«Вы думаете, всё
просто.
Да, всё просто. Но совсем не так?»
А. Энштейн
Проф. Слесарев В.И., Гранд Доктор, д.хи.н
E-mail:valivsles@yandex.ru
ХИМИЯ И ЭНЕРГЕТИКА ВИХРЕВОГО ДВИЖЕНИЯ ВОДЫ
При вихревом движении вода безреагентно изменяет свои свойства: понижается диэлектрическая проницаемость, (εН2О), происходит акваклатратирование её частиц, изменяются окислительно-восстановительный и комплекснообразующие свойства, она потребитель и источник энергии. Ключевые слова: аквамезофазная модель воды, вихревая вода, химические реакции, энергетика.
Ещё задолго до нашей эры вихревая вода своей способностью течь в гору удивляло и продолжает удивлять человечество. Не понимая и не зная, почему существует этот феномен человечество с каждым днём всё шире его использует. При чём часто даже не догадывается, что «виновницей» наблюдаемого эффекта является вода. Например, в воздушной вихревой трубке в кондиционерах для транспортных средств воздух охлаждается до температуры минус 30-400С причём за микросекунды [1,4]. В воздушном циклоне Ж.Ранка [3,8,9] воздух в центральном потоке охлаждается до минус 30-400С, а пристеночный поток разогревается до плюс 50-700С примерно за указанное время. Прошло уже почти сто лет с момента фиксации этого, но данные «чудеса» природы остаются загадками для человечества, не смотря на наличие множества разных гипотез. Предлагаю новую концепцию, требующую, естественно, разностороннюю проверку.
Вода – супрамолекулярная аквасистема с единой чрезвычайно структурно-динамичной, полиморфной сеткой водородных связей, объединяющей всю аквасистему в единое целое. Поскольку эта сетка структурно и по свойствам неоднородна, то предложена аквамезофазная модель воды, учитывающую как указанную неоднородность так и гомогенность воды [13,15,17].
Аквамезофаза – сосокупность метастабильных фрагментов единой Н-сетки аквасистемы, свойства и структура Н-сетки которых, подобны и близки между собой и отличаются от остальных её фрагментов, но не имеет с ними реальных границ раздела.
Например, приграничная вода у стенок сосуда – одна аквамезофаза, на поверхности раздела с воздухом – вторая аквамезофаза и, наконец, объёмная аквамезофаза в которой молекулы воды взаимодействуют между собой. Последняя может содержать несколько аквамезофаз. Так в растворах есть контактные аквамезофазы на границах с каждым видом молекул или ионов растворённых веществ. В то время, как приграничные аквамезофозы локализованы у границ раздела, объёмные и контактные аквамезофазы обычно делокализованы по всему объёму аквасистемы. Кроме перечисленных аквамезофаз есть переходные аквамезофазы, в которых структуры единой Н-сетки переходные между соседними аквамезофазами.
Каждая аквамезофаза отличается от соседней составом, структурно-динамическими свойствами и своим соотношением между энергетическими характеристиками Uорг и Uхаос в её аквафрагментах единой Н-сетки при сохранении значения Uобщ ( Uобщ 0). Поэтому аквамезофазы могут довольно сильно изменять свои диэлектрические свойства и их чувствительность к частотному диапазону измерения в слабых электромагнитных полях [12].
Вследствие динамизма Н-сетки и отсутствии границ раздела между аквамезофазами между ними происходит постоянный активный обмен молекулами Н2О, при этом вся аквасистема остаётся единой, гомогенной и супрамолекулярной.
Таким образом: «Вода в стационарном состоянии – совокупность приграничных, контактных, объёмных и переходных аквамезофаз, различающихся между собой по свойствам и структуре аквафрагментов единой, полиструктурной, чрезвычайно динамичной сетки водородных связей, объединяющей все аквамезофазы в единую, гомогенную супрамолекулярную аквасиситему.
