Мы уже знаем, что каждый ион в растворе имеет гидратную оболочку. Хорошо бы знать, сколько молекул Н20 способен координировать вокруг себя каждый ион (такое число п называют числом гидратации). Так как ни ионы, ни отдельные молекулы Н20 нельзя увидеть невооруженным глазом, то придуманы способы косвен­ного определения п; таких способов в настоящее время известно свыше двадцати. Производят измерения каких-либо свойств растворов — плотности, поверхно­стного натяжения, электрической проводимости, ско­рости звука и др.— и по специально выведенным мате­матическим формулам рассчитывают число гидратации.

Числа гидратации, определенные разными спосо­бами, существенно отличаются друг от друга — иногда вдвое, а иногда и на два порядка. Разными оказы­ваются даже основные зависимости, так, значения п, полученные одними способами, уменьшаются с ростом температуры, а полученные другими способами — увеличиваются. Похоже, что формулы, по которым рассчитывают п, в некоторых случаях выведены при спорных допущениях. Научные дискуссии о числах гидратации продолжаются и по сей день, и это пока-

I 40~

£30- 54- ^ 20 % 52-

Зывает, что вода устроена гораздо сложнее, чем кажется на первый взгляд.

Посмотрим, какую «информацию к размышлению» можно извлечь из данных о свойствах растворов электролитов. На рис. 5 представлены зависимости шести свойств водных растворов солей одинаковой концентрации (1 моль/м ) от молекулярной массы М растворенного вещества. Взяты соли с общим анионом и разными катионами: хлориды лития, натрия, калия, рубидия и цезия. В этом ряду непрерывно возрастает масса соли, возрастает и радиус катионов: 0,78С <0,98<1,33< 1,49 <1,65 А.

Первый график снизу — для плотности растворов р. Плотность растворов солей больше плотности воды, так как все эти соли тяжелее воды. Плотности соли и раствора связаны линейной зависимостью, что пред­ставляется вполне естественным. Удивительно, пожа­луй, что прямая — если ее продолжить — не попадает в начало координат. Она пересекает ось абсцисс при значениях Af = 18-^20. Тут уместно вспомнить, что для воды М = 18. Значит, водный раствор соли — это механическая смесь соли и воды, а не химическое
соединение. Подобное соединение образуется, напри­мер, в 20 %-м водном растворе этилового спирта, что соответствует точке перегиба на графике рис. 1.

Следующий график для удельной электрической проводимости у. В растворах электролитов у значи­тельно выше, чем в чистой воде, так как перенос заряда осуществляется ионами. Если в 1 см3 воды содержится 10 катионов Н+, то в 1 см3 раствора (концентрацией 1 моль/кг) полностью диссоциированной соли, напри­мер хлорида натрия,— Ю20 катионов Ма + . График пред­ставляет собой ломаную линию: проводимость возра­стает при переходе от соли лития к соли калия и не изменяется при переходе от соли калия к соли цезия.

Традиционное объяснение состоит в том, что под­вижность ионов связывают с их радиусом. Так как радиус иона лития наименьший, то ион должен иметь наибольшее число гидратации п, поэтому, вероятно, подвижность столь сильно гидратированного иона ста­новится малой. Значит, и электрическая проводимость иона лития — наименьшая в данном ряду. Радиус иона натрия несколько больше, число гидратации для него немного меньше, а в результате и электри­ческая проводимость чуть выше. Рассуждая подобным образом, можно прийти к выводу о непрерывном воз­растании электрической проводимости в данном ряду растворов солей, что, однако, противоречит опыту. Поэтому традиционное объяснение постулирует одина­ковость числа п для ионов калия, рубидия и цезия. Но это противоречит данным о числах гидратации, полученных другими методами. Так, из результатов измерений скорости звука получаются следующие значения п: Li+— 4, Na+ — 6, К+— 5, Rb+ — З, Cs+ —2.

Экспериментальную зависимость, изображенную на рис. 5, можно объяснить по-иному. Учтем возмож­ность попадания ионов в вакантные полости каркаса воды. В полость ион попадает без своей гидратной оболочки, поэтому примем в расчет радиусы не гидра — тированных, а свободных ионов. Радиус свободного иона лития — наименьший в рассматриваемом ряду, он меньше эффективного радиуса полости, равного 1,40 А. Значит, этот положительно гидратированный ион станет попадать в вакантные полости каркаса, стабилизи­руясь в них. Поэтому электрическая проводимость раствора с ионами лития будет меньше, чем, например, раствора с ионами натрия, радиус которых больше, а вероятность заполнения полостей каркаса — ниже. Еще меньше вероятность заполнения полостей каркаса у ионов калия, поэтому электрическая проводимость раствора с ионами калия еще выше. А вот отрица­тельно гидратированные ионы рубидия и цезия в по­лости каркаса попадать не могут (для этого потре­буются внешние силы, например возникающие в жид­кости при ее течении под действием силы тяжести). Значит, в растворах с этими ионами нет влияния фактора заполнения полостей каркаса, электрическая проводимость останется такой же, как и в растворах с ионами калия.

Третий снизу график для вязкости v. Как и пре­дыдущий, он представляет собой ломаную линию с точкой перегиба у хлорида калия. Вязкость растворов электролитов обычно выше вязкости самой воды, поскольку молекулы НгО, составляющие гидратные оболочки ионов, создают жесткие структуры, препят­ствующие свободному перемещению соседних слоев жидкости друг относительно друга. Эта так назы­ваемая положительная вязкость в относительных вели­чинах (по отношению к вязкости чистой воды) больше единицы. Про растворы, вязкость которых меньше, чем в воде (в относительных величинах — меньше единицы), говорят, что они имеют отрицательную вязкость. Это явление невозможно объяснить без при­влечения постулата о заполнении ионами полостей каркаса воды. Положительную вязкость создают поло­жительно гидратированные ионы: попадая в полости каркаса, они стабилизируют каркас, затрудняя пере­мещение ближайших слоев жидкости. Отрицательную вязкость создают отрицательно гидратированные ионы: попадая под действием внешних сил в полости, они разрушают каркас, облегчая перемещение ближайших слоев жидкости.

Что касается поверхностного натяжения ст, то для всех пяти солей значение этой величины одинаково, так как оно определяется только анионом, а катионы на поверхностное натяжение раствора не влияют.

Но если рассматривать ряд солей с одинаковым катио­ном и разными анионами — например, фториды, хло­риды, бромиды и иодиды,— то получим ломаную линию, аналогичную нашей кривой вязкости, только с точкой перегиба у хлоридов. Это соответствует радиусам анионов: F — — 1,33, С1~ — 1,81, Вг — —1,96, I-— 2,20 А. В рассматриваемом ряду фторид-анион — положительно гидратированный, остальные — отрица­тельно гидратированные.

Диэлектрическая проницаемость є в растворах меньше, чем в воде, ибо для воды она равна 80, а для кристаллов солей — не более 20. Жесткие структуры гидратных слоев приближают растворы электролитов по упорядочению молекул НгО к твердому состоянию. В растворах с положительно гидратированными ионами лития и натрия диэлектрическая проницаемость меньше, чем в остальных растворах, следовательно, первые два раствора ближе к твердому состоянию. Это можно рассматривать как еще одно доказательство того, что ионы лития и натрия, попадая в полости каркаса, ста­билизируются в полостях и стабилизируют сам каркас. График также представляет собой ломаную линию с точкой перегиба у соли калия.

Аналогичная ломаная линия и для магнитной вос­приимчивости х — и тоже с точкой перегиба у соли калия. Значит, ион калия находится на границе между положительной и отрицательной гидратацией (при данных условиях, например при 20 °С).

