us to relate various types of equilibrium with each other and to treat analytically a set of experimental results that are difficult to be interpreted in the context of present concepts.