К.х.н. О. В. Мосин

Водородная энергетика и двигатели внутреннего сгорания на основе воды и водорода.

Капиллярно-конденсированная вода и вихревой теплогенератор

 Часть 3

Теперь расскажем о другом предполагаемом механизме получения тепловой энергии в двигателях на воде, предложенном нашим соотечественником академиком Б. В. Дерягиным, который полжизни посвятил изучению капиллярной воды, умер в 1995 г., когда ему оставалось сделать всего один шаг для объяснения того, как работают водяные заменители бензина.

 

Развивавшиеся представления о наличии в жидкой воде сложных структур - динамических ассоциатов (Н20)n полимеризации воды в полях вращения смыкаются с представлениями школы академика Б. В. Дерягина о свойствах капиллярно-конденсированной воды (ККВ). В статье, посвященной памяти академика, сделана попытка систематизации данных по структуре и свойствам ККВ и особенно подчеркивается роль внешних силовых полей и неравновесности процессов (СВЧ, ультразвука, кавитации, капиллярной конденсации и др.) на образование в воде ассоциатов и ее "полимеризацию", ведущую к переходу воды в жидкокристаллическое состояние.

 

Переход в такое состояние струи воды при СВЧ обработке, как показано, может даже приводить к появлению у жидкой воды хрупкости - свойства, присущего только твердым телам. Появление хрупкости обуславливается тем, что время релаксации сдвиговых напряжений в такой воде возрастает до ~10.5 сек, в то время как в обычной воде оно составляет -10-11(10 в минус 11 степени) сек. Особенно это проявляется вблизи гидрофильных поверхностей.

 

Также замечено, что в процессе электролиза в водяных растворах вблизи серебряного электрода в результате "полимеризации" воды происходит ее уплотнение до 1,5 г/см3 на толщине в 3-4 монослоя молекул, примыкающих к электроду. А уплотнение вещества без повышения давления означает возрастание в нем энергии связи, которое должно сопровождаться выделением тепла.

 

Первоначальные результаты исследований Б. В. Дерягиным так называемой "аномальной" воды, полученной при капиллярной конденсации, не получили научного признания. После короткого бума-шума 60-х годов с "аномальной" капиллярной водой были годы критики и скепсиса. Эксперты утверждали, что он был обусловлен обнаружением значительных уровней неорганических загрязнений в ККВ. Появилось мнение, что Дерягин с сотрудниками изучают не воду, а растворы неконтролируемого состава. И лишь когда исследователи задумались о возможной положительной роли таких "загрязнений", пришло новое понимание явления. Ведь в природе не существует идеально чистой воды, как не существует воды без динамических ассоциатов (Н20)n в ней.

 

Естественно, возник вопрос, не могут ли атомы неорганических примесей в воде играть какую-то роль при "полимеризации" ассоциатов (Н20)n, называемых еще кластерами, когда они образуют структуры типа многоугольников с числом сторон n до ста. Кластер при электронных возбуждениях ведет себя как единое целое, а при отщеплении электрона ионизируется или вступает в химическую связь.

 

Исследователями методами ИКи KP-спектроскопии было выявлено, что кластеры при n > 6 уже не имеют кольцевой структуры и обладают 0-Н-связью, которая является донором протонов. Эта связь очень активна, и посредством ее кластеры с n 6 могут вступать в различные соединения, образуя молекулярные комплексы, в том числе с примесными атомами, имеющими незаполненные орбитали V -типа.

 

По мнению исследователей, при образовании ККВ, основным методом получения которой является конденсация недонасыщенных паров воды на поверхности свежевытянутых кварцевых капилляров в вакууме, происходит "выщелачивание" водой из кварца атомов кремния. Они, взаимодействуя с кластерами (Н20)n >6, образуют молекулярные комплексы Si-(Н20)n. Предполагается, что при этом происходит перенос электронной плотности с О -Н -связи, являющейся двойным донором, на свободную орбиталь атома кремния. В результате осуществляется семипольная (одноэлектронная) связь и образуется сильный комплекс с переносом заряда. При этом свободная орбиталь атома кремния выступает в качестве акцептора.

 

Энергия связи таких комплексов достигает 2,2 эВ на атом кремния. Действительно, потенциал ионизации кластера, определяемый энергией 0-Н -связей, составляет ~ 4 эВ, а энергия электронного сродства кремния -1,8 эВ.

 

При образовании комплекса эта энергия выделятся путем излучения фотона. Энергии фотона 2,2 эВ соответствует желтая область спектральных линий, и это объясняет желтоватую окраску капиллярной воды.

 

Поскольку атом кремния Si имеет четыре свободные орбитали, то он может одновременно вступать в связь с четырьмя кластерами. И при среднем значении числа молекул воды в кластере количество кремния, необходимое для образования ККВ, составляет 0,3-3 ат%, что приблизительно соответствует его содержанию в ККВ.

 

Роль соединяющего звена в системе кластеров воды могут выполнять не только атомы кремния, но и атомы ряда других неорганических веществ, например щелочных металлов. Но кремний предпочтительнее.

 

Все это согласуется с идеями Ю. А. Колясникова о роли кварца в формировании структуры воды, о которых говорилось в предыдущем разделе.

 

Такая система "заполимеризовавшихся" кластеров обеспечивает ККВ не только повышенную плотность, но и в 10 - 15 раз большую, чем у обычной воды, вязкость. Температура замерзания ККВ снижается до 173 К, а температура перехода ККВ в обычное состояние с плотностью превышает 800 К. Коэффициент диэлектрической проницаемости ККВ тоже увеличивается на 25% по сравнению с обычной водой, в результате чего коэффициент преломления света в ККВ составляет 1,49 вместо 1,33 у обычной воды. Увеличение диэлектрической проницаемости ведет к возрастанию растворяющей способности ККВ вследствие роста ее полярности.

 

Но несмотря на свою высокую термостойкость, ККВ в обычных условиях (вне капилляров) получить не удавалось, а при выходе из капилляра она быстро деградирует за счет разрыва водородных связей, превращаясь в обычную воду. Поэтому не удавалось получить ее значительные количества.

 

Тем не менее исследователи отмечают аналогию между поведением ККВ и свойствами метастабильных ассоциатов (Н20)n, образующихся в обычной воде вне капилляров при воздействии на нее звуковых или электромагнитных полей.

 

Если энергия связи ассоциатов в вышеописанных кремний - молекулярных комплексах составляет 2,2 эВ, то для нагревания воды до кипения за счет выделения этой энергии связи при образовании комплексов достаточно, чтобы в объеме этой воды объединились в такие комплексы всего 10% молекул воды.

 

Все это укладывается в общую схему тепловыделения в вихревом теплогенераторе за счет образования дополнительных межмолекулярных связей в воде при ее вращении в вихревом потоке. Но такое тепловыделение хорошо лишь для теплового насоса, которому требуется трансформировать низкотемпературное тепло в высокотемпературное. Там же, где нет источника низкотемпературного тепла, такое тепловыделение будет оставаться иллюзией, ибо образующиеся молекулярные комплексы метастабильны и со временем распадаются уже с поглощением тепла из воды, что должно приводить к ее самопроизвольному охлаждению без обмена теплом с окружающей средой, если обмен затруднен.