Наблюдение восстановительных реакций в воде, насыщенной водородом Восстановление молекулярного иода
В пластиковую бутыль объемом 1 л налили 10 мл раствора KI концентрацией 0,1М. Затем бутыль заполнили доверху водой непосредственно с выхода установки БЭР-49-М. Так как эта вода содержит озон (0,3 мг/л), то раствор сразу пожелтел.
После этого в бутыль ввели 50 мл водорода. Бутыль положили на бок. Сразу никаких изменений не наблюдалось, однако на следующий день раствор стал бесцветным. Бутыль была открыта, значение ОВП = - 606 мВ.Восстановление иода описывается реакцией:
Стандартный потенциал этой
реакции Е = + 536 мВ, поэтому восстановление возможно при ОВП < -536 мВ. В первые часы после
введения водорода, как было показано выше, ОВП на уровне минус 300 400
мВ, значение потенциала до минус 600 мВ устанавливается примерно через
сутки. Поэтому сразу после введения водорода, когда потенциал уменьшился ещё недостаточно, изменений цвета раствора не видно, а через сутки, когда потенциал достигает примерно минус 600 мВ, молекулярный иод восстанавливается и раствор становится бесцветным.
Восстановление марганца в растворе перманганата калия
ОВП раствора перманганата калия концентрацией 1 г/л не менялся при введении водорода и составлял плюс 330 мВ и никаких изменений в растворе при введении водорода не происходило. Исходный раствор имел ОВП = + 330 мВ, после заполнения водородом и выдержки в течение нескольких суток значение ОВП оставалось прежним, цвет раствора не менялся.
Когда взяли бледный раствор марганцовки (концентрация не более 0,01 г/л), ситуация изменилась. При введении в бутыль объёмом 0,5 л с розовым раствором марганцовки примерно 150 мл водорода (при этом, как было установлено ранее, через сутки ОВП падало до минус 790 мВ) раствор начал менять цвет. Через сутки раствор стал прозрачным, а на дне бутыли образовался осадок диоксида марганца.
Процесс может идти в две стадии
Стандартный потенциал первой реакции составляет +540 мВ, второй + 580 мВ. Значение ОВП раствора после выпадения осадка составило минус 530 мВ. Таким образом, когда количество введенного водорода было недостаточным для восстановления всего вещества, находящегося в бутыли, ОВП не менялся. Когда водорода хватило с избытком, выпал осадок продуктов восстановления, и значение ОВП осталось отрицательным.
Окисление металлического железа
Наблюдалось влияние водорода на окисление пластинок металлического железа в воде. В бутыли объемом 0,7 л помещали одинаковые железные пластинки размерами 10 х 30 мм толщиной 1 мм и заполняли их очищенной, отстоявшейся одни сутки водой. В одной бутыли оставляли воздушный пузырек примерно 50 мл. Вторую бутыль заполняли полностью и вводили 50 мл водорода. Обе бутыли лежали на боку. Бутыли лежали примерно три месяца. Раз в месяц газовая среда обновлялась, бутыль открывали и снова запускали туда воздух или водород. Следует подчеркнуть, что первоначально налитая в обе бутыли вода содержала кислород. На рисунке 28 приведены фотографии бутылей через три месяца. Разница в цвете осадка, образующегося в бутылях, была видна всегда. В бутыли, заправленной водородом, после первого месяца эксперимента тоже наблюдался красноватый осадок, но его было намного меньше, чем в бутыли с воздухом. После введения свежей порции водорода через месяц хранения осадок стал черным. После введения водорода на третий месяц цвет оставался черным и не менялся. Черный осадок лежал на дне, сама вода выглядела совершенно прозрачной. В бутыли с воздухом красный осадок постепенно увеличивался.
Рисунок 28. Наблюдение окисления металлического железа в воде. Слева - в газовой фазе воздух. Справа - в воду, первоначально содержащую растворенный кислород воздуха, вводился водород.
Видно, что продукты окисления разные.Отсюда видно, что продукты, образующиеся в среде водорода и без него, различаются. Это указывает на химическую активность молекулярного водорода в условиях эксперимента.
