Urea hydration from dielectric relaxation spectroscopy: old findings confirmed, new insights gained

文献情報

出版日 2015-12-24
DOI 10.1039/C5CP07604H
インパクトファクター 3.676
著者

Vira Agieienko, Richard Buchner


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要旨

We report results on urea hydration obtained by dielectric relaxation spectroscopy (DRS) in a broad range of concentrations and temperatures. In particular, the effective hydration number and dipole moment of urea have been determined. The observed changes with composition and temperature were found to be insignificant and mainly caused by the changing number density of urea. Similarly, solute reorientation scaled simply with viscosity. In contrast, we find that water reorientation undergoes substantial changes in the presence of urea, resulting in two water fractions. The first corresponds to water molecules strongly bound to urea. These solvent molecules follow the reorientational dynamics of the solute. The second fraction exhibits only a minor increase of its relaxation time (in comparison with pure water) which is not linked to solution viscosity. Its activation energy decreases significantly with urea concentration, indicating a marked decrease of the number of H-bonds among the H2O molecules belonging to this fraction. Noncovalent interactions (NCI) analysis, capable to estimate the strength of the interactions within a cluster, shows that bound water molecules are most probably double-hydrogen bonded to urea via the oxygen atom of the carbonyl group and a cis-hydrogen atom. Due to the increased H-bond strength compared to the water dimer and the rigid position in the formed complex the reorientation of these bound H2O molecules is strongly impeded.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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