Уникальные свойства воды прежде всего и в основном обусловлены особеностями водородной связи её Н-сетки: невысокой прочностью Н-связи (в среднем 20 кДж/моль), чрезвычайной структурной динамичностью единой Н-сетки, а также её электростатичностью и ковалентностью. Прочность Н-связи в 5-10 раз меньше, чем внутримолекулярные связи, но в 5-8 раз больше энергии других межмолекулярных связей [2,5,13,17]. Природа водородной связи и электростатическая, и ковалентная, поэтому молекулы воды способны и к гидратации за счёт электростатики, и к акваклатратированию за счёт ковалентности [13]. Этот новый термин предложен вместо явно противоречивых терминов гидрофобная связь и гидрофобная гидратация [11].
Вода изменяет свою диэлектрическую проницаемость: в стакане εН2О=80, а в микрокаплях пара и в водных плёнках микронной толщины εН2О→1. Это стало известно ещё в середине 20-го века, но до сих пор без каких-либо объяснений. В стакане только очень малое количество воды находится на поверхности раздела с воздухом, контактируя с явно неполярными молекулами N2, О2, CО2, а основное количество молекул Н2О активно контактирует между собой, т.е. с сильно полярными молекулами. Поэтому Н-сетка воды в стакане, проявляя в основном электростатический характер, способствует высокой диэлектрической проницаемости водной среды, что препятствует растворению воздуха в воде стакана.
В микрокапельках или в водных плёнках микронной толщины (d <10 мкм) большое количество молекул Н2О контактирует как с внешним воздухом, так и с молекулами N2, О2, CО2 растворённого воздуха, т.е. их молекулы Н2О очень часто контактируют с неполярными молекулами воздуха. Поэтому, естественно, Н-сетка такой воды, проявляя в основном ковалентный характер, способствует резкому понижению диэлектрической проницаемости водной среды этих микрообъектов, а, следовательно, и растворению воздуха в них. Этим же можно объяснить, почему капли дождя, попадая в лужу образуют пузыри воздуха, указывая на продолжение дождя. Следовательно, чем эффективнее контакт воды с воздухом, тем ниже значение её диэлектрической проницаемости. При интенсивном вихревом движении молекулы Н2О значительно эффективней контактируют с воздухом и поэтому диэлектрическая проницаемость вихревой воды всегда понижена.
Проведённые нами теоретические расчёты электронных плотностей и подвижности молекул воды её акваионов и акварадикалов методом теории функционала плотности убедительно показали, что при высоких значениях диэлектрической проницаемости воды εН2О>70, её молекулы дисоциируют гетеролитически на акваионы Н+ и ОН- , хотя и очень незначительно с(Н+) = с(ОН-) = 1•10-7 моль/л. При низких значениях диэлектрической проницаемости εН2О<5 молекулам воды характерна гомолитическая дисоциация на акварадикалы •Н0 и •ОН0. Это вполне естественно, т.к. для акваионов из-за их высокой полярности характерна гидратация, за счёт электростатики Н-связи, а акварадикалам с их низкой полярностью более характерна ковалентность Н-связей, т.е. их акватлатратирование.
Способность жидкой воды сильно изменять свою диэлектрическую проницаемость 1≤ εН2О ≤ 80 свидетельствует о множественной её реакционной способности. Она может вступать в реакцию за счёт молекул Н2О или акваионов Н+ и ОН- , или акварадикалов .Н0 и .ОН0 при нормальных внешних условиях [14,15]. С этих позиций рассмотрим химию и энергетику процессов протекающих в начале в вихревой трубке и в циклоне Ж. Ранка, а затем в вихревых акватеплогенераторах.
Атмосферный воздух является рабочим телом в вихревых трубках и в циклоне Ж. Ранка. Свойства его основных компонентов (% по массе) азот (75,5%), кислород (23,1%), углекислый газ (0,046%) не могут объяснить наблюдаемые температурные эффекты.
Поэтому выдвигалось множество различных гипотез, но не одна из них наукой не признана. Предлагается новая концепция, учитывающая наличие в атмосферном воздухе паров воды от 1% до 4% (по массе) с её уникальными свойствами [9,11]. Прежде всего в микрокаплях пара в воздухе диэлектрическая проницаемость εН2О→1, что препятствует процессам гидратации имеющихся частиц, но способствует процессам акватлатратирования прежде всего молекул Н2О по принципу «подобное с подобным» с образованием акваклатрата воды согласно реакции 1
Н2О + (x+y) Н2О → Н2О + [(Н2О)x+y] → [Н2О (Н2О)x+y] (1)
Эта новая реакция протекает вследствие пониженного значения εН2О→1 [14,15] из-за чего водородная связь в микрокаплях воды повышает свою ковалентность за счёт понижения своей электростатичности, что способствует этой реакции.
