1.2. Релаксация.
Электроактивированная жидкость с измененными свойствами переходит в метастабильное состояние и способна изменить свойства других жидкос- тей и твердых веществ. Однако, эта способность воздействовать сохраня- ется лишь в течение периода медленной стадии электрохимической релак- сации электроактивированной жидкости. Для каждой жидкой среды, под- вергнутой электрохимической активации, имеется свой максимально пре- дельный уровень окисленного или восстановительнного состояния. Электрохимическая релаксация среды - процесс возвращения в состо- яние устойчивого тернадинамического равновесия. Электрохимическая релаксация среды - необратимый процесс и поэто- му, в силу закона возрастания энтропии, сопровождается переходом боль- шей части электрической потенциальной энергии в тепло, так называемой диссипации энергии. В поцессе электрохимической релаксации электроак- тивированная среда проходит ряд псевдоустойчивых состояний, характери- зующихся значениями окисления и восстановления, по пути к достижению состояния устойчивого термодинамического равновесия. В течение этого периода электроактивированная среда постепено теряет активность и сни- жает свою каталическую и другую способность для некоторых химических и биологических процессов. Как всякое неравновесное явление электрохимическая релаксация среды не определяется одними только термодинамическими характеристика- ми системы (например, давлением, температурой и т.д.), а существенно зависит от ее микроскопических характеристик, в частности от парамет- ров, характеризующих взаимодействие между частицами. Такими параметрами являются время свободного пробега частиц и длина их свободного пробега. Это - промежуток времени и растояние меж- ду моментами и местами двух последовательных столкновений любых эле- ментарных возбуждений - электронов, ионов, атомов молекул. Так как эти микроскопические характеристики крайне малы, по сравнению с размерами системы, то установление электрического равновесия в 2 этапа. На пер- вом этапе равновесие устанавливается лишь в малых частях системы. Эти части, будучи микроскопически малыми, все же содержат множество моле- кул, взаимодействующих с элементарными возбуждениями, находящимися в их окружении. Этому процессу соответствует стадия быстрой электрохимической ре- лаксации. На втором этапе происходят медленные процессы электрохимической релаксации, в результате которых выравниваются окислительно-восстано- вительные потенциалы всех частей системы. Медленные процессы связаны с очень большим числом последовательных соударений частиц между собой. Их время релаксации пропорционально размерам системы (объему среды). Оно называется временем медленной стадии релаксации. По истечении этого времени жидкость возвращается в состояние, близкое к исходному, т.е. приобретает свои первоначальные свойства. Поэтому, чтобы использовать активирующую способность обработанной жид- кости, необходимо в течение времени, равном или меньшем времени стадии медленной электрохимической релаксации ввести в нее подлежащие актива- ции вещества и перемешать их с жидкостью. Время перемешивания опреде- ляется моментом стабилизации ионно-обменных процессов, протекающих между ионами и молекулами жидкости растворения введенных в нее активи- руемых веществ. В таблице 1.1. показаны данные изменения величин рН и ОВП католита в период стадии медленой электрохимической релаксации электрообрабо- танного 0,9% раствора NaCl, приготовленного на водопроводной воде. Контрольные пробы 1000 мл ( 1), 500 мл (2) и 50 мл (3) помещали в отк- рытые сосуды с площадью контакта с воздухом, равной 100 см2. Таблица 1.1. Изменение рН и ОВП во времени ----------T------T-----T-----T-----T-----T-----T-----T----T----T----- | | Время| 0 | 2 | 3 | 10 | 24 | 48 |72 |100 | 200| | | ч | | | | | | | | | | | Проба +------+-----+-----+-----+-----+-----+-----+----+----+----+ | 1 |рН,ед |12,8 12,8 12,6 12,4 12,4 12,4 11,9 11,7 11,2| | | | | | |ОВП,мВ|-940 -910 -870 -440 -10 +60 +120 +120 +120| +---------+------+--------------------------------------------------+ | |рН,ед |12,8 11,9 11,7 11,7 11,2 11,0 10,9 10,5 10,1| | Проба | | | | 2 |ОВП,мВ|-940 -640 -400 -270 -50 +100 +120 +120 +120| +---------+------+--------------------------------------------------+ | |рН,ед |12,8 11,9 11,6 11,1 11,0 10,8 10,4 10,0 10,0| | Проба | | | | 3 |ОВП,мВ|-940 -120 -70 +80 +120 +120 +127 +140 +120| L---------+------+--------------------------------------------------- Как видно из данных, скорость релаксации ОВП в значительной мере зависит от объема приготовленного электрообработанного раствора. рН раствора релаксирует гораздо медленее. На рис.1.1. показана динамика изменеия редокс-потенциала во времени католита (рис.1.1а)и анолита (рис.1.1б), полученных из электрообработанного 0,2 М раствора NaCl. Кривая 1 характеризует динамику изменения пробы объема 50 мл, 2-200 мл, 3-100 л, 4-10 м3. Характер этих кривых показывает насколько значи- тельно влияние объема анолита и католита. Обычно, для различных технологических процессов электроактивиро- ванную воду и водные растворы используют не сразу после ее приготовле- ния, а в течение какого-то периода, при этом она может храниться в открытой емкости. Для расчета эффективного времени использования электроактивиро- ванной среды предлагается следующая формула: э 1 V ( n k ) , К Q где: - период эффективного использования электроактивированной среды , с; V - объем хранящейся электроактивированной среды, м3; n - значение величины редокс-потенциала на выходе из электроактиватора, В; k - допустимое минимальное значение редокс-потенциала, при котором среда оказывает каталическое влияние на данный процесс, В; K - коэффициент пропорциональности, характеризующий степень релаксации электроактивированного раствора, зависящий от природы жидкости, В. Q - расход раствора, м3/ч. где: t1 - температура, до которой нагрелся электроактивирован- ный раствор, ОС; tн - комнатная температура, 24ОС; ОВПmax - максимальная величина редокс-потенциала, которую мо- жет достигнуть раствор с данным ионно-солевым соста- вом,В; ОВПmin - величина редокс-потенциала, релаксированная до ста- бильного состояния, В. В таблице 1.2. показаны изменения величин некоторых анионов и ка- тионов в католите в процессе релаксации электрообработанной среды. В первой строке показаны данные исходной воды. Во второй строке - данные после электрообработки природной воды. Ниже показаны данные изменения параметров католита. Таблица 1.2. Из табл.1.2. и рис.1.2. видно, что скорость возвращения парамет- ров возмущенной электрохимическим воздействием системы в равновесное состояние пропорциональна величине первоночального отклонения. Причи- нами значительного аномального отклонения физико-химических свойств водных растворов электролитов непосредственно после униполярного электрохимического воздействия от состояния равновесия, устанавливаю- щего при длительном (несколько часов и более) взаимодействии их с ок- ружающей средой, могут являтся следующие. 1. Образование химически неустойчивых соединений в процессе электрохимического воздействия. 2. Изменение структурных свойств раствора(чисел гидратации ионов, взаиморасположения ионов и молекул в гидратных структурах размеров гидратных оболочек, определяющих сферы ближней и дальней гидратации ионов и др.). 3. Аномалии физико-химических свойств раствора, связанные с изме- нением его газового состава после электрохимического воздействия. 4. Тепловые флуктуации, связанные с диссипацией энергии при пере- ходе упомянутых форм химических и физических возбуждений в равновесное состояние. Многочисленные экспериментальные исследования электроактивирован- ных жидких систем позволяют сделать следующие выводы: 1. Самопроизвольное изменение физико-химических параметров водных растворов во времени после окончания униполярного электрохимического воздействия (релаксация) свидетельствует о том, что данные растворы являются термодинамическими неравновесными системами. Следовательно, они обладают избытком внутренней энергии. 2. Избыточная внутренняя энергия является потенциальной, так как растворы релаксируют в условиях термического равновесия с окружающей средой. 3. Релаксация протекает при хранении электроактивированных раст- воров как в открытых сосудах(условия обмена с окружающей средой энер- гией и веществом), так и в закрытых (условия обмена окружающей средой только энергией). Следовательно, термодинамическое неравновесие растворов обуслов- лено не только химическими, но и структурно-энергетическими их анома- лиями. 4. Скорость релаксации зависит от условий энергообмена электроак- тивированного раствора с окружающей средой. Она тем выше, чем меньше объем раствора и больше поверхность энергообмена (поверхность раздела фаз).
![]() Дом. |
![]() Главная |
![]() Отзывы |