Мы говорили уже, что ионы при тепловом движении могут попадать в свободные полости каркаса воды, и это влияет на свойства растворов. Могут ли те же ионы попадать в полости при электромагнитодинами — ческом движении? Положительный ответ на этот вопрос впервые дал Л. Д. Кисловский в 1971 г. Он, однако, ограничился рассмотрением только ионов кальция, которые, по его мнению, создают в воде устойчивый гексааквакомплекс.

Вопрос об устойчивых комплексах в воде является спорным. А вот идея о вхождении ионов в вакантные полости каркаса воды достойна того, чтобы распрост­ранить ее на все ионы, геометрические размеры кото­рых меньше размеров полостей. Попробуем развить эту идею.

Сначала посмотрим, нет ли энергетического барьера, препятствующего такому механизму. Входя в полость каркаса, ион должен сбросить свою «шубу» — осво­бодиться от гидратной оболочки. Энергия гидратации, как мы только что видели, в 1000 раз выше той энергии, которую можно было бы приписать полю. Поэтому снять «шубу» просто так, оставшись негидратирован — иым, ион не может. Но, попав в полость каркаса, ион координирует вокруг себя столько же молекул НгО, сколько он имел в своей гидратной «шубе». Поэтому нет никакого энергетического барьера для попада­ния иона в полость каркаса, если она, конечно, сво­бодна.

Значит, этот механизм, в принципе, допустим, он не противоречит основным законам физики. Отметим так­же, что для попадания ионов в полости требуется определенная концентрация и ионов, и полостей: чем она выше, тем больше вероятность их встречи и взаимо­действия.

Ион в полости каркаса взаимодействует с молеку­лами НгО, образующими каркас, подобно тому, как он взаимодействует с молекулами НгО гидратной обо­лочки. Значит, каркас с ионами будет более устой­чивым, ионы стабилизируют каркас. Одновременно и сами ионы оказываются стабилизированными в кар­касе, как мы видели в оазделе 1.6.

Можно сказать, птичка попала в клетку.

В учебной литературе, рассматривая движение ионов, всегда учитывают вязкое трение, взаимодействие ионов друг с другом, с гидратной оболочкой, но обычно не упоминают о взаимодействии ионов с полостями структуры воды. Для понимания процесса магнитной обработки этот механизм важен, поэтому мы в качестве тренировки применим его для объяснения концентра­ционной и температурной зависимостей электрической проводимости электролитов.

Известно, что при повышении концентрации рас­твора выше какого-то значения его электрическая проводимость начинает уменьшаться (рис. 11). Это кажется странным, ибо число ионов—носителей зарядов непрерывно увеличивается. Традиционное объяснение заключается в том, что по мере роста числа ионов увеличивается вероятность их взаимных столкновений, а это приводит к ассоциации ионов. Если же принять во внимание и возможность взаимодействия с поло­стями каркаса, то следует отметить увеличение числа ионов, попадающих в полости и перестающих с этого момента быть переносчиками заряда.

Другая зависимость — температурная: при повы­шений температуры вплоть до весьма высоких значений электрическая проводимость возрастает. Обычно это связывают с возрастанием скоростей ионов. А вот как эту ситуацию можно объяснить с позиции взаимо­действия с полостями каркаса. С ростом температуры сокращается число свободных полостей, ибо они запол­няются и ионами, и молекулами НгО. В результате, ионы не задерживаются в полостях. Кроме того, при высоких температурах разрушается каркас, из него высвобождаются ионы, попавшие туда ранее при тепло­вом движении. Общее число ионов возрастает. Все это и приводит к увеличению числа носителей заряда, т. е. к росту электрической проводимости.

Посмотрим теперь, что же удается объяснить меха­низмом, который мы назвали «гость в клетке».

Если птичка попала в клетку, то летать ей удастся только внутри клетки, перелеты на большие расстояния уже невозможны. Раз ион попал в полость каркаса и там стабилизировался, то он уже не сможет участво­вать в процессе переноса электрического заряда через раствор. А это значит, что электрическая проводи­мость раствора уменьшится.

Когда мы смотрим на птичку в клетке, то обычно сосредотачиваем внимание на птичке, а не на клетке. Применительно к иону, попавшему в полость каркаса, надо поступить наоборот. Следует вспомнить, что каркас принадлежит льдоподобной фазе воды, доля этой фазы в общем объеме воды незначительна, сама фаза — рыхлая, плотность ее вдвое меньше, чем у остальной воды. Значит, ион, попадая в клетку — полость, мало того, что сам не занимает свободного объема,— уплотняя собой каркас, он к тому же дает возможность молекулам НгО из своей бывшей «шубы» занять место в плотной аморфной фазе. Поэтому плот­ность воды возрастает.

Высвобождение молекул воды из «шубы» иона, конечно же, приводит к увеличению скорости раство­рения солей.

Подобным же образом можно рассмотреть все известные достоверные эффекты магнитной обработки и убедиться, что их нетрудно объяснить механиз­мом «ион в клетке». Ну, например, если ион попал в клетку-полость и тем самым ее стабилизировал, то это должно облегчать процесс затвердевания и затруд­нять процесс испарения.

Все изменения свойств, которые мы объясняли меха­низмом «ион в клетке», относятся к оптимальным усло­виям магнитной обработки. Но как объяснить сам факт появления таких условий?

В разделе 2.3 мы говорили о том, что с ростом кон­центрации электролита эффект сначала возрастает, а затем уменьшается. Очевидно, при нулевой концентра­ции ионов число пустых клеток-полостей максимально. Первые попавшие в полости ионы создают эффекты магнитной обработки. Чем раствор концентрированнее, тем больше ионов, выше вероятность их попадания в полости, заметнее эффект. Но по мере роста концент­рации электролита число свободных полостей сокра­щается, так как они постепенно заполняются ионами вследствие их теплового движения. Поэтому умень­шается и эффект магнитной обработки. Поскольку основную роль играют ионы, важна концентрация именно ионов, а не электролита. Если в растворе хлорида натрия (сильный электролит, степень диссо­циации близка к 100 %) предельная концентрация, выше которой плотность перестает возрастать, состав­ляет один процент соли, то в фосфорной кислоте (сла­бый электролит, степень диссоциации 2 %) этот предел не обнаружен вплоть до концентрации кислоты 70 %.

Мы отмечали также, что эффекты магнитной обра­ботки возрастают при повышении температуры до 60—80 °С, а затем начинают уменьшаться. Как это сказывается на взаимодействии иона с клеткой — полостью? При повышении температуры растут скоро­сти ионов, растут и геометрические размеры полостей, значит, ионы чаще попадают в полости, эффекты воз­растают. Но при достаточно высоких температурах доля льдоподобного каркаса начинает резко сокращаться,’ поэтому эффекты магнитной обработки уменьшаются.

К оптимальным условиям относятся магнитная индукция и скорость потока, но об этом мы скажем далее.