Баран Б.А., Голонжка В.М., Хрящевський В.М.

ДІЯ ВИСОКОЧАСТОТНОГО ЕЛЕКТРИЧНОГО ПОЛЯ НА ВОДУ

На даний час існує більше 20 різних моделей структури рідкої води, однак жодна з них не може повністю описати всю сукупність її властивостей. В більшості випадків рідку воду розглядають, як сукупність різних полімерів (олігомерів, кластерів), які утворені водневими зв’язками між окремими молекулами води. Внаслідок цього вода є термодинамічно нерівноважною системою з великою кількістю метастабільних станів і тому дуже чутливою до зовнішніх впливів. Число можливих способів з’єднання тетраедричних молекул води між собою та різних конфігурацій рідких кристалів на їх основі не обмежено. Згідно роботи [1] можливе структурне утворення (Н₂О)₅₇ у формі додекаедричного тетраедру і об’єднання 16 таких струкурних одиниць в єдиний конгломерат (Н₂О)₉₁₂. Під впливом тих чи інших факторів кількість різноманітних квазикристалічних фракцій у воді може змінюватися.

В ході різних експериментів було виявлено, що магнітні та електричні поля діють як на воду, так і на розчинені в ній речовини. В роботі [2] це було показано на прикладі впливу постійного магнітного, електромагнітного та електричного полів на проростання квасолі у воді та в розчині мінеральних добрив.

В даній роботі досліджувався вплив електричного поля на воду та на кінетику хімічних реакцій у водних розчинах. Для дослідів ми вибрали дві модельні реакції: окиснення тіоктової (ліпоєвої) кислоти йодом та гідроліз крохмалю в присутності ферменту амілази. Це зумовлено тим, що під дією магнітного поля швидкість окисно-відновних реакцій прискорюється, а реакцій гідролізу навпаки – сповільнюється. Це зумовлено збільшенням потенціалу електролітичного розкладу води і, відповідно, зменшенням константи її дисоціації [3].

Опромінення води в окремих дослідах проводили за допомогою двох генераторів високочастотного електричного поля, які відрізнялися параметрами та конфігурацією поля (пристрої ВЕП-1 і ВЕП-2, рис.1).

а б

Рис.1. Схеми векторів електричного поля в пристроях ВЕП-1 (а) та ВЕП-2 (б)

Пристрій ВЕП-1 створює рівномірне електричне поле з постійним напрямком поширення. Електричне поле пристрою ВЕП-2 є нерівномірним з хаотичною зміною векторів. Нами були проведені досліди з впливу високочастотного електричного поля (110 кГц) при напрузі 10 кВ (ВЕП - 1) на дистильовану воду. Тривалість експозиції – 40 хв. Дія такого поля на воду до певної міри нагадує дію магнітного поля, тобто призводить до зростання “структурної температури”. Дослідження кінетики реакції окиснення тіоктової кислоти йодом показало, що співвідношення ефективної константи швидкості такої реакції в опроміненій воді k' до аналогічної константи в контрольному розчині k становить 2,2, тобто, швидкість такої реакції зростає в 2,2 рази. Після обробки дистильованої води електричним полем з іншими параметрами (ВЕП - 2) протягом 1 години співвідношення k'/k = 2,3, а після 2-х годинної обробки k'/k = 2,6. Значення рН при цьому зросло від 6,75 до 6,90, а електропровідність води зменшилася на 53,0%.

