Хімія і хімічні технології / 5. Фундаментальні проблеми

створення нових матеріалів і технологій

К.т.н. Діхтяренко М.Г.

Черкаський державний технологічний університет, Україна

Фізико-хімічні основи процесів активації води

Термін "активація" означає індуковане зовнішньою дією тимчасове відхилення властивостей речовини від стану термодинамічної рівноваги при сталих температурі та хімічному елементному складі.

Речовина в термодинамічно нерівноважному (метастабільному або активованому) стані володіє надлишком внутрішньої потенціальної енергії, яка поступово розсіюється або швидко зменшується в процесі різних фізико-хімічних взаємодій, обумовлюючи, таким чином, її аномальну активність [1]. Активовану воду не можна розглядати як термодинамічно рівноважну систему, яка повинна повертатися у вихідне положення одразу після закінчення фізичного впливу миттєво (10^-9с). Час релаксації для активованої води складає години, дні і навіть роки. Швидкість релаксації залежить від умов енергообміну електроактивованого розчину з навколишнім середовищем. Чим менший об’єм розчину і більша поверхня енергообміну (поверхня розділу фаз), тим швидше відбувається процес релаксації. Після релаксації вода повертається до вихідного стану, тобто набуває своїх початкових властивостей [2].

Сьогодні точно встановлено, що такі способи активації води, як омагнічування, "озвучування", освітлювання, охолодження, нагрівання, заморожування, дегазація, електроактивація викликають тимчасові зміни її фізичних, хімічних та біологічних властивостей [3-5].

Тала і свіжоконденсована вода. Зміна властивостей талої та свіжоконденсованої води пояснюється структурним перерозподілом молекул в рідині. Рентгеноструктурний аналіз показав [3], що структура води змінюється із зміною температури. Так при температурі 0°C чиста вода має структуру ідентичну структурі льоду. Тала вода відрізняється від льоду меншою міцністю водневих зв’язків і більшою розмитістю каркасної решітки, а від звичайної води – довготривалою наявністю в ній льодоподібних структур.

Існує гіпотеза, що аномальні властивості талої води пояснюються утворенням в ній вільних радикалів, які з’являються внаслідок виникнення різниці потенціалів на границі "вода – лід".

Дегазована вода. Вода, дегазована внаслідок кип’ятіння, а потім швидко охолоджена набуває аномальних властивостей. В табл. 1 наведені фізико-хімічні параметри дистильованої води до і після дегазації. Заміри виконувались при 20°С [6].

Таблиця 1

Порівняння властивостей дистильованої і дегазованої води

Показник	Дистильована вода	Дегазована вода
Вміст кисню, мг/л	9,05±0,14	4,25±0,88
Питома електропровідність ·10^6, См/см	3,63	2,95
Водневий показник (рН)	6,00	8,15
Поверхневий натяг, мН/м	72,75	75,32

Збільшення поверхневого натягу дегазованої води на 2,57 Н/м характеризує зміну вільної енергії поверхні, яка завжди спрямована на зменшення. А якщо вільна енергія поверхні зростає, то проходить перебудова поверхневого шару дегазованої води, в результаті чого зміцнюються міжмолекулярні зв’язки в ній.

Вода, активована механічними і механоакустичними способами. До них належать активація води ультразвуком, електрогідравлічним ударом, механічним диспергуванням тощо. Під впливом ультразвуку у воді виникають кавітаційні пустоти – бульбашки, на поверхні яких внаслідок нерівномірного розподілу зарядів може виникнути досить велика різниця потенціалів (до декількох сот В/см). У результаті розрядів проходить збудження, іонізація компонентів середовища з утворенням іонів і вільних радикалів: перекису водню, гідроксильних радикалів, атомарного водню, кисню та інше. Таким чином, під дією ультразвуку у воді проходять хімічні перетворення, які зумовлюють зміну її властивостей. Іноді спостерігається світіння води, обробленої ультразвуком, – це випромінюють світло збуджені молекули води. До активних рідин можна віднести воду, опромінену γ-опроміненням, зарядженими частками (радіоліз) і ультрафіолетовими променями (фотоліз). При таких впливах на воду також проходить розрив міжмолекулярних зв’язків з утворенням вільних радикалів, тимчасово збільшується електропровідність, з’являються аномальні відновні властивості, пов’язані з виникненням гідратованого електрона і атомарного водню. Поява цих часток у воді доведена експериментально [6].

