Технічні науки / 3. Галузеве машинобудування

Д.т.н. Сілін Р.І., к.т.н. Гордєєв А.І., к.т.н. Баран Б.А.,

к.т.н. Урбанюк Є.А.

Хмельницький національний університет

ДОСЛІДЖЕННЯ КАВІТАЦІЙНО-МАГНІТНОГО ВПЛИВУ НА СТРУКТУРУ ВОДИ

Експериментальними дослідженнями фізико-хімічних властивостей чистої води та водних систем на даний час надійно встановлені окремі деталі будови води, її властивості за різних станів, однак поки що багато питань залишається без відповіді. Проте, саме структура та властивості чистої води визначають комплекс специфічних властивостей її як розчинника, особливо в порівнянні із іншими розчинниками.

Робота Дж. Бернала і Р. Фаулера [1], в якій запропонована тетраедроподібна модель молекули води з двома позитивними та двома негативними полюсами, фактично започаткувала сучасний етап вивчення структури води і водних розчинів. Специфічність фізико-хімічних властивостей води в значній мірі зумовлена наявністю водневих зв’язків між її молекулами. Незважаючи на велику кількість як теоретичних, так і експериментальних досліджень, фізична природа цих зв’язків поки остаточно не вияснена [2,3].

Існує декілька моделей структури води, а саме: континуальна [4], каркасна О.Я.Самолова [5], кластерна Г.Франка – В.Вена [6,7], солітонна [8]. Проте, вислів Р. Хорна, що жодна з теорій не є цілком задовільною, як і кожна не позбавлена істини [9], стосується також існуючих гіпотез про структуру води.

Суть активації води незалежно від способу активації полягає в руйнуванні кластерних структур і насичення води мономолекулами. Відомо багато способів насичення води мономолекулами, наприклад, перехід із твердого стану в рідкий при таненні льоду, насичення води газом з її наступною дегазацією, або так зване газування (мінералізовані води), нагрівання води до початку дегазації ("білий окріп") з наступним швидким охолодженням, обробка ультразвуком великої інтенсивності, гідрокавітацією [10] і, нарешті, вплив магнітного поля [11]. В усіх цих випадках отримуємо воду, у якій переважна кількість молекул за рахунок зміни її структури знаходиться у вільному (незв'язаному) стані. І тут немає будь-яких протиріч. Уся звичайна вода, яка попала в наш організм природним шляхом, у кінці кінців, буде розкладена до мономолекулярного стану.

Отже, суть активації води полягає у "насиченні” води мономолекулами. Реалізувавши це у будь-який відомий спосіб, можна зробити її придатною для безпосереднього використання організмом на цю процедуру в біохімічних реакціях без перевитрати енергії та часу [11]. Що ж буде відбуватися, наприклад, у живому організмі при вживанні активованої води? По-перше, і що дуже важливо, – активізується обмін речовин і, як наслідок, прискорюється виведення продуктів життєдіяльності. По-друге, мономолекули води хімічно активні у відношенні до кристалів гідратів, наприклад, до сполук вуглекислого кальцію (СаСО₃). У результаті цього сольові відкладення як найбільш хімічно нестійкі сполуки розкладаються на компоненти, що легко вимиваються під впливом активованої води. На цьому ефекті базується метод лікування захворювань, обумовлених відкладенням солей, а саме: лікування гіпертонічної хвороби склеротичного походження, остеохондрозу і нирково-кам'яної хвороби. Зокрема, при гіпертонічній хворобі склеротичного походження за умови вживання активованої води відбувається відновлення еластичності судин (особливо капілярів) за рахунок видалення відкладень солей та інтенсивнішого виведення продуктів метаболізму.

З наведених вище способів активації води найбільш зручним є спосіб впливу на воду магнітним полем. Суть методу полягає у тому, що при протіканні води чарез зону магнітного поля із великим градієнтом напруженості у кластерних структурах відбувається руйнування міжмолекулярних зв'язків, у результаті чого утворюються вільні молекули води.

Зворотній процес з'єднання молекул в асоціати (кластери) відбувається порівняно повільно. Вода, що пройшла через магнітне поле із великим градієнтом напруженості, в нормальних умовах з часом втрачає свої властивості. Це відбувається за період тривалістю від двох до трьох годин. Механізм руйнування міжмолекулярних зв'язків зумовлений короткочасним перетворенням молекул води зміною напрямку спінів атомів водню в молекулі води, що приводить до розриву зв'язків у структурі кластерів. Вплив магнітного поля на структуру води можливий лише при переміщенні водної субстанції відносно магнітного поля із великим градієнтом напруженості. Причому, ефект такого впливу зростає зі збільшенням активної зони та перепаду напруженості магнітного поля. Магнітне поле постійної напруженості потрібного ефекту не дає.

