Комменты к электрическому способу опреснения воды
Комменты к электрическому способу опреснения воды
(часть 2 — продолжение дискуссии)
Комменты к электрическому способу опреснения воды.
Способ опреснения воды электрическим полем, предложенный В. М. Рофманом заключается в конструировании специальной генерируемой сильными электрическими полями ячейки, где вода двигалась бы в ламинарном режиме со скоростью до 2,5 м/с и на неё действуют точно подобранные соотношения величин трансформирующих магнитных и ориентирующих электронных сил. В таких критериях по воззрению В. М. Рофмана будет происходить изменение формы молекулы воды из угловой в линейную.
По расчётам изобретателя, для перевоплощения 1 моля воды из угловой формы молекулы в линейную нужен электромагнит с напряженностью магнитного поля 4,6 107 А/м и величиной магнитной индукции 58 Тл. Такие условия генерации магнитного поля являются очень жесткими. На сегодня они находятся на самом пределе достигнутого технологией уровня управления электрическими взаимодействиями в сверхпроводящих магнитах. Но, как считает изобретатель уже сейчас имеются надёжные перспективы усовершенствования этой технологии на базе достижении физики высокотемпературной сверхпроводимости.
Такая необыкновенная вода должна кипеть не при +100 С, а при минус 80 С. Это позволило бы использовать в технологическом процессе дистилляции термическую энергию самой морской воды и рассеянное тепло среды. С другой стороны конденсация пара в дистиллят пресной воды, при снятии магнитного воздействия с диполей её молекул, происходит за счёт оборотного самопроизвольного образования водородных связей при температуре среды, что исключает какие-либо дополнительные энерго издержки при проведении этих технологических операций.
Сейчас из-за больших энергетических издержек цена получения пресной воды на наилучших дистилляционных установках составляет $2,3 на 1 м3. Завышенная энергоёмкость процесса опреснения связана с тем, что вода обладает рядом не нормальных физико-химических параметров – высочайшими значениями температуры кипения (+100 С), удельной теплоёмкости (1 кал/г.град при 15 С) и сокрытой теплоты парообразования (586 кал/г при 20 С).
Эти физико-химические аномалии обоснованы строением её молекулы. Понятно, что молекулы воды имеют очень ординарную хим/физическую структуру — стороны угла 2-ух атомов водорода находятся по отношению к атому кислорода под углом 104,7°. Молекула воды представляет собой небольшой диполь, содержащий положительный и отрицательный заряды на полюсах. Конкретно такая структура и определяет полярность молекулы воды. Если соединить прямыми линиями эпицентры положительных и отрицательных зарядов получится большая геометрическая фигура — верный тетраэдр.
Рис. Структура молекулы воды: а) угловая; б) шаровая; в) тетраэдрическая
Из восьми электронов, составляющих наружный слой атома кислорода в молекуле воды, две электрические пары образуют ковалентные связи О – Н, а другие четыре электрона представляют собой две неподелённые электрические пары. По этой причине в молекуле воды имеется четыре полюса электронных зарядов – два положительных и два отрицательных. Атом кислорода в молекуле воды находится в состоянии sp2-гибридизации. Потому валентный угол НОН (104,3°) близок к тетраэдрическому (109,5°). Электроны, образующие связи О—Н, сдвинуты к более электроотрицательному атому кислорода. В итоге атомы водорода получают действенные положительные заряды, так как на их создаются два положительных полюса. Центры отрицательных зарядов неподеленных электрических пар атома кислорода, находящиеся на гибридных — орбиталях, сдвинуты относительно ядра атома и в свою очередь делают два отрицательных полюса.
Молекула воды имеет угловое строение; входящие в ее состав ядра образуют равнобедренный треугольник, в основании которого находятся два протона, а в верхушке — ядро атома кислорода, Межъядерные расстояния О—Н близки к 0,1 нм, расстояние меж ядрами атомов водорода равно 0,15 нм. Из восьми электронов, составляющих наружный электрический слой атома кислорода в молекуле воды две электрические пары образуют ковалентные связи О—Н, а другие четыре электрона представляют собой две неподеленных электрических пары.
Молекула воды является диполем (с дипольным моментом 1,84D), что придаёт ей способность ассоциироваться в более сложные агрегаты за счёт образования дополнительных водородных связей типа О…..Н.
Благодаря наличию водородных связей любая молекула воды образует водородную связь с 4-мя примыкающими молекулами, образуя ажурный сетчатый каркас в молекуле льда. Но, в водянистом состоянии вода – неупорядоченная жидкость; эти водородные связи — спонтанные, короткоживущие, стремительно рвутся и образуются вновь. Всё это приводит к неоднородности в структуре воды.