Размышляя над полученной информацией, мы за­ключаем, что некоторые свойства растворов весьма чувствительны к тому, какого типа ионы в них при­сутствуют. Возникает и еще одно, довольно крамоль­ное соображение: так ли уж хорошо мы знаем воду, насколько основательны наши знания о ней и не могут ли они быть поколеблены под влиянием новых экспе­риментальных данных?

В средней школе учат принципам составления уравнений химических реакций. Один из основных принципов заключается в том, что в обеих частях ра­венства реакции должны участвовать одни и те же ионы. Наверное, любой выпускник школы без труда напишет и объяснит следующую реакцию:

КОН + НС1 = КС1 + Н20.

Тут щелочь взаимодействует с кислотой, образуя нейтральную соль, растворимую в воде.

Вряд ли возникнут трудности при объяснении другой реакции:

2 КОН — f — Pb (NO3) 2 = Pb (ОН) 21 +2KNO3.

Здесь щелочь взаимодействует с растворимой в воде солью, образуя нерастворимый осадок — гидрок — сид свинца.

В. И. Классен установил, что при действии магнит­ного поля последняя реакция идет по-иному: в ней участвует оксид углерода (IV), который обычно раство­рен в воде:

Со2

2КОН +Pb(N03)2 ———— >- РЬСОзі-f 2KN03-f Н20.

Из школьного курса химии известно также, что бихромат калия переходит в хромат в щелочной среде:

К2СГ2О7 -f 2КОН = 2К2Сг04 + Н20.

Бихромат переходит в хромат и без добавления щелочи, если производить магнитную обработку рас­твора — это доказал болгарский ученый Д. Ламбрев. Это можно объяснить только тем, что в обработан­ном растворе появляются ионы ОН-. Откуда же они берутся?

Вода, являясь слабым электролитом, диссоциирует на ионы:

Н20 = Н+ +ОН’.

Радиус иона Н+ составляет 1,32 А, это — «тонкий» ион, и он попадает в полости каркаса, стабилизируясь в каркасе. Радиус иона ОН — равен радиусу полости каркаса, этот ион оказывается в растворе в избытке, создавая щелочную среду. Значит, должен возрастать водородный показатель рН.

Известно более 10 работ о влиянии магнитной обра­ботки на рН растворов, но все результаты едва пре­вышают погрешности измерений и потому вызывают сомнения в достоверности. Недавно опубликованная работа Ламбрева заставляет по-новому оценить эти старые исследования.

А теперь напишем уравнение химической реакции, в котором, как будто, все правильно:

CaCi2 + Na2S04 = CaS04 +2NaCl.

Магнитная обработка исходных компонентов — растворов СаС12 и Na2S04 — приводит к замедлению кристаллизации гипса, а обработка получающейся суспензии — к ускорению. Этот необычный эффект нетрудно объяснить, если учесть, что в исходных раство­рах в момент обработки действует механизм «ион в клетке». Ионы кальция и натрия — «тонкие», они попа­дают в клетки-полости, стабилизируются там, и в результате уменьшается число реагирующих ионов, т. е. реакция замедляется. Во время магнитной обра­ботки суспензии происходит адсорбция ионов из жидкой фазы на твердую, и кристаллизация идет быстрее.

Расскажем еще об одном типе химических реакций, которые возникают под действием магнитного поля оптимальной напряженности. Они протекают, правда, без участия воды, но упомянуть о них стоит хотя бы потому, что в их реальность тоже долго не верили. Считалось, что если реакции и идут, то лишь в очень сильных магнитных полях. Однако тщательная про­верка, выполненная в разных странах мира, показала, что такие реакции происходят и в области «оптималь­ных» индукций.

Речь идет о реакциях с участием свободных радика­лов. Свободные радикалы — это сравнительно устой­чивые «осколки» органических соединений, в которых отсутствует один атом, т. е. радикалы имеют электри­ческий заряд. Радикалы обозначают буквой R —. Для метана СН4 радикалом будет метил СН3 —, но он не­устойчив. Для этана С2Н6 радикалом является этил С2Н5 — , он тоже неустойчив. Устойчивы более крупные радикалы, в которых нескомпенсированный заряд как бы распределен между всеми остальными атомами. Устойчивость свободных радикалов относительна, че­рез некоторое время они начинают взаимодействовать. Рассмотрим реакцию с участием радикалов:

R’Li-f R2C! = LiC! — f — R’R2, где R1 — бутил C4H9 —, R2 — бензилхлорид С6Н5СІ2—.

В действительности получается несколько продуктов взаимодействия свободных радикалов: R’R ; R’R1; R2R2. Установлено, что магнитное поле с индукцией В = 0,1 Тл увеличивает на 20 % выход первого из этих продуктов. За открытие и обоснование этого явления группа советских ученых (Ю. Н. Молин, Р. 3. Сагдеев и др.) была удостоена в 1986 г. Ленинской премии.

Подобный механизм влияния магнитного поля реа­лизуется, возможно, при его воздействии на биологи­ческие объекты, ибо некоторые процессы в них проте­кают через свободные радикалы.

Мы расстались с Остапом Бендером, когда он в поисках стульев с драгоценностями заходил в разные дома. Попал он и в квартиру, где жила Эллочка Щу­кина. Эллочка не хотела продать свой стул, и Остап ре­шил его выменять.

«…— Сейчас в Европе,— сказал он,— и в лучших домах Филадель­фии возобновили старинную моду — разливать чай через ситечко. Необычайно эффективно и очень элегантно.

Остап вынул из кармана маленькое позолоченное ситечно. —

— Хо-хо! — тихо застонала Эллочка.

Не дав ей опомниться, Остап положил ситечко на стол, взял стул и галантно раскланялся».

Ситечко давно уже применяют не только в лучших домах Филадельфии, но почти повсеместно: так чай отделяют от чаинок. Мы вправе сказать, что здесь происходит фильтрование суспензии. В химической промышленности фильтры представляют собой слож­ные агрегаты, рабочая поверхность нередко превос­ходит 100 квадратных метров, а цена — полмиллиона рублей. Еще более сложные и дорогие фильтры в цел­люлозно-бумажной промышленности. Работы по интен­сификации процессов фильтрования также ведутся во многих странах. Не последнюю роль тут играет и маг­нитная обработка.

Имеются сообщения о том, что магнитная обработка водопроводной воды увеличивает скорость ее фильтра­ции в песке и глине. Скорость фильтрации технической воды, закачиваемой в нефтяной пласт, возрастает на порядок, если ее предварительно обработать магнит­ным полем. Если для промывки осадка использовать обработанную воду, то возрастают скорость промывки и степень отмывки белой сажи и бикарбоната натрия, гидроксидов тяжелых металлов, сульфоугля, геля крем­невой кислоты, фосфогипса. Это же касается и про­мывки кинопленки. Если обрабатывать суспензию, например оксалата никеля, жидкая фаза которой пред­ставляет насыщенный раствор вещества твердой фазы, то выпадают мелкие кристаллы, а скорость фильтрации уменьшается. Если же обрабатывать суспензию угля или целлюлозы, где в жидкой фазе как будто нет ионов кристаллизующегося вещества, то фильтрование будет идти быстрее. Наконец, при обработке суспензии, в которой после этого процесс роста кристаллов может происходить еще несколько часов, последующая фильтрация идет с большей скоростью, о чем мы упо­мянули в предыдущем разделе.

