Аннотация: краткий, 8 летний итог наблюдений, проб, измерений, конструирования и размышлений по получению легкой (облегченной) воды
Благодарности: автор выражает искреннюю благодарность Герасимову В.В.(Киев), Лазареву А.М. Григорян Д, за проведенные измерения, предоставление информации и обсуждение темы.
За последние 50 лет было проведено множество опытов по исследованию процесса замерзания воды и образования льда. По всей видимости, интерес к этой теме продолжается, в основном из-за наличия эффектов фракционирования изотопов при льдообразовании. При получении воды с пониженным или с повышенным содержанием тяжелых изотопов, для оценки влияния различий процесса замерзания воды на различия изотопного состава, важно лабораторное определение фракционирования изотопов при промерзании воды и льдовыделении. Обзор опытов известных исследователей и результаты собственных экспериментов, приведен в (1). На первый взгляд задача изменения изотопного состава воды решается просто. Известно, что при льдообразовании, тяжелоизотопная вода 2Н218О начинает замерзать при 3.81 0С, и первым должно произойти образование кристаллов льда этой воды. А при дальнейшем охлаждении воды, должна произойти дальнейшая поочередная кристаллизация других 7 видов полутяжелой воды. 8 лет назад, автор полагая, что природная вода является смесью 9 видов изотопных вод, думал, что, при промерзании воды изотопически более тяжелые молекулы воды первыми переходят в лёд, поэтому образуется более тяжелый лёд, чем исходная вода. Оставшаяся водная фаза при этом должна изотопически облегчаться. Вроде бы "поймал" момент окончания кристаллизации всех видов полутяжелой и тяжелой воды, отфильтровал лёд и получил легкую и тяжелую воды по отдельности. Но это по идее, а на практике всё оказалось несколько сложнее. Первое: дейтерий присутствует в воде в форме D2O только при его высоком содержании, а при малой концентрации практически полностью в форме НDO. В смесях легкой воды с тяжёлой, при низкой концентрации последней, с большой скоростью происходит изотопный обмен с образованием полутяжелой воды: Н2O + D2O = 2НDO. Природная вода относится к этому случаю и состоит из 6 молекул НD18O, НD17O, НD16O, Н218О, Н217О, и Н216 О, а физические различия между легкой водой и полутяжелой водой минимальны, что усложняет их разделение. Второе: появление кристаллов льда изменяет физические свойства воды в виде жидкой фазы, так как при превращении воды в лёд резко меняются не только плотность и теплопроводность, но и все свойства. Например, теплоёмкость льда вдвое ниже, чем теплоёмкость воды. Вследствие снижения теплопроводности из-за льда, условия охлаждения воды и роста кристаллов льда ухудшаются в центре объёма. Согласно классической теории фазовый переход начинается образованием ядер твердой фазы внутри жидкой фазы. Для завершения фазового перехода и дальнейшего роста, ядра должны быть больше критического размера, то есть должен быть преодолен энергетический барьер. Это происходит при удалении энергии кристаллизации от ядра кристаллизации. Количество ядер критического размера, образующихся в единице объема за единицу времени, является мерой скорости образования ледяных ядер. Ясно, что выделившаяся энергия кристаллизации любого ядра противодейтвует кристаллизации соседних ядер критического размера. Энергия кристаллизации передается соседним молекулам при соударении и очевидно, что чем больше время соударения, т. е. менее подвижна соседняя молекула, тем выше вероятность передачи ей энергии кристаллизации. Соответственно, менее подвижными являются молекулы воды содержащие тяжелые изотопы, и если рядом оказались две молекулы тяжелоизотопной воды, и если одна из них кристаллизуется, то другая, потеряет эту способность на время. После передачи энергии кристаллизации другим, более холодным молекулам, кристаллизоваться сможет и вторая молекула. Картина образования льда изменяется при усилении конвекции или принудительном перемешивании охлаждаемой воды. Если при перемешивании воды энергия соударения молекул становиться равной разности энергий кристаллизации полу(тяжелой) и легкой вод, то условия образования ядер кристаллизации именно тяжелой воды ухудшаются, а при большом превышении, фракционирование становятся незначительным. Результаты исследований (1) показали, что фракционирование зависит и от скорости промерзания. Д. Ласель [Lacelle, 2011] показал, если скорость промерзания меньше скорости диффузии, то происходит активная диффузия дейтерированных молекул воды и молекул, обогащенных тяжелым кислородом, в направлении фронта промерзания. Соответственно, молекулы не содержащие дейтерий обладают меньшей скоростью диффузии. Это приводит к неодинаковому фракционированию тяжелого водорода и тяжелого кислорода. Фракционирование 18O между жидкой фазой и льдом при этом превышает 3 %, а D около 20 %. Если скорость промерзания возрастает, то роль коэффициента диффузии снижается и фракционирование 18O становится много меньше 3 %. Аналогичная картина наблюдается и относительно D. Отсюда следует, что выделение тяжелой воды и получение облегченной воды методом охлаждения, кристаллизации и фильтрации предпочтительно при низкой интенсивности охлаждения и отсутствии перемешивания воды, что в пределе, дает вывод о том, что наилучшим является режим перекристаллизации воды.