Рис. В кристалле льда (понизу) любая молекула воды образует водородную связь с 4-мя примыкающими молекулами, образуя ажурный сетчатый каркас (вверху)
То, что вода неоднородна по собственному составу, было установлено издавна. Издавна понятно, что лёд плавает на поверхности воды, другими словами плотность кристаллического льда меньше, чем плотность воды. Практически у всех других веществ кристалл плотнее водянистой фазы. К тому же и после плавления при повышении температуры плотность воды продолжает возрастать и добивается максимума при 4°C. Наименее известна аномалия сжимаемости воды: при нагреве от точки плавления прямо до 40°C она миниатюризируется, а потом возрастает. Теплоёмкость воды тоже зависит от температуры немонотонно. Не считая того, при температуре ниже 30°C с повышением давления от атмосферного до 0,2 ГПа вязкость воды миниатюризируется, а коэффициент самодиффузии — параметр, который определяет скорость перемещения молекул воды относительно друг дружку растёт. Для других жидкостей зависимость оборотная, и почти нигде не бывает, чтоб некий принципиальный параметр вёл себя не монотонно, т.е. поначалу рос, а после прохождения критичного значения температуры или давления уменьшался. Появилось предположение, что на самом деле вода — это не единая жидкость, а смесь компонентов-ассоциатов, которые различаются качествами, к примеру плотностью и вязкостью, а как следует, и структурой. Такие идеи стали появляться в конце XIX века, когда накопилось много данных об аномалиях воды.
На данный момент существует огромное количество разных теорий и моделей, объясняющих структуру и характеристики воды. Общим у их является представление о водородных связях как основном факторе, определяющем образование структурированных ассоциатов. Вода – это кооперативная система, в ней есть цепные образования водородных связей. При всем этом всякое воздействие на воду распространяется эстафетным методом на тыщи межатомных расстояний..
Рис. Современная клатратно-фрактальная модель воды. На рисунке представлены как отдельные кластерно-ассоциативные структуры молекул воды, так и отдельные молекулы воды, не связанные водородными связями.
На данный момент наукой подтверждено, что особенности физических параметров воды и бессчетные короткоживущие водородные связи меж примыкающими атомами водорода и кислорода в молекуле воды делают подходящие способности для образования особенных структур-ассоциатов (кластеров), воспринимающих, хранящих и передающих самую различную информацию.
Согласно расчётам, отдельный кластер воды состоит из 57 молекул воды и ведет взаимодействие с другими кластерами за счет свободных водородных связей. Это приводит к возникновению структур второго порядка в виде шестигранников, состоящих из 912 молекул воды. При всем этом характеристики кластеров зависят от того, в каком соотношении выступают на поверхность кислород и водород. Конфигурация частей воды реагирует на хоть какое наружное воздействие и примеси, что разъясняет очень лабильный нрав их взаимодействия. В обыкновенной воде совокупа отдельных молекул воды и случайных ассоциатов составляет 60% (деструктурированная вода), а 40% — это кластеры (структурированная вода).
Рис. Отдельный кластер воды
Структурной единицей таковой воды является кластер, состоящий из отдельных молекул воды, природа которых обоснована далекими кулоновскими силами. В структуре кластеров закодирована информация о взаимодействиях, имевших место с данными молекулами воды. В аква кластерах за счёт взаимодействия меж ковалентными и водородными связями меж атомами кислорода и атомами водорода может происходить миграция протона (Н+) по эстафетному механизму, приводящие к делокализации протона в границах кластера.
Рис. Ассоциация 5 отдельных кластеров в клатрат.
Вода, состоящая из огромного количества кластеров разных типов, образует иерархическую пространственную жидкокристаллическую структуру, которая может принимать и хранить большие объемы инфы.
На рисунке в качестве примера приведены схемы нескольких простых кластерных структур.
Рис. Более сложные ассоциаты кластеров
Для каждой температуры в аква системе имеет место равновесие:
Н2О (Н2О)2 (Н2О)3 (Н2О)n
С увеличением температуры равновесие сдвигается в сторону образования одиночных молекул, а с снижением – ассоциированных. Ассоциация молекул воды через водородные связи является предпосылкой её не нормальных параметров по показателям температуры кипения, теплоёмкости, теплоты парообразования и др, считает изобретатель. Если б вода не была ассоциированной жидкостью, то, как мономолекулярная окись водорода, она имела бы температуру кипения около минус 80 С.
Под воздействием физического фактора, препятствующего формированию водородных связей и ассоциации молекул воды в димеры, триммеры и полимеры, вода в этой ячейке начинает перебегать в парообразное состояние при температуре минус 80 С с насыщенной дистилляцией воды за счёт тепла среды. Когда пар выйдет из зоны деяния этого физического фактора и войдёт в конденсатор, вода вновь приобретёт способность к ассоциации и, соответственно, начнёт конденсироваться в жидкость при температуре среды.
Лед и пар — разные агрегатные состояния воды, и потому разумно представить, что в водянистой промежной фазе валентный угол отдельной молекулы воды лежит в спектре меж значениями в жесткой фазе и в паре. В кристалле льда валентный угол молекулы воды близок к 109,5о. При таянии льда межмолекулярные водородные связи слабеют, расстояние Н-Н несколько сокращается, валентный угол миниатюризируется. При нагревании водянистой воды происходит разупорядочение кластерной структуры, и этот угол продолжает уменьшаться. В парообразном состоянии валентный угол молекулы воды составляет уже 104,5о.