При магнитной обработке промывной воды исполь­зуется описанное в разделе 4.2 свойство ускорять процесс растворения неорганических солей. Даже в таких средах, как осадки угля, песка, контакты между чаістицами часто дают кристаллизующиеся из рас­твора соли. Эти соли растворяются при промывке осадка первыми порциями промывной жидкости, в осад­ке образуются сплошные поры вместо тупиковых, и следующие порции промывной жидкости проникают сквозь слой осадка быстрее. Но быстрая промывка фильтровального осадка не всегда обеспечивает высо кое качество отмывки от примесей, которые могут застревать в тупиковых порах. Размывание тупиковых пор способствует лучшей очистке осадка. Эта мера полезна тогда, когда надо получить чистый осадок, а также и в тех случаях, когда осадок выбрасывают, а целевым продуктом является фильтрат. Тогда из­влечение даже незначительных количеств фильтрата из тупиковых пор позволяет увеличить выход полезного продукта на 0,5—1,5 % (производство фосфорной кислоты).

Магнитной обработкой суспензии мы влияем на про­цессы снятия пересыщения и кристаллизации в объеме. При наличии твердой фазы ионы осаждаются из раство­ра преимущественно на частицах твердой фазы, но при больших пересыщениях, когда новая твердая фаза воз­никает в объеме жидкой фазы, появляются мелкие кристаллы, что приводит к уменьшению скорости фильтрования. Поэтому до магнитной обработки пересыщение надо снять обычными технологическими приемами: снижением температуры, интенсивным перемешиванием. Но даже и тогда, когда ионы выса­живаются только на частицах твердой фазы, могут воз­никнуть нежелательные для фильтрования явления. Одно из таких явлений — замедление промывки фильт­ровального осадка. Обычно, чем выше скорость фильт­рования, тем выше и скорость промывки, но при исполь­зовании магнитной обработки ситуация может изме­ниться. Это произойдет тогда, когда при осаждении ионов на частицах твердой фазы поверхностный заряд частиц будет возрастать по абсолютной величине. Большой заряд создаст большие силы взаимодействия с близлежащими слоями воды, что и приведет к замед­лению промывки. Способ борьбы с этим явлением — магнитная обработка промывной жидкости. Таким образом, обрабатывать полезно несколько потоков, поступающих на фильтр,— и суспензию, и промывную воду. Вспомним, кстати, и о пользе омагничивания воды, поступающей на промывку фильтровальных тканей.

Все эти приемы применяются в химической, сахар­ной, целлюлозно-бумажной промышленности. В ряде 114 случаев очистка становится столь эффективной, что осадок даже изменяет свои эксплуатационные свой­ства, так, каучук, промытый от золы, легче пластифи­цируется. Наконец, надо упомянуть и так называемые скорые фильтры (песчаные), которые применяют на очистных сооружениях городов и поселков, и где уже много лет наряду с другими способами интенсифи­кации процесса используют и магнитную обработку воды.

Есть немало причин, чтобы усомниться, действитель­но ли вода, прошедшая через магнитное поле невы­сокой напряженности, изменяет свои свойства. Сомне­ния возникают из-за трудностей, связанных с объяс­нением феномена. Ведь поток чистой воды, как было показано в разделе 1.5, на магнит практически не реагирует. Вот если бы вода была ржавая, с частицами ферромагнитных оксидов железа, то на них, очевидно, действовала бы сила Гуи. В этом случае взвешенные частицы оксидов приобрели бы дополнительный им­пульс, в движение вовлекались бы соседние слои жидкости — вот тогда мы вправе были бы ожидать изменений в системе.

Даже чистая с виду вода может содержать малое количество ферромагнитных частиц, например вода из водопровода. И в этом случае изменения (пусть и малые) представлялись бы обоснованными. Но нас уверяют, что изменению подвержена и кислая вода, где ферромагнитных частиц нет,— железо присутствует там только в виде ионов. И даже в дистиллированной

Воде, говорят, обнаруживается действие магнитного поля, хотя сила Гуи здесь равна нулю.

Быть может, мы сталкиваемся с какими-то новыми, еще неведомыми силами? Или тут проявляются такие свойства воды, с которыми мы ранее еще не встре­чались? Не пора ли в современные теории воды вно­сить исправления?

Разумеется, прежде чем подвергать ревизии сложив­шиеся теории, надо перепроверить факты о якобы имевших место изменениях свойств воды и растворов. И тут — ах, какой пассаж! — далеко не всегда резуль­таты опытов удавалось повторить. Сторонники и про­тивники магнитной обработки вступали в безрезультат­ный спор.

— Вы занимаетесь химерой! — заявляли против­ники.

— Не полностью воспроизведены условия опыта,— утверждали сторонники.— Магнитный аппарат такой же, но скорость протекания жидкости через аппарат была другой.

Изменили скорость жидкости, а эффекта снова не получили.

— Тут совсем другой состав воды, в нем есть по­сторонние ионы.

Очистили воду от посторонних ионов. Эффекта по-прежнему нет.

— Температура опытов гораздо выше, на целых пять градусов.

Уменьшили температуру. Эффекта все равно нет.

— Сейчас апрель, а результат, которого мы доби­ваемся, был получен в октябре,— изыскивали доводы сторонники.

— Довольно! Не морочьте голову! — в сердцах отвечали противники.— Омагниченной воды нет и быть не может.

К спору подключились некоторые физики-теоретики. Они активно выступали (да и сейчас иногда выска­зываются) против идеи магнитной обработки, обвиняя ее сторонников в трюкачестве, фокусничестве, бессо­вестном обмане легковерных. В публичных выступле­ниях отдельных сотрудников академических институтов рядом со словами «магнитная обработка воды» еще недавно обязательно соседствовали такие неакадеми­ческие выражения, как мошенничество, шарлатанство и т. п. В связи с этим уместно привести отрывок из воспоминаний о вице-президенте Академии наук Б. П. Константинове его бывшего ученика А. И. Его­рова.

«…Зима 1966 г. Работаю в лаборатории. Телефонный звонок, голос секретаря: «С Вами будет говорить Борис Павлович». И сразу же: «Антон Ильич, у вас в филиале вода жесткая?» — «Жесткая, из артезианских скважин». — «Я завтра буду в Гатчине и хочу провести магнитную обработку воды. Мне нужен электромагнит, две плитки и колбы…»

На следующий день Борис Павлович как всегда быстро вошел в лабораторию, осмотрел электромагнит, попросил включить его катушки навстречу друг другу. В две колбы налили кристально чистой воды, одну колбу покрутили над полюсами магнита, другую — в стороне от него. Поставили колбы на плитки и стали ждать, что будет. В ту пору я очень скептически относился к идее магнитной обработки воды — она казалась мне типичным околонаучным шарлатанством. Гатчинскую воду я кипятил много раз и знал, что на стенках колб должен выделяться беловатый слой накипи. Но по мере того, как колбы нагревались, начала проявляться разница между ними: в одной — накипь стала привычно нарастать на стенках, в другой — обработанной магнитным полем — вода стала мутно-белой: вся накипь выделилась в объеме жидкости.

Воду вылили, колбы ополоснули соляной кислотой, тщательно вымыли и снова залили водой. Поменяли их местами, одну покрутили в магнитном поле и стали нагревать — и снова тот же результат: предварительная обработка магнитным полем вызывает выпадение накипи в виде шлама. Начали эксперимент в третий раз, но теперь Борис Павлович влил часть обработанной воды в колбу с необрабо­танной и поставил ее на плитку. Четко врезалась в память вся обстановка этого мгновения. Темнеющий лес за окном, теплый уют лаборатории, ярко освещенный вытяжной шкаф и мы, напряжен­но ожидающие, что будет с водой. Вот колба запотела, закипели стекающие капли, пошли из толщи воды пузырьки воздуха, теплее, теплее, вода начала закипать, и вот стала мутнеть — шлам начал образовываться в толще воды.