Оценка возможности бесконтактной активации воды
В работах, выполненных первооткрывателями активированной воды [4, 9], исследовались изменения ОВП воды, находящейся в стакане, погруженном в католит. Наблюдалось уменьшение ОВП воды, налитой в полиэтиленовый мешок или в тонкостенный пластиковый стакан. Изменения ОВП воды, налитой в стеклянный стакан, не зарегистрированы. Обнаруженное изменение ОВП было названо бесконтактной активацией. Термин «бесконтактная» был использован в связи с тем, что жидкости не могли обмениваться молекулами. Проведенные нами исследования показывают, что результаты этих работ можно объяснить диффузией водорода через тонкую пластмассовую перегородку. Диффузия водорода через стекло намного менее вероятна, поэтому изменения ОВП воды в стеклянном стакане, погруженном в жидкость с меньшим ОВП, не наблюдалось.
Нами исследована возможность изменения ОВП в случае, когда ОВП определяется не водородом, а другим восстановителем. Для этого в стакан из полиэтилена с толщиной стенок 0,3 мм объёмом 150 мл помещали в банку объёмом 330 мл, заполненную специально подготовленной водой.
Ри
Рисунок 29. Зависимость ОВП воды в ПЭ стакане, помещённом в банку с водой. 1 - вода насыщена водородом. Для воды в банке ОВП = -560 мВ. 2 - раствор Na2SO3 , ОВП = -490 мВ.
Исходное значение ОВП воды в ПЭ стакане 300 мВ. При погружении в банку с водой, насыщенной водородом, ОВП начал уменьшаться, и примерно через 5 часов достиг стационарного значения - 280 мВ (рис. 29, кривая 1). При этом ОВП в банке, куда погрузили стакан, возрос незначительно, от -560 до -530 мВ. Результат можно объяснить диффузией водорода из банки в пластиковый стакан через стенки, и установлением равновесия между диффундирующим в стакан и улетучивающимся через открытую поверхность водородом.
Отрицательный ОВП в жидкости можно получить, используя реактивы, не содержащие водород. В качестве таких реактивов нами были выбраны: раствор Na2SO3 концентрацией 250 г/л и раствор NaOH с рН = 14. В растворе Na2SO3 удалось получить ОВП = -490 мВ, а в растворе NaOH ОВП = -400 мВ. При погружении полиэтиленового стакана в эти жидкости никакого изменения ОВП за время до 7 часов не обнаружено. В качестве примера на рис. 29 приведена кривая 2 (раствор Na2SO3). Это подтверждает, что основным фактором, определяющим ОВП воды, является химический состав. Когда водород или другой восстановитель из одного раствора в другой не передаётся, никакая бесконтактная активация не происходит.
Зависимость ОВП от места проведения анализа
В этом эксперименте сравнивались пробы одной и той же воды в Москве и в Нижнем Тагиле. В первой серии экспериментов пробы воды из разных источников Нижнего Тагила доставляли в Москву и измеряли ОВП.
Пробы той же воды анализировались на месте (в Нижнем Тагиле). Оказалось,
что в Нижнем Тагиле ОВП всех проб на 150 -т 200 мВ меньше, чем в Москве. Аналогичным образом, пробы воды из Москвы доставлялись в Нижний Тагил и анализировались. И в этом случае ОВП московской воды, измеренный в Нижнем Тагиле, оказался на 100 -т 200 мВ меньше, чем в Москве.
Во второй серии экспериментов ОВП воды измеряли одним и тем же прибором с теми же электродами (платиновым и хлор-серебряным). Оказалось, что ОВП московской воды, измеренный тем же прибором в Нижнем Тагиле, на 100 -т 200 мВ меньше, чем в Москве. ОВП проб нижнетагильской воды, измеренный на месте московским прибором, совпадал с показаниями нижнетагильского прибора.
В числе причин обнаруженного эффекта можно указать наличие в уральском воздухе молекулярного водорода. Известно, что в районах разломов земной коры из недр в атмосферу выделяется водород, и его концентрация в воздухе этих районов выше, чем в других районах, где разломов коры нет. Таким образом, и в этом случае понижение ОВП воды может быть объяснено наличием в атмосфере газов, обладающих восстановительными свойствами.
Проведенные эксперименты позволяют предположить, что для исследованных процессов основную роль в понижении ОВП жидкости играет газ, обладающий восстановительными свойствами, в первую очередь, водород. Другие явления могут играть роль, но их вклад в понижение ОВП намного меньше.