Согласно проведённым расчётам акватлатвратированные молекулы Н2О при εН2О→1
в микрокаплях пара воздуха эндотермически диссоциируют на акварадикалы в акватлатратированых состояниях согласно реакции 2
[Н2О(Н2О)m+n] [•Н(Н2О)m] + [•ОН(Н2О)n] (2)
Этой эндотермической реакции, согласно принципу Ле Шателье, также способствует пониженное давление в центре вихревого потока.
Благодаря эндотермичности гомолитической дисоциации акваклатрата [Н2О (Н2О)x+y] вихревой поток за микросекунды пока находится в трубке очень резко охлаждается до температуры минус 30-400С. Из за этого все микрокапли воды, включая содержащие акватлатраты с акварадикалами превращаются в микрольдинки, и в этом состоянии покидают трубку в потоке воздуха незамеченными.
Теперь про удивительные температурные эффекты в циклоне Ж. Ранка (трубка Ж. Ранка, эффект Ранка-Хилша (рис. 1) [3,8,9]
Рис. 1. Циклон Ж. Ранка для очистки воздуха от пыли
Центральный поток воздуха в циклоне Ранка аналогично потоку в вихревых трубках охлаждается из-за протекания эндотермической реакции 2. Поскольку время пребывания и путь воздушного потока в циклоне в 2-4 раза больше, чем в вихревых трубках и есть два потока пристеночный и центральный, то за счёт центробежных сил происходит выбрасывание небольшой части акватлатратов с акварадикалами из центрального в пристеночный поток. Акватлатраты сталкиваясь со стенкой и между собой освобождают акварадикалы •Н и •ОН согласно практически самопроизвольной реакции 3
[•Н0(Н2О)х] + [•OН0(Н2О)y] •Н0 + •OН0 + [(Н2О)x] + [(Н2О)y] (3)
Свободные акварадикалы сразу взаимодействуют между собой согласно экзотермическим реакциям (4-6), немного разогревая перефирийный поток воздуха до температуры плюс (50-700С).
•Н0 + •OН0 Н2О + 550 кДж/моль (4)
•Н0 + •Н0 Н2 + 432 кДж/моль (5)
•OН0 + •OН0 Н2О2 + 232 кДж/моль (6)
Вихревой эффект Ранка-Хилша заключается в резком снижении температуры центрального потока и подогреве перефирийного потока воздуха в циклоне. Таким образом, наблюдаемые температурные эффекты в циклоне Ранка объяснены строго в соответствии законами физической химии и химической термодинамики [14,15]. Никакого нарушения второго начала термодинамики, которое усмотрела Французская Академия наук в 1926 г., отказывая Ж. Ранку в выдаче патента, в действительности НЕТ!
В вихревых акватеплогенераторах рабочим телом является вода. При вихревом режиме движения её потока по наблюдениям и мнениям многих исследователей, включая автора статьи целостность потока разрушается на множество тонких потоков, включая тонкие прослойки воздуха [6,7,9,14,15]. Благодаря этому диэлектрическая проницаемость воды должна понижаться, что и наблюдается в живых организмах εН2О 45, где движение аквасистем имеет пульсирующий и вихревой характер.
Выход акватеплогенераторов на рабочий режим начинается с температуры в них 62-650С [6,7], когда, по-видимому, скорости эндотермической реакции 2 и экзотермических реакций 4,5,6 становятся близкими. Дальнейший разогрев воды происходит за счёт экзотермических реакций взаимодействия свободных акварадикалов с образованием в основном Н2О и в меньшей степени Н2 и Н2О2, при этом выделяется тепловой энергии свыше 400 кДж/моль.
Таким образом, дополнительная энергия вихревых акватеплогенераторов возникает из воды, повышая их эффективность до 100% и более без каких-либо нарушений второго начала термодинамики [14,15]. Поскольку вихревая вода может быть источником акваэнергии, то не удивительно, что она может течь в гору.