Борис Павлович тут же попрощался с нами и быстро ушел, а мне потом пришлось не раз убеждать скептиков, что в воде, движущейся через неоднородное магнитное поле, возникают долгоживущие центры кристаллизации, и что магнитной обработке можно подвергать не всю воду, а только ее часть.»

В этом разделе пойдет речь о вполне заурядных, ничем не примечательных химических реакциях. Од­нако в заголовке стоит слово «почти», значит, чем-то они все-таки отличаются. Да, это те реакции, скорость которых можно изменить, если использовать магнитную обработку.

Вот одна из таких реакций — гидратация силиката кальция:

3Ca0-Si02-f 3H20 = 2Ca0.Si02-2H20 + Ca(0Hh.(I)

Силикат кальция — основной компонент одного из видов цемента. Цемент — это сухой порошок, из него, если осуществить реакцию (I), можно изготовить прочные монолитные изделия. При смешении цемента с водой (затворении) в смесь часто вводят песок, гравий, другие наполнители — когда такая смесь затвердевает, она называется бетоном. В современном мире бетон применяют в огромных масштабах: из него строят жилые дома, промышленные объекты, взлетно — посадочные полосы, причалы," военные сооружения. Во всех странах мира широко ведутся работы, направ­ленные на улучшение всех стадий процесса получения изделий из бетона.

Химиков интересует стадия, связанная с отвержде­нием цемента, т. е. то, что отображено реакцией (1). Установлено, что она протекает не сразу, а через не­сколько промежуточных фаз. Первая представляет собой растворение оксидов, причем оксид кальция

Рис. 13. Прочность образцов бетона из цемента в зависи­мости от магнитной обра-

Ботки:

/ — без обработки; 2 — об­работка сразу после затво — рения; 3 — обработка через 2 часа после затворения

Образует раствор электролита, а оксид кремния обра­зует желеобразную систему — гель кремневой кислоты. Во второй фазе происходит кристаллизация из рас­твора, в твердую фазу переходят ионы и из раствора, и из геля. Но так как гель обладает разветвленной про­странственной структурой, похожей на структуру поли­мера, то фаза оказывается очень протяженной во времени. Гель полностью расходуется только через год—полтора. Остатки геля, таким образом, длитель­ное время находятся в межкристаллических проме­жутках, во всяком случае в течение первого месяца расходуется не более 80 % геля. Поэтому прочность изделий из цемента (бетона) растет с течением времени (рис. 13).

Как видно из рисунка, магнитную обработку целе­сообразно осуществлять на обеих фазах. Мы уже знаем: вода, прошедшая через магнитный аппарат, обладает способностью быстрее растворять неоргани­ческие вещества. Значит, первая фаза будет проходить и завершаться быстрее. Опытами установлено, что при использовании магнитоактивированной воды для затво­рения цемента образуется больше мелких кристаллов, тогда как при затворении цемента обычной водой образуется больше крупных кристаллов. Мелкие крис­таллы имеют больше точек контакта, где они могут срастись, и это обеспечивает большую прочность расту­щего кристаллического каркаса. Вот почему магнитная обработка воды для затворения приводит к увеличе­нию прочности получающихся готовых изделий.

Но формирование более мелких кристаллов в це­ментной массе важно и с другой точки зрения. У строи­
телей существует специальный термин — удобоуклады — ваемость, т. е. способность цементного теста [2] легко заполнять формы и не создавать воздушных пробок. Именно благодаря мелким кристаллам масса приобре­тает большую пластичность, лучшую растекаемость. Вот еще один довод в пользу предварительной обработки воды для затворения.

Магнитная обработка на второй фазе, т. е. обра­ботка затворенной массы, также дает повышение прочности готовых изделий. При этом происходит снятие пересыщения. Ионы, участвующие в формиро^ вании кристаллогидрата, адсорбируются на поверхно­сти растущих кристаллов и встраиваются в кристал­лическую решетку. Чтобы эффект был максимальным, обработку надо производить после завершения первой фазы и в начале второй, т. е. спустя несколько часов после затворения. Очевидно, обрабатывать массу, когда процесс кристаллизации в основном завершен, не имеет смысла.

Рассмотрим теперь другую реакцию, также связан­ную с отверждением:

CaS04 • 0,5НгО + 1,5Н20 = CaS04 — 2НгО. (11)

Образующийся по этой реакции из полугидрата сульфата кальция двуводный сульфат кальция (гипс) в затвердевшем состоянии обладает высокой устой­чивостью формы. Сама реакция протекает быстро — за несколько минут. С реакцией (II) мы сталкиваемся в клинике, когда зубной врач снимает слепок или хи­рург накладывает гипсовую повязку. Менее известно, что изделия из гипса применяют в строительстве, из них делают стеновые панели, перегородки, плитку.

Были проведены опыты с так называемым гипсовым вяжущим, основным компонентом которого является полугидрат сульфата кальция. Оказалось, что затворе — ние гипсового вяжущего магнитоактивированной водой приводит к повышению прочности гипсовых изделий на 30—40 %, т. е. почти так же, как и изделий из бетона. В этом нет ничего странного, ибо процесс по реак­ции (II) в общих чертах сходен с процессом по реак­ции (I). Значит, и эффект магнитной обработки также должен быть положительным.

Коль скоро воздействие обработанной водой произ. водится на первой фазе процесса — растворении, а скорость растворения может как увеличиваться, так и уменьшаться, то мы вправе ожидать появления не толь­ко положительного, но и отрицательного эффекта маг­нитной обработки. Это, действительно, имеет место; если в обрабатываемой воде много «толстых» ионов — сульфатов, фосфатов.

Кроме цемента и гипса, магнитная обработка уско­ряет твердение других вяжущих материалов — глины, жидкого стекла. В суспензиях глин, полученных на магнитоактивированной воде, выявлена (с помощью электронной микроскопии) более совершенная кри­сталлизационная структура. Поэтому прочностные и некоторые другие характеристики готовых изделий (кирпича, керамики) также отличаются: прочность и плотность становятся выше, пористость и водопогло — щение — меньше.

Окончательное твердение этих вяжущих материалов происходит только в условиях высоких (порядка 1000 °С) температур. На стадию высокотемпературного обжига подают образцы, прошедшие стадию формова­ния, т. е. обладающие устойчивостью формы. Для того чтобы суспензия (например, глина—вода) приобрела какую-то устойчивую форму, в ней должны произойти процессы структурообразования. Именно на протека­ние этих процессов и влияет омагниченная вода. Пола­гают, что положительный эффект магнитной обработ­ки здесь связан с возрастанием поверхностного натя­жения воды. С одной стороны, это вызывает уменьше­ние смачиваемости частиц твердой фазы, т. е. уменьше­ние числа молекул Н20 вблизи каждой частицы, что должно способствовать росту числа контактов между ними. С другой стороны, более высокое поверхностное натяжение приводит к увеличению сил стягивания частиц в объеме, что должно способствовать упрочне­нию этих контактов. В итоге возникает коагуляцион — ная структура в пастообразном образце, поступающем на обжиг. Эта структура сохраняется и закрепляется в обожженном изделии.

В главе 2 мы неоднократно говорили о том, что неко­торые эффекты магнитной обработки кажутся столь странными, будто получены в результате фокусов. Затем мы постепенно стали объяснять эти эффекты, можно сказать, раскрывать секреты фокусов. О рас­крытых и нераскрытых секретах пойдет речь в этом разделе.

На одном из заводов, производящих синтетиче­ские моющие средства, опытным путем было установ­лено, что технологические растворы, обработанные маг­нитным полем, лучше распыляются. Значит, можно увеличить производительность процесса или снизить расход топлива. Причина лучшего распыла оказалась в том, что уменьшилась вязкость раствора, а также, вероятно, поверхностное натяжение. Обычно вязкость растворов электролитов после магнитной обработки в области оптимальных индукций возрастает, но в моющих средствах есть органические добавки (ПАВ), для которых, как мы уже знаем, эффект меняет знак. По-видимому, распыление в сушилках органических продуктов и в других случаях можно улучшить, если применять магнитное, поле.