Омагнічування води. Суть процесу - водні системи піддаються впливу магнітних полів невисокої напруженості на протязі долі секунди. Таку дію правильніше називати електромагнітною обробкою, так як при омагнічуванні водних систем є умови для виникнення електричного поля: електропровідна водна система переміщується в магнітних полях, а в деяких випадках і магнітні поля змінюються в часі. Таким чином, водна система зазнає комбінованого електромагнітного впливу. Механізм такої дії можна пов¢язувати з явищами резонансного типу. Згідно цієї гіпотези, молекули води, їх асоціати, гідратовані іони та мікрочастинки домішок води здійснюють безперервні коливальні рухи, яким відповідає певний енергетичний рівень. При дії на таку систему поля оптимальної частоти можливий резонанс, який супроводжується виникненням квантів енергії, здатних деформувати зв’язки, змінювати структурну характеристику системи. Таким чином, магнітне поле є своєрідним аналогом каталізатору, який впливає на структуру води та її гідратаційну властивість [7].

Електроактивація. Вперше термін "електроактивація" з'явився у публікаціях [8-10] ташкентської групи науковців, які працювали за цією темою з 1974 року в системі Мінгазпрому СРСР.

Суть процесу електроактивації води полягає в пропусканні постійного електричного струму через водну систему з послідуючим видаленням рідких продуктів активації – католіту й аноліту. Основною умовою активації водних систем є введення в розчин електронів біля катоду і видалення їх біля аноду. Перехід електронів через міжфазну межу "електрод-електроліт-електрод" супроводжується електрохімічними реакціями, серед яких основною є реакція розкладу води шляхом електролізу. Теоретичні основи процесу електролізу води висвітлені в багатьох наукових статтях, патентах.

Література

1. Самойлов О.Я. Структура водных растворов электролитов и гидратация ионов / О.Я. Самойлов – М.: Химия, 1957. – 127 с.

2. Яшкичев В.И. Вода, движение молекул, структура, межфазные процессы и отклик на внешнее воздействие / В.И. Яшкичев – М.: АГАР, 1996. – 88 с.

3. Гуман А.К. Особенности талой воды / А.К. Гуман // Строение и свойства воды в живых организмах. – Л.: Наука, 1966. – С. 179 – 189.

4. Кульский Л.А. Вода знакомая и загадочная / Л.А. Кульский, В.В. Даль, Л.Г. Ленгина. – К.: Рад. школа, 1982. – 120 с.

5. Летников Ф.А. Активированная вода / Ф.А. Летников, Т.В. Кащеева, А.Ш. Минцас – Новосибирск.: Наука, 1976. – 190 с.

6. Химия – традиционная и парадоксальная / [Ступин Д.Ю., Хрипун М.К., Скоробогатов Г.А. и др.] – Л.: Из-во Ленингр. ун-та, 1985. – 12 с.

7. Классен В.И. Омагничивание водных систем / В.И Классен – М.: Химия, 1982.– 296 с.

8. Активированные вещества. Некоторые вопросы теории и практики. / [В.М. Бахир, А.Р. Агаджанов, У.Д., Мамаджанов и др.] // Известия Ан УзССР. Серия технич. наук. – 1981. – №5. – С. 45 – 48.

9. Механизм изменения реакционной способности активированных веществ / [В.М. Бахир, П.А. Кирпичников, А.Г. Лиакумович и др.]. // Известия Ан УзССР. Серия технич. наук. – 1982. – №4. – С. 34 – 38.

10. Бахир В.М. Электрохимическая активация. : Ч. 1, 2. / Бахир В.М. ‑ М.: ВНИИИМТ НПО "ЭКРАН", 1992. ‑ 401 с.