Microscale pH inhomogeneity in frozen NaCl solutions

文献情報

出版日 2021-08-11
DOI 10.1039/D1CP01655E
インパクトファクター 3.676
著者

Shun Kataoka, Makoto Harada, Tetsuo Okada


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要旨

When an aqueous solution freezes at temperatures above the eutectic point, a freeze concentrated solution (FCS) is separated from the ice phase. Reactions of environmental importance often occur in the FCS and, in some cases, are accelerated compared to those in solution conditions. The pH of the FCS is an essential factor governing the thermodynamics and kinetics of the reactions occurring therein. It is known that freezing of aqueous NaCl causes an increase in the FCS pH, which arises from the difference in the partition to the ice phase between Na+ and Cl−. It has also been shown that H+ and other ions show surface-specific behaviors on ice. Although the details are not known, the ice/FCS interface can also affect the behaviors of ions. In this study, the pH distribution in the FCS is evaluated using ratiometric fluorescence microscopy, and the pH inhomogeneity is confirmed for frozen aqueous NaCl. However, interestingly, buffered solutions and frozen aqueous glycerol result in a uniform pH value. The pH in frozen NaCl is always higher near the ice/FCS interface than in the middle of the FCS vein.

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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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