В промышленных условиях было достигнуто и умень­шение слеживаемости удобрений: аммиачной се­литры — в 1,5 раза, нитроаммофоски — в 2 раза. Это весьма важно, ибо удобрения, если не заботиться об условиях их хранения, могут слеживаться, т. е. превращаться в сплошной и очень твердый монолит. Раздробить такую глыбу очень непросто. Причиной замедления процесса слеживаемости этих неоргани­ческих солей стало, очевидчо, возрастание поверхност — ного натяжения и замедление процессов, идущих на поверхностях контактов частиц.

Лабораторные опыты показывают, что магнито — активированный этиленгликоль поднимается в капил­лярной трубке до более высокой метки, чем обычный. Значит, поверхностное натяжение этой органической жидкости уменьшилось (эта жидкость плохо смачи­вает стекло). Поэтому можно предполагать, что про­питка капиллярных сред (например, ткани) другими органическими жидкостями может быть ускорена, что и было сделано в производстве электротехнических изделий: омагниченный лак лучше пропитывает бумагу. В воде (и в водных растворах электролитов), напротив, поверхностное натяжение возрастает, значит, магнитное поле может интенсифицировать не пропитку водой, а обратный процесс — сушку. И вот уже появляются первые сообщения об успешных опытах по ускоре­нию сушки льняной пряжи.

При магнитной обработке лакокрасочных материа­лов — суспензий красителя в органическом раствори­теле — уменьшается поверхностное натяжение жидкой фазы. Поэтому возрастает смачиваемость пигментов, улучшается накрашиваемость тканей. С другой сто­роны, паста красителя быстрее рассыпается, что позво­ляет повысить производительность диспергирующего оборудования.

Во всех рассмотренных выше случаях мы можем объяснить механизм действия магнитного поля, про­гнозировать возможный успех или предостеречь от неудачи.

Значительно сложнее с другими примерами. Из­вестна химическая реакция гашения извести:

Са0 + Н20 = Са(0Н)2.

С «омагниченной» водой эта реакция идет в 1,3 раза быстрее. Почему? За счет увеличения скорости раство­рения? Или вследствие появления большого числа центров кристаллизации гидроксида?

Опытами установлено, что кинопленка проявляется быстрее в проявляющем растворе на воде, прошедшей магнитную обработку. При проявлении пленки идет, например,’ реакция
и атомарный бром соединяется с водородом проявляю­щего вещества. Предполагают, что магнитная обра­ботка влияет на скорость диффузии компонентов проявителя в желатиновом слое, нанесенном на плен­ку. Но почему она ускоряется?

В заключение перечислим несколько эффектов, объяснение которых пока что затруднительно (если, конечно, сами эффекты достоверны). Ускорение хими­ческой реакции полимеризации (смолы ЭДТ-10, акри — лонитрила). Ускорение химической реакции окисления иодистоводородной кислоты пероксидом водорода. Бо­лее медленное окисление органических веществ (стеа­риновой кислоты, изопропилового спирта) и более быстрое — пирита. Ускорение испарения макрокапил — лярной влаги и замедление испарения микрокапил­лярной влаги из силикагеля. Изменение скорости коррозии некоторых марок сталей. Изменение сорбци — онной емкости катионитов и анионитов, геля гидро — ксида железа, а также сорбции электролитов на тканях. Трудно объяснить и снижение расхода мотор­ных топлив. Многие из этих процессов идут не в воде, а в других жидкостях, но мы все равно упоминаем их здесь, потому что их связь с процессом магнитной обработки еще ждет исследования.

В приведенном выше отрывке странное для неспе­циалиста впечатление оставляет описание техники эксперимента: «одну колбу покрутили над полюсами магнита…» Свойства «кристально чистой» воды чудес­ным образом изменились только потому, что колбу слегка «покрутили» над магнитом! Действительно, похоже на фокус. Хотя академик Константинов это фокусом не считал: трижды выполнив нужную про­цедуру и трижды получив требуемый результат, он этим результатом вполне удовлетворился.

«Покрутить» колбу над полюсами магнита означало совершить пересечение водой в колбе магнитных сило­вых линий. Если скорость такого пересечения v, то на каждый ион в растворе действует сила Лоренца:

F2 = q[Bv], (3)

Где q —заряд иона.

Поскольку нам впоследствии придется неоднократно иметь дело с силой Лоренца, напомним, как определяют направление вектора Существует так называемое правило левой руки. Надо расположить левую руку так, чтобы магнитные силовые линии (от северного полюса к южному) входили в ладонь, а направление вытя­нутых сложенных пальцев показывало путь движения положительного заряда. Тогда отставленный большой палец покажет направление силы /у Для отрицатель­ного заряда, очевидно, направление F2 будет противо­положным.

Так как сила Лоренца всегда направлена перпен­дикулярно вектору скорости движущейся частицы, то эта сила не создает работы, не изменяет энергии частицы. Первоначальная скорость частицы остается неизменной по абсолютной величине. Поэтому непо­нятно, как такая сила вообще может что-то изменить в жидкости. Все-таки похоже на фокус…

Посмотрим, как устроен простейший современный магнитный аппарат (рис. 6). По трубе / протекает жидкость. Вне трубы расположены магниты 2 и 3. Независимо от того, является ли поле этих магнитов

Переменным или постоянным, каждый элемент потока жидкости будет пересекать силовые линии обоих магнитов, т. е. для него внешнее поле будет перемен­ным во времени. А так как полюса магнита 3 распо­лагаются противоположно полюсам магнита 2, то для рассматриваемого элемента поле окажется также и пе­ременным в пространстве. (Знакопеременность полюсов магнитов называется реверсом.)

На рисунке внешние магниты 2 и 3 изображены одинаковыми, густота магнитных силовых линий между ними также одинакова, а линии симметричны. Кроме того, предполагается, что магниты 2 и 3 установлены столь далеко друг от друга, что между ними нет магнит­ных силовых линий. В аппаратах для промышлен­ного использования картина магнитных силовых линий гораздо сложнее.

Рассмотренный аппарат очень прост по конструкции и исполнению. Для жидкости, протекающей по трубо­проводу, как будто не создано никаких изменений: она течет в том же сосуде, с той же скоростью. Лишь с внешней стороны трубы возникло нечто эфемерное — магнитное поле. Да, стрелка компаса это уловит, но жидкость? В трубе? Как-то сомнительно…

В магнитных аппаратах более сложных конструкций схема, изображенная иа рис. 6, как правило, реали­зуется в качестве одного из рабочих элементов. В про­мышленных аппаратах используют как постоянные магниты, так и электромагниты.

Промышленные аппараты могут подвергать обра­ботке по несколько тысяч кубометров воды в час. Их электромагниты потребляют десятки киловатт — часов электроэнергии. Представляется вполне естест­венным, что эти киловатты пока еще неясным для нас образом изменяют свойства обрабатываемой жидкости. Но при эксплуатации постоянных магнитов не требуется применять какую-либо энергию. Постоянные магниты сохраняют свои свойства практически неизменными в течение многих лет. За это время по нашей трубе про­течет море воды. Какие же причины могут привести к изменению свойств этого моря? Откуда черпается энергия? Ситуация подозрительно напоминает пресло­вутый вечный двигатель… Может быть, это все-таки мистификация, фокус?

2.3. Что течет по трубе!