Но если это угол изменяется от температуры, то, может быть он поменяется и при воздействии на воду сильного электрического поля?
Изобретатель В. М. Рофман считает, что средством управления процессами электрического взаимодействия можно убрать зарядовую асимметрию и угловую форму молекулы воды трансформировать в симметричную, линейную структуру, не образующую ассоциаций. Такое изменение конфигурации молекулы воды можно выполнить считает В. М. Рофман, если к её положительному и отрицательному зарядовым центрам сразу приложить деформирующие силы, направленные обратные стороны, используя узнаваемый физический эффект генерации сил Лоренца в неизменном магнитном поле.
При всем этом сам изобретатель признаётся, что никаких существенных конфигураций в степени ассоциации молекул воды при её магнитной обработке не происходит. При термическом движении дипольной молекулы воды перпендикулярно силовым линиям магнитного поля, повдоль оси Y (см. вектор V), будет появляться момент сил F1, F2 (сила Лоренса), пытающихся развернуть молекулу в горизонтальной плоскости. При движении молекулы в горизонтальной плоскости, повдоль оси Z , будет появляться момент сил в вертикальной плоскости. Но полюса магнита будут всегда препятствовать повороту молекулы, а как следует и тормозить хоть какое движение молекулы перпендикулярно линиям магнитного поля. Таким макаром, в молекуле воды, помещённой меж 2-мя полюсами магнита остаётся только одна степень свободы – это колебание повдоль оси X — силовых линий приложенного магнитного поля. По всем остальным координатам движение молекул воды будет тормозиться. Таким макаром, молекула воды становится вроде бы «зажатой» меж полюсами магнита, совершая только колебательные движения относительно оси X.
Рис. Молекула воды в магнитном поле
Из этих рассуждений видно, что поменять структуру молекулы сила Лоренца никак не может, а действует она только на передвигающуюся перпендикулярно силовым линиям магнитного поля молекулу. Когда мы говорим об ассоциации молекул воды, эти физические апелляции к силе Лоренца вообщем лишены всякого смысла и абсурдны. Тем паче абсурдны выводы о том, что сила Лоренца растягивает молекулу. Так как сила Лоренца всегда ориентирована перпендикулярно скорости движения молекулы, она не создаёт работы и не изменяет энергии заряженной частички. Она только изменяет направление её движения – отклоняет её с её линии движения, ни каким образом не изменяя её энергии и тем паче она не может вызвать молекулярные перестройки.
Но, как считает изобретатель, если заряды диполей воды сориентировать наружным электронным полем строго часто, под углом 90 относительно вектора магнитной индукции, то можно получить нужный эффект резкого понижения степени ассоциации в аква среде. Хотя совсем неясно каким образом это можно добиться? Ведь сила Лоренца не способна поменять ни энергию ни структуру молекулы и тем паче вызвать перераспределению внутренней энергии меж разными видами хим связей — ковалентной и водородной.
Если даже допустить, что при наложении сильного электрического поля на передвигающиеся диполи молекул воды в электрической ячейке будет происходить генерация собственных электрических полей и наложение — супериндукция поля в итоге чего валентный угол в молекуле будет изменяться так, что на теоретическом уровне могут создаваться молекулы с разными валентными углами, то всё равно это изменение валентного угла будет очень малым и непостоянным. А эффект конфигурации валентного угла будет таким малозначительным, что это не будет влиять на характеристики воды. И совсем неясно, как такое маленькое изменение валентного угла скажется на ассоциативность молекулы. К примеру, в самой ассоциативной структуре твёрдой воды – кристалле льда валентный угол молекулы воды близок к 109,5о. При таянии льда межмолекулярные водородные связи слабеют, расстояние Н-Н несколько сокращается, валентный угол миниатюризируется. При нагревании водянистой воды происходит разупорядочение кластерной структуры, и этот угол продолжает уменьшаться. В парообразном состоянии воды, где вода присутвует в виде отдельных молекул валентный угол составляет 104,5о, т.е. происходит уменьшение на 5 градусов. Но это уменьшение во первых непостоянное, стоит воде вновь сконденсироваться в жидкость – валентный угол становится примерно равным 106о, т.е. возрастает на несколько градусов и когда вода кристаллизуется в лёд он становится снова близок к правильному тетраэдр, т.е. 109,5о. Но представление о молекуле воды как о линейной структуре для химика – полнейший бред, так как как понятно конкретно такое строение молекулы воды обосновано электростатическими силами притяжения и отталкивания меж 2-мя положительно заряжёнными атомами водорода и негативно заряженной неподелённой парой атома кислорода. Эта самая свободная пара электронов и разворачивает молекулу в пространстве.
Таким макаром, эта антинаучная модель совсем не разъясняет каким образом под воздействием электрического поля и воздействии силы Лоренца происходят такие значительные внутримолекулярные конфигурации, какие эти конфигурации и скажутся ли они либо нету на структуре молекулы и её возможности к ассоциации.
К.х.н. О. В. Мосин