Интересная информация, о биологическом воздействии вод с различным изотопным составом на микроорганизмы, представлена в (4).
1.Биомониторинг обогащенной и обедненной по дейтерию воды с различным соотношением D/H выявил пять образцов, обладающих токсическим действием на инфузории S. ambigua. Это образцы воды с соотношением D/H 4 ppm, 20 ppm, 208 ppm, 264 и 298 ppm.
2. Исходя из наблюдений было определенно оптимальное соотношение D/H- 50-125 ppm. Независимо от температуры инкубации, в указанном диапазоне концентраций дейтерия в воде, отсутствует влияние соотношения D/H, на время жизни инфузорий. По-видимому, наличие дейтерия в воде является обязательным для нормального функционирования живой клетки.
Измерение изотопного состава воды, полученной при однократном промораживании до получения рыхлой массы мелких кристаллов льда, заполняющих весь объем воды, что по внешнему виду похоже на результат перекристаллизации, показало, что происходит уменьшение содержания D и 18O на величину около 10% (140ррм). Заполнение объема воды рыхлой массой мелких кристаллов льда происходило после 2-3 кратного перемешивания воды что, понятно, не соответствует оптимальному режиму фракционирования тяжелых изотопов D и 18О. Однако, 8 летний опыт автора, употребления такой воды, показывает всесторонние оздоравливающие и омолаживающий эффекты. Важно что, имеется очевидное лечебное воздействие воды на домашних животных, что показывает отсутствие эффекта внушения или самовнушения от употребления облегченной воды.
В связи с тем, что кристаллы льда изменяют физические свойства воды в фазе жидкости и ухудшают теплоотдачу воды, одновременно вызывают увеличение неравномерности температуры по объему, для получения облегченной питьевой воды, с содержанием тяжелых изотопов в рекомендуемом диапазоне 100-125 ppm, желательна 2-х и 3-х кратная фильтрация льда перекристаллизованной воды. Продумывая и рассматривая возможные варианты конструкций установок получения воды, облегченой по изотопному составу в рекомендуемом диапазоне 100-125 ppm, следует признать, что дешевые конструкции невозможны. Самая простая установка 2-х и 3-х кратной фильтрации льда перекристаллизованной воды означает необходимость 3-х емкостей, кристаллизации, накопительной и промежуточной, с системой трубопроводов, клапанов, насоса, холодильника и блока управления. Перемешивание воды нежелательно в любых вариантах конструкции, а в случае использования природного холода, охлаждение воды в режиме перекристаллизации означает, что холодонатекание в емкость кристаллизации должно иметь величину стабильную, поддерживаемую автоматически.
Источники инфорации.
1.Ю.К. Васильчук. "Экспериментальное изучение изотопного фракционирования при конжеляционном льдообразовании".
2.Бисикало А. Л. "Количественная спектроскопия ЯМР 2Н, 13С и 17О в изучении изотопного состава воды и её структурных особенностей в растворах".
3.В.В. Чукин, А.С. Платонова "Скорость гомогенного льдообразования в водных растворах".
4.Цисанова Е.С. и др. "Изучение биологической активности и соотношения дейтерий/протий (D/H) в воде, с помощью клеточного биосенсора S.ambiguum".
5.Козлов Д. В. Методические указания "Основы гидрофизики".