Итак, мы имеем систему, состоящую из трубы, распо­ложенной во внешнем магнитном поле. По трубе течет жидкость, в которой, говорят, изменяются некоторые свойства. Какие именно свойства и как они изменяются, мы рассмотрим чуть позже, а сейчас поговорим о том, что же должно протекать по нашей трубе, чтобы наблю­дался эффект магнитной обработки, т. е. обещанное изменение свойств жидкости.

Хорошо, если протекает обычная водопроводная вода — тогда этот эффект заметен даже в не очень сильных магнитных полях, например с индукцией В = 0,1 Тл. Если вода дистиллированная, то эффект значительно меньше, но его все же можно наблюдать в более сильных полях, например с 5 = 0,5 Тл. Бидистил — лят обычно эффектов не дает, если не увеличить магнитную индукцию до В = 1,5 Тл, а это технически довольно трудно осуществить. В трижды дистиллиро­ванной воде как будто еще никто не наблюдал никаких эффектов.

Мы вправе думать, что все дело в примесях, напри­мер в наличии ионов растворенных солей. Действи­тельно, при повышении концентрации кислот, неоргани­ческих солей, вообще электролитов все эффекты возра­стают, правда, не безгранично. Если рассматривать простые системы вода—соль или вода—кислота, то предельной концентрацией является 1—2 кмоль/м3. Выше этих достаточно высоких концентраций эффект уменьшается и может даже изменить знак, то есть вместо ожидаемого возрастания какой-либо величины она уменьшается. Естественно, существует область кон­центраций, когда эффект не заметен вовсе либо очень мал. Эти случаи отсутствия эффекта бывают довольно часто. Надо также учесть, что у каждого индивидуаль­ного вещества своя предельная концентрация. Изменим несколько концентрацию — и эффект будет наблю­даться.

Мы уже говорили о том, что вода (раствор) должна протекать по трубе, в неподвижной жидкости изменения будут наблюдаться только в переменном во времени и (или) по направлению магнитном поле. Линейная ско­рость протекания жидкости имеет немаловажное значение. Наибольшие эффекты наблюдаются при ско­ростях порядка 0,5—2,5 м/с, при существенно меньших и больших скоростях эффекты, как правило, малы. Оптимальной должна быть не только скорость потока v, но и индукция В, оптимальный диапазон значений В = 0,07-^0,20 Тл, при больших и меньших В эффекты, как правило, малы.

Анализ многочисленных экспериментальных данных показал, что не столько сами по себе значения v или В, сколько их произведение Bv. Таким образом, малая скорость потока жидкости — это не всегда плохо. Даже при и = 5 см/с можно наблюдать эффекты, если индукцию увеличить в 10 раз. Оптимальное значение Bv закладывается в конструкцию современ­ных промышленных аппаратов.

Все сказанное относится к магнитной обработке технических растворов электролитов. Магнитные аппа­раты изготавливают также для нужд сельского хозяй­ства и медицины, в частности для обработки живых систем. В таких аппаратах оптимальная индукция обычно не выше 0,03 Тл (подробнее об этом будет сказано в разделе 5.8).

Вернемся к неорганической материи. Оказывается, большая скорость потока жидкости через трубу — тоже не всегда плохо. Если благодаря большой скорости поток становится турбулентным (с завихре­ниями), то эффект возрастает. Можно создать турбу­лентность, обрабатывая жидкость ультразвуковым по­лем. Тогда в ней возникают пульсирующие газовые пузыри. Это явление называется кавитацией. Одновре­менная обработка потока магнитным и ультразвуковым полем создает эффект больший, чем сумма эффектов от каждого вида воздействий порознь. Этот результат можно было бы записать немыслимым равенством:

3 + 4 = 9,

Где 3 — численное значение эффекта от действия только ойного магнитного поля, 4 — то же от действия только Одного ультразвукового поля, 9 — суммарный эффект одновременного действия двух полей.

Если кавитацию создавать до магнитной обработки, то эффект также усиливается, т. е. станет больше, чем от каждого поля порознь. Но если кавитацию создавать после магнитной обработки, то эффект ослабляется, станет меньшим, чем от одного поля. Этот результат можно записать так:

3 + 4 = 2.

Глядя на такую арифметику, читатель вправе вос­кликнуть:

— Это же надувательство!.. Или сумасшествие?..

Вообще-то, в этой книге мы ведем речь о воде и водных растворах. Но в данном разделе несколько раз применили более широкое понятие: жидкость. Это не случайно. До недавнего времени считалось, что эффекты магнитной обработки присущи только воде. В восьмидесятых годах стали появляться сообщения, что аналогичные эффекты наблюдаются также при магнитной обработке органических жидкостей, напри­мер нефти. Но что может быть общего между органи­ческой и неорганической жидкостями? Что ни говорите, а трудно, право, избавиться от ощущения, что все эффекты магнитной обработки связаны с мистифи­кацией.

В романе И. Ильфа и Е. Петрова «Двенадцать стульев» Остап Бендер занимался поисками стульев, в которых были спрятаны сокравища. В погоне за стульями он как-то оказался в доме Старгородского собеса, выдав себя за инспектора пожарной охраны. В этом доме имелся пеногон-огнетушитель «Эклер»…

«Остап неохотно проследовал к огнетушителю. Красный же­стяной конус, хотя и являлся единственным в доме предметом, имеющим отношение к пожарной охране, вызвал в инспекторе особое раздражение. Остап снял «Эклер» со ржавого гвоздя, без предупреждения разбил капсулу и быстро повернул конус кверху. Но вместо ожидаемой пенной струи конус выбросил из себя тон­кое шипение… Огнетушитель продолжал шипеть еще не менее полу­часа, потом неожиданно выпустил пенную струю, затем вторую, после чего работа «Эклера» стала бесперебойной».

Огнетушители, которые применялись в описывае­мое время, имели следующее устройство. В стеклянном сосуде находилась серная кислота, этот сосуд при ударе разбивался, и кислота попадала в другой сосуд — с со­дой, происходила реакция

H2S04 + Na2COi = Na2S04 + С02 f + Н20.

Образующийся оксид углерода(IV) создавал пену, для стабилизации которой в огнетушителе имелось некоторое количество поверхностно-активных ве­ществ (ПАВ). Струей пены надо было гасить огонь.

В современных огнетушителях оксид углерода(IV) находится под давлением. Огнетушитель не надо пово­рачивать, ударять об пол, а достаточно открыть вен­тиль: выделяющийся газ, охлаждаясь при быстром рас­ширении, частично превращается в белые хлопья — твердый оксид углерода(IV). В других типах огнету­шителей применяют пены, наполненные оксидом угле­рода (IV). С помощью пены тушат пожары на самоле­тах, кораблях, в библиотеках. Пена гасит огонь, сохра­няя оборудование и документы, которые были бы испор­чены, если пожар тушить водой.

Пены применяются не только в противопожарной технике. Действие многих моющих средств — мыла, стиральных порошков, паст и т. п.— основано на ис­пользовании пены. С пеной мы встречаемся в изде­лиях пищевой промышленности: мороженое, крем, па­стила, даже хлеб — все это пены. Хлеб относится к так называемым твердым пенам — это газ, распреде­ленный в твердом веществе. Твердой пеной являются также разнообразные пено — и поропласты, пенобетон, стеклопор, пористый металл и т. д. Без пены невозможна и жизнедеятельность человека, так, вся наша пища, прежде чем ее удастся проглотить, обязательно сма­чивается слюной, которая образует пену (на 10 г яблок идет 2 г слюны, на 10 г сухарей — 25 г слюны).