Отже, вплив гідрокавітації на водні розчини зводиться до єдиного процесу – розщеплення молекул води в кавітаційних пухирцях. Впливати на структуризацію води можна, застосувавши зворотно-поступальне переміщення рідини у вібраційній установці в кавітаційному режимі. Незалежно від природи розчинених у воді речовин, низькочастотні коливання активно впливають лише на воду, що приводить до змін її фізико-хімічних властивостей, а саме: збільшення показника рН, електропровідності, числа вільних іонів і активних радикалів, структуризації та активації молекул води.

Авторами запропоновано обладнання для кавітаційно-магнітної обробки води. [12]. Загальний вид експериментального обладнання показаний на рис.1.

Рис.1- Загальний вигляд експериментальної установки

Із використанням методики експериментальних досліджень фазової структури речовин, що застосовується при дослідженні фазової структури рідких кристалів, було встановлено, що питна вода, якій притаманна висока біологічна активність («жива вода») має характерну упорядковану фрактальну структуру. Фрактальні структурні утворення (кластери) були експериментально зафіксовані навіть для води із крана, обробленої у запропонований спосіб.

Для порівняння були взяті звичайна необроблена питна вода з крана, і два зразки обробленої води, з яких перший оброблений лише гідрокавітацією, другий - гідрокавітацією та проходженням через магнітне поле. На добре очищене скло наносилася невелика кількість води, яка випаровується за кімнатних умов. Слід, отримаий після випарювання, фотографували та досліджували кристалооптично. Структурні утворення, отримані на зразках, показані на рис.2, 3 і 4.

Рис. 2. Слід необробленої води Рис.3. Слід води після гідрокавітаційної

обробки

Рис.4. Слід води після обробки гідрокавітацією та магнітним полем

На рис.2 структура осаду має нерівномірний характер. По краях та в центрі осаду спостерігається висока щільність та кристалічні утворення, що свідчить про незрівноважений енергетичний стан води. На рис.3 структура осаду рівномірніша, по краях та у центрі видно незначні кристалічні утворення. На рис.4 структура осаду дрібнокристалічна та більш структурована, спостерігається більше розтікання краплі, що свідчить про зменшення поверхневого натягу води після обробки.

Таким чином, експериментальні дослідження показали доцільність комплексного використання магнітного впливу та гідродинамічної кавітації, що досягається у вібраційному обладнанні. Кавітаційно-магнітна обробка води за рахунок вищенаведених впливів дозволяє досягти ефекту структуризації води та інтенсифікації фізико-хімічних перетворень у водних потоках.

Джерела інформації:

1. Bernal J.D., R.H. Fowler Структура воды и ионных растворов / Успехи физ.наук. – 1934. – Т. 14, №5. – С. 586–644.

2. Бродский А.И. Роль водородных связей в процессах протонов / Водородная связь. – М.: Наука, 1964. – C. 115–125.

3. Коулсон Ч. Валентность Пер. с англ.– М: Мир, 1965.– 409 с.

4. Pople I.A. Molecular association in liquid. II A theory of the structure of water / Proc. Roy. Soc. – 1951. – V.A250, N1081. – P. 163– 178.

5. Самойлов О.Я. Координационное число в структуре некоторых жидкостей / Журн.физ.химии. – 1946. – Т.20, №12. – С. 1411–1414.

6. Frank H.S., W.Y.III.Wen. Ion solvent interaction. Structural aspects of Ion-solvent interaction in aqueous solution: a suggested picture of water structure / Disc. Faraday Soc. – 1957. – N24. – P. 133–140.

7. Маленков Г.Г. Структура кластеров, содержащих молекулы воды / Вода в дисперсных системах. – М.: Химия, 1989. – С. 132–147.

8. Давидов А.С. Влияние электрон-фононного взаимодействия на движение электрона в одномерной молекулярной системе / ТМФ. – 1979. – Т.40, №3. – С. 408–421.

9. Хорн Р. Морская химия, Пер с англ. – М.: Мир, 1972. – С. 33.

10. Федоткин И.М. Кавитация. Кавитационные енергетические аппараты и установки /И.М. Федоткин, С.И. Гулый. – К.: Арктур – А. – 1998.– 130 с.

11. Белявский А.І. Вода - самое необыкновенное вещество на Земле. //Електрик . №10 –2004.- С.20-21.

12. Гордєєв А.І, Баран Б.А., Бережнюк А.К., Сорока І.І. Пристрій для кавітаційно-магнітної обробки води// Materiali III miedzynarodowej naucowi-practicznej konferencji «WIADOMOSCI NAUKOWEJ MYSLI – 2007» 01-15 listoda 2007 roku. Tym 12 Technicsne nauki. Budownictwo I architecktura Fizyczna kultura I sport/ Przemysl. Nauka I studia. 2007. С 26-28.