Дослідження кінетики гідролізу показали, що після обробки розчину крохмалю протягом 40 хв (ВЕП-1) k'/k = 1,33. Після обробки такого ж розчину з допомогою пристрою ВЕП-2 протягом 60 хв k'/k = 1,21, а після 2-х годинної обробки k'/k = 1,39. Отже, в обох випадках якісно дія електричного поля на воду аналогічна. Попередня обробка високочастотним електричним полем самої дистильованої води практично не впливає на швидкість гідролізу крохмалю, в той час як так ж попередня обробка магнітним полем сповільнює цю реакцію [4]. Окрім того, нами було досліджено вплив одночасної дії магнітного та електричного полів на кінетику окиснення тіоктової кислоти йодом. Для цього дистильована вода під час опромінення одночасно, за допомогою помпи, циркулювала протягом 2 годин через систему постійних магнітів з максимальною індукцією магнітного поля 250 мТл. Водневий показник води дещо підвищився – від 6,75 до 6,95, тобто ΔрН = 0,2. Електропровідність води при цьому зменшилася на 61,0%. Виявилося, що в середовищі такої води кінетика даної реакції змінюється: k'/k = 1,85, тобто, ця величина є меншою, ніж після обробки дистильованої води самим електричним полем протягом такого ж часу.

Згідно роботи [1] вода уподібнюється до ієрархічно упорядкованого рідкого кристалу. Зміна положення одного структурного елементу в цьому кристалі під дією будь-якого фактора, або зміна орієнтації елементів під впливом розчинених речовин забезпечує високу чутливість інформаційної системи води. Якщо ступінь збурення структурних елементів є недостатнім для перебудови всієї структури води в даному об'ємі, після припинення збурення система через 30-40 хв повертається у вихідне положення. Якщо ж перекодування, побто перехід до іншого взаємного розміщення структурних елементів води виявляється енергетично вигідним, то в такому стані відбувається кодуюча дія речовини, що викликала перебудову. Такою моделлю автор роботи [1] пояснює "пам'ять води" та її інформаційні властивості. Існує і інша версія, яка не суперечить розглянутій. Речовини, які містять ланцюги водневих зв’язків з трьохмірною структурою, назвали об’ємними в’язаними структурами [5]. В них відбувається утворення та руйнування водневих зв’язків, що утворюють надмолекулярні структури та деформація зв’язків. Моментальна взаємодія країв ланцюга, складеного з впорядкованих сегментів, є набагато слабшою, ніж взаємодія молекул в самому ланцюгу. Така поведінка води моделюється, як поведінка змотаної в клубок і слабо зшитої стрічки. В такій моделі енергія переноситься солітонами і їх кінетична енергія не перетворюється в енергію теплового руху. Електричні і магнітні поля впливають на положення точок фазового переходу клубок – глобула. Тому можна співставити такий вплив з виникненням в системі солітонів (стінок), які визначатимуть мікростани в такій мікросистемі. При зіткненні двох таких мікросистем вони можуть об’єднуватися, або розпадатися, що залежить від зовнішніх факторів, якими можуть бути електричні чи магнітні поля. Електричні і магнітні поля впливають також і на рух зарядів Н⁺, чим змінють їх вплив на кластери, а отже і на властивості води. Механізм такого впливу різний, що проявилося при сумісній дії електричного та магнітного полів на воду.

Література

1. Зенин С.В., Тяглов Б.В. Гидрофобная модель структуры ассоциатов молекул воды. // ЖФХ. – 1994. – Т.68(4). – С.636 – 641.

2. Баран Б.А, Бубенщикова Г.Т., Хрящевський В.М.. Дія фізичних полів на розвиток рослин. Відновлення порушених природних екосистем. С.54 – 59. – Донецьк : Донецький бот. сад НАН України, 2008.

3. Baran B., Berezyuk O. The Influence of Magnetic Field on Overvoltage of Water Decomposition. // Chemine technologija.-2003.-№2(28).- P.51-55.

4. Баран Б.А. Влияние магнитного поля на кинетику химических реакций // Укр. хим. журнал. – 1998. – Т.64, №4. – С. 26-29.

5. Сусак И.П., Пономарев О.А., Шигаев А.С. О первичных механизмах воздействия электромагнитных полей на биологические системы. // Биофизика. – 2005. – Т.50. – вып.2. – С.367 – 370.