Итак, пена — это система, состоящая из газа, равно­мерно распределенного в жидкости или в твердом теле. При этом общий объем газа должен составлять не менее 80—90 %, тогда пузырьки газа плотно приле­гают друг к другу, деформируются и образуют систему связанных упругих пленок. Жидкостные пленки мало­устойчивы, но при наличии ПАВ-стабилизаторов пены могут существовать долго. Д. Дьюар, изобретатель термоса, сохранял некоторые пены годами.

Существуют ПАВ-стабилизаторы пен и ПАВ-анти — вспениватели. Их действие избирательно: на одну пену данное ПАВ действует, на другую — нет.

В восьмидесятые годы появились сообщения о влия­нии магнитного поля на устойчивость жидкостных пен. На некоторые пены магнитное поле действует как ста­билизатор, увеличивает кратность пены (содержание воздуха) и ее объем, на другие пены магнитное поле действует угнетающе, вызывая их разрушение.

Механизм этого процесса специально еще не изучен, но вполне вероятно, что он связан с изменением поверх­ностного натяжения 0 жидкости. Вы уже прочли в раз­деле 2.4, что о воды и электролитов повышается после магнитной обработки. В пенах ПАВ — обязательный компонент, растворы ПАВ сами по себе характеризу­ются более низким, чем в чистой воде, поверхностным натяжением, а после магнитной обработки 0 водного раствора ПАВ еще более снижается. Для возникно­вения пены как раз и нужно достаточно низкое поверх­ностное натяжение, иначе воздушные пузыри не смогут образовываться. Но слишком низкое значение а озна­чает малую прочность пленки, и пузыри стали бы ло­паться. Таким образом, для каждого вида пены тре­буется определенное поверхностное натяжение, и, воз­действуя на него, например магнитным полем, можно повысить или понизить устойчивость пены. Итак, отметим, что магнитной обработкой можно регулиро­вать свойства вещества, в частности такой сложной неоднородной системы, как пена.

Пена активно работает на обогатительных фабри­ках, например в. производстве минеральных удобре­ний. Частицы минерала избирательно смачиваются рас­творами ПАВ — в зависимости от их природы. Части­цы, содержащие полезные компоненты, взаимодей­ствуют с пузырьками пены и всплывают, концентри­руясь в пене, а пустая порода скапливается на дне флотационной машины. Таким образом обогащают бед­ные руды, т. е. повышают концентрацию целевого компонента. Пена во флотационной машине должна иметь достаточную устойчивость (иначе не всплывает руда), но не очень (иначе потом будет трудно извлечь флотоконцентрат из пены). С этой целью вводят раз­ные ПАВ — собиратели (стабилизаторы) и пенорегу — ляторы (гасители).

В течение двух десятилетий интенсивно исследуется влияние магнитной обработки на эффективность фло­тационного обогащения руд: марганцевых, медиых, свинцово-цинковых, золотосодержащих, фосфорсодер­жащих, серусодержащих и др. Установлено, что в омаг — ниченных растворах возрастает растворимость ПАВ — собирателей. Увеличивается адсорбция молекул ПАВ на минералах, особенно на крупных частицах. Ско­рость прилипания частиц минералов к пузырькам возду­ха возрастает на порядок. Общим результатом явля­ется увеличение коэффициента извлечения полезных продуктов.

Современный уровень развития техники обеспечи­вает довольно высокий коэффициент извлечения из любых руд, он близок к 90 %. С помощью магнитноь обработки этот показатель удается повысить на 1—2 %, что считается большим достижением. За этими скромными двумя процентами стоят десятки миллионов тонн руды, которая без магнитной активации воды была бы просто выброшена в отвал. Из этой в прямом смысле слова дополнительной руды получают миллионы тонн минеральных удобрений, редких металлов и дру­гих необходимых предметов.

Богатых руд на земле становится все меньше, волей-неволей приходится использовать бедные, кото­рыми еще недавно пренебрегали. Флотация приобре­тает все более важное значение, и поиски путей повы­шения эффективности флотации весьма актуальны. Одним из таких путей является магнитная обработка растворов флотореагентов.

Руда, поступающая в химическую переработку, содер­жит некоторое количество флотореагентов, особенно бедная. В некоторых производствах эти остаточные флотореагенты являются стабилизаторами пен, напри­мер в технологии фосфорной кислоты. Здесь ценообра­зование является вредным, ибо приводит к потерям целевого продукта. Один из путей борьбы с пенообра — зованием — магнитная обработка растворов фосфор­ной кислоты.

То, что где-то существуют подопытные кролики, знают, пожалуй, все. И что над ними, бедными, про­делывают какие-то немыслимые опыты — тоже по­дозревают. Но какие именно, как и зачем — об этом знают только специалисты. Приподнимем немного за­весу таинственности, осветив только те опыты, которые связаны с магнитной обработкой. Отметим также, что подопытными бывают не только кролики, но и белые
мыши, морские свинки, беспородные собаки и др^ ГИЄ «мученики науки».

Самые простые и легкие опыты заключались в сле­дующем. Животных в течение нескольких дней поме­щали в магнитное поле, изменяя значение магнитной индукции. Сеанс (экспозиция) продолжался 10—30 ми­нут. Сначала пульс у кроликов замедлялся, но через полчаса восстанавливался, зато снижалось артериаль­ное давление. Если магнитная индукция мала (В = = 0,03 Тл), то все изменения вскоре исчезают. Но если индукция выше (В = 0,10 Тл), то и сами изменения более значительны (например, изменяются показатели электрокардиограммы), и восстанавливаются они до прежнего уровня только через трое суток. При еще большей индукции (В = 0,30 Тл) наблюдаются серьез­ные нарушения в организме: изменяется белковый и жировой обмен, нарушается структура белков, изме­няется форма мышечных волокон, возникают микро­тромбы. Некоторые из этих нарушений сохраняются в течение года.

Окислительно-восстановительные процессы в коре головного мозга в поле В < 0,03 Тл усиливаются, в поле В > 0,03 Тл — ослабляются. Угнетение этих процессов заметно в поле В > 0,70 Тл, а для эмбрионов оно гибельно. Переменное магнитное поле при одина­ковых величинах индукций оказывает более сильное влияние. Вот какие опыты с кроликами предшество­вали прямым экспериментам с людьми для установле­ния порога допустимого воздействия магнитного поля (раздел 5.8).

Теперь опишем опыты пострашнее. Собрали две группы кроликов — по 28 зверьков в каждой. Всем кроликам под наркозом (чтобы не причинять боли и не вызвать шока) ломали кость лапки и сразу же лечили перелом: концы сломаной кости соединяли металли­ческим стержнем, а лапку помещали в гипс. Первую группу лечили только так, а во второй группе каждому животному поверх гипсовой повязки прикрепляли постоянные магниты. В первой (контрольной) группе в первую неделю развивался отек тканей в зоне по­вреждения, появлялись признаки нагноения. Во второй группе (с магнитами) осложнений не было. После срастания кости и удаления стержня у кроликов пер­
вой группы костная мозоль была едва заметна. А у кро­ликов второй группы костная мозоль была хорошо выражена и прочно удерживала обломки кости.

Вывод, который можно сделать для человека: магнитное поле способствует заживлению тканей, сра­станию костей, обладает противовоспалительным действием, его можно рекомендовать при лечении травм.