При вихревом режиме движения или при воздействии ультразвука в воде фиксируется слабая импульсная сонолюминисценсия [11,15]. Согласно предлагаемой концепции, появление в воде свободных акварадикалов •Н0, •OН0 и из-за их экзотермического взаимодействия, образующиеся продукты Н2О, Н2 и Н2О2 в начале возникают в возбуждённом состоянии Н2О*, Н2* и Н2О2* , которые, переходя в стационарное состояние аквалюмисцируют (более точный термин) [14,15]. Следовательно, вода и всё живое может светиться проявляя ещё одно уникальное свойство, что иногда фиксируется наблюдателем, а чаще всего фотоаппаратом.
Основа изложенного материала защищена Международным патентом № 088/05.035, 42.080 «Вода – потребитель и источник энергии при вихревом режиме её движения». Автор: Слесарев Валерий Иванович (RU). Доктор химических наук, профессор, Заслуженный работник высшей школы РФ, Гранд доктор философии в области химии, биологии и медицины, Полный профессор Оксфорда. Приоритет от 11 января 2013г.
Зарегистрирован в Международном институте Интелектуальной Собственности (МИИС) при МУФО и Международгном Парламенте Безопасности и мира 06 марта 2015г.
Регистрационный № 000054.
Подробней и шире об уникальных свойствах воды, включая вихревую воду, будет изложено в книге Слесарева В.И. «ВОДА: Проблемы и решения». Книга будет издана в этом году. Основные АКВАНОВАЦИИ этой книги прилагаются к статье.
Литература
1. Азаров А.И. Вихревые трубы нового поколения – Конструктор.Машиностроитель №3, 2007. — С. 18-24
2. Бернал Дж.Д.. Структура жидкости. Квантовая макрофизика.- М.: Наука, 1967г.
3. Геллер С.В. Вихревые нагреватели жидкости.- Новая энергетика, №3, 2005. – С. 29-39
4. Дудышев В.Д. Новые методы извлечения и полезного использования внутренней энергии вещества – Новая энергетика, №1, 2005. – С. 21-28
5. Зацепина Г.Н. Физические свойства и структура воды – 3-е издание – М.:Издательство МГУ, 1998 – 184с
6. Потапов Ю.С. Вихревые теплогенераторы – Новая энергетика, №1, 2005. – С.2-3
7. Потапов Ю.С., Фоминский Л.П. Вихревая энергетика и холодный ядерный синтез с позиции теорий вращения. Киев 2000 – 387 с.
8. Ранк Ж. патент США US1952281, 1934г.
9. Рассадкин Ю.П. Вода обыкновенная и необыкновенная. – М.: «Галлерия СТО», 2008. – 840с.
10. Рахманин Ю.А., Кондратов В.К., Михайлова Р.И., Стехин А.А., Яковлева Г.В. Вода – космическое явление: кооперативные свойства и биологическая активность. – Karlavy Yary. CZ, Издательство «Tinowa», 2014. – 457 с.
11. Рахманин Ю.А., Стехин А.А., ЯковлеваГ.В. – Биофизика воды. М.: ЛЕННАД, 2016 – 352с.
12. Семинихина Л.П. Диэлектрические и магнитные свойства воды в водных растворах и биообъектах в слабых электромагнитных полях. – Изд-во Тюменского госуниверситета, 2006. – 160с.
13. Слесарев В.И. Химия: Основы химии живого – 8-е издание – Учебник для вузов СПб: Химиздат, 2018 – 784с.
14. Слесарев В.И. Химия и термодинамика вихревой воды. В кн.: Труды конгресса – 2018, «Фундаментальные проблемы естествознания и техники.» СПб.: 2018. – С. 257-263
15. Слесарев В.И. Вода – вещество с уникальными свойствами. – Гигиена и санитария, 2021, т.100, №1 – С. 19-24
16. Стехин А.А , Яковлева Г.В. Квантовое поведение воды. – М.: ЛЕННАД, 2019 – 304с.
17. Эйзенберг Д., Кауцман В. Структура и свойства воды. Гидрометеоиздат, 1975 – 280с.