А теперь опишем опыты над кроликами просто жуткие, но необходимые для медицины. В послед­ние годы все чаще применяют пересадку органов: сердца, почек. Если свой орган безнадежно болен, остается только его заменить, иначе смерть неиз­бежна. Но чужой орган наш организм не приемлет — начинается его отторжение, что также приводит к смерти. Отторжения не будет, если взять орган у близ­ких родственников, так часто и поступают при пере­садке почек (почка—парный орган). Но при замене конечностей, сердца этого не сделать. И тогда пере­саживаемый орган подвергают различным внешним воздействиям, например рентгеновскому облучению. А что если попробовать магнитное поле? Эти опыты провел А. М. Демецкий. Так же было взято две группы кроликов, так же делали операции под наркозом. Операция состояла в том, что у зверьков отрезали лапку и пришивали такую же лапку от другого живот­ного. Отрезанные лапки выдерживали в течение 7 часов в физиологическом растворе. При этом для одной группы животных раствор с лапками на 30 минут поме­щали в магнитное поле. Таким образом, в одной группе лапки были «омагничены» во время консервации, а в другой — нет (контроль).

Доктор Айболит уверенно обещал зайчихе: «Я при­шью ему (зайчонку) новые ножки, он опять побежит по дорожке». Сегодня врачи не гарантируют 100 %-го успеха этой операции, отторжение и смерть животных были в обеих группах. Но результаты оказались раз­личными:

Таким образом, действие магнитного поля во время консервации органов сократило смертность в четыре раза. Вывод из этих данных читатель без труда сде­лает сам.

Теперь поговорим о том, какие конкретно свойства воды (растворов) изменяются под воздействием магнит­ного поля. Такие изменения — если они в самом деле имеют место — мы назвали эффектами магнитной обра­ботки. Значит, сейчас пойдет речь о достоверности этих эффектов.

Начнем опять с такого простого свойства, как плотность. Плотность жидкости, если ее определять с использованием аналитических весов, может быть из­мерена с погрешностью ±0,01 %. Опубликовано 14 на­учных сообщений, и в каждом сообщается о возраста­нии плотности «омагниченной» жидкости на 0,02— 0,05 %. Так как результаты превышают погрешность измерений, эффект магнитной обработки можно счи­тать достоверным. Надо отметить, что в растворах высоких концентраций (более 1—2 кмоль/м3) для силь­ных электролитов фиксировали уменьшение плотности, а для слабых — увеличение. Из этого следует, что эффект магнитной обработки зависит не столько от концентрации электролита, сколько от концентрации ионов. При малой их концентрации (т. е. в разбавлен­ных растворах) плотность возрастает.

Об эффектах, связанных с электрической проводи­мостью, опубликовано 30 работ. Две из них выполнены по методикам, которые ныне считаются ошибочными, так что нам для анализа остается только 28 работ. Погрешность измерений этого свойства составляет 0,2—0,7 %, авторы сообщают о наблюдавшихся ими изменениях на 1—20 %. С этой точки зрения все дан­ные достоверны. Каковы же сами эффекты? В 13 рабо­тах сообщают об уменьшении электрической проводи­мости, в остальных 15—о возрастании или неизмен­ности. Однако каждая из этих 15 работ либо проведена в области неоптимальных магнитных индукций, либо с неоптимальными скоростями потока жидкости, либо выполнена с концентрированными растворами. Таким образом, можно сформулировать вывод: в разбавлен­ных растворах при оптимальных условиях магнитной обработки электрическая проводимость уменьшается.

Подобным образом мы сможем прийти к аналогич­ным выводам и по другим свойствам: поверхностное натяжение в этих же условиях возрастает (анализ 18 работ), вязкость — также возрастает (20 работ), диэлектрическая проницаемость — тоже возрастает (5 работ).

В воде, подвергнутой действию магнитного поля, уменьшается растворимость газов. Изменяется скорость растворения неорганических солей, причем размер эф­фекта и его знак зависят как от значения магнитной индукции, так и от растворимости самой соли.

В некоторых случаях отмечается так называемая полиэкстремальная зависимость от значения магнитной индукции: с ее ростом свойство жидкости возрастает, потом убывает, затем вновь возрастает. Об этом сви­детельствует часть опытных данных по электрической проводимости, поверхностному натяжению, магнитной восприимчивости, кинетике растворения солей и др.

Некоторые результаты, хотя и превосходят погреш­ность измерений, представляются сомнительными либо вследствие единичности сообщения (нет подтверждений в других опытах), либо из-за противоречивости несколь­ких сообщений (разные авторы приводят различные данные), либо вследствие выявленных погрешностей в проведении эксперимента, либо из-за явного противо­речия основным физическим законам.

Отсутствие воспроизводимости результатов опытов также переводит эффекты в разряд маловероятных. Надо сказать, что сообщения о невоспроизводимости публикуются гораздо реже, чем данные о положитель­ных результатах, хотя слухи о проводимых провер­ках и печальных итогах распространяются быстро и широко.

Ниже эффекты действия магнитного поля на гомо­генные водные растворы разделены на две группы — по степени достоверности. При этом предполагается, что вода непременно протекает через магнитное поле либо расположена в изменяющемся во времени маг­нитном поле,— только тогда проявляется изменение свойств воды (раствора).

Свойства, изменения которых до — Свойства, изменения которых стоверны вероятны

Плотность Экстинцня света

Электрическая проводимость Пбляризация света

Вязкость Скорость звука

Поверхностное натяжение Теплопроводность

Диэлектрическая проницаемость Теплота растворения солей

Магнитная восприимчивость Температуры фазовых пере-

Растворимость газов ходов

Скорость растворения солей ИК спектры поглощения

Скорость фазовых переходов рН

Адсорбция из раствора Скорость химических реакций

Смачивание кристаллов

Подчеркнем: это разделение не является обще­признанным и носит отпечаток субъективных оценок автора. Следует отметить, что в гетерогенных системах свойства также изменяются, но зачастую по-другому. Например, плотность пересыщенного раствора, содер­жащего взвешенные частицы растворенного вещества, после магнитной обработки уменьшается, так как час­тицы укрупняются и выпадают в осадок.

В ряду свойств, изменение которых маловероятно,— гидратация ионов в растворах. В одной из работ, выпол­ненных 15 лет тому назад, сообщалось, что методом измерений ЯМР-спектров установлено возрастание количества свободной воды после магнитной обра­ботки. Этот факт, который сам по себе не вызывает сомнений, авторы научной публикации объяснили уменьшением степени гидратации ионов (исследовали раствор гидрокарбоната кальция). Однако объясне­ние эффекта могло быть и иным: исследованный раствор, по-видимому, содержал коллоидные частицы карбоната, и на поверхностях раздела фаз, вероятно, происходили процессы, приводящие к появлению свобод­ных молекул НгО (подробнее об этом см. раздел 4.2). Приблизительно в то же время было опубликовано еще одно сообщение, где из данных о возрастании сжима­емости также делался вывод об уменьшении степени гидратации ионов, хотя погрешность в определении сжимаемости превосходила полученный «эффект». После этих работ и другие авторы без раз­думий стали объяснять свои результаты также умень­шением степени гидратации ионов. А задуматься-то есть над чем: энергия гидратации ионов достаточно велика, она составляет 10 — Ю-21 Дж/ион, и такая же энергия должна быть привнесена откуда-то извне, чтобы ион расстался со своей гидратной «шубой». Но ведь сила Лоренца, как мы уже отмечали, не изме­няет энергии ионов (см. раздел 2.2).

С другой стороны, современные гипотезы допускают создание в пристеночных слоях таких условий, при которых может уменьшаться гидратная «шуба» взве­шенных частиц, как более слабо связанная (см. раздел 3.3).

В заключение укажем еще на один эффект, который проявляется в изменении свойств не раствора, а трубо­провода, по которому раствор течет. На стенках трубы по оси действия силы Лоренца (т. е. перпендикулярно векторам В и и) возникает разность потенциалов. Это поперечное напряжение достигаем десятков милли­вольт и зависит от силы Лоренца. Измерить его, оче­видно, можно лишь если трубопровод сделан из диэлектрика — стекла, пластмассы и т. п.