Вводная часть
Вода с отрицательным окислительно-восстановительным потенциалом (ОВП) и обладающая восстановительными свойствами обычно называется «активированной». Основной технологией получения такой воды является электролиз.
Принято считать, что процессы, приводящие к снижению ОВП, происходят в области границы с поверхностью электрода, где возможны большие напряженности электрического поля. Исследованию механизмов активации воды при электролизе посвящен ряд работ [1-4].В процессе электролиза на катоде образуется атомарный водород, быстро превращающийся в молекулярный. Аналогично, на аноде образуется атомарный кислород, быстро соединяющийся в молекулы. Водород и кислород в отсутствии других соединений являются соответственно восстановителем и окислителем. Согласно уравнению Нернста, потенциал системы определяется соотношением концентраций восстановителя и окислителя. Потенциал, создаваемый водородом и кислородом, определяются равновесиями [5]:
Потенциалы получены в нормальных условиях при давлении газов 1 атм, концентрации ионов 1 моль/л, т.е. равновесие (1) получено при рН = 0, а равновесие (2) при рН = 14.
Равновесие (1) в общем случае является электродным, этот процесс протекает на поверхности платины, используемой для измерения ОВП, так как платина является катализатором превращения
Известно, что сам по себе молекулярный водород является малоактивным веществом. В газообразном состоянии он может длительное время храниться в замкнутом объёме без заметных изменений. При комнатной температуре водород инертен. Гремучая смесь водорода с кислородом может некоторое время находиться без изменений, пока не будет толчка к началу цепной реакции.
Водород становится активным только при более высоких температурах, когда связь между атомами ослабевает. Если смешать водород с кислородом и оставить их в стеклянном сосуде при комнатной температуре, то даже через несколько лет в нём нельзя будет обнаружить следов воды. Через несколько дней образуется немного воды, если температура сосуда будет 300 °С, и только при 500 °С водород полностью соединится с кислородом за несколько часов. Реакцию можно ускорить введением катализатора (порошок платины).В растворе молекулярный водород нейтрален, если в молекулярной форме он не может непосредственно вступать в реакцию с веществами, растворёнными в воде. С этой точки зрения потенциал, измеряемый
платиновым электродом, может не иметь прямого отношения к
окислительно-восстановительным процессам, протекающим в конкретном растворе.
С участием молекулярного водорода в растворе может осуществляться другое равновесие (при рН = 14):
Это равновесие не предполагает разложение молекулярного водорода на атомы, поэтому оно может влиять на процессы в растворе, а не только на потенциал платинового электрода. Следует отметить, что если мы формально пересчитаем потенциал для равновесия (1) на случай, когда рН = 14, то получим практически то же значение Е, что и для равновесия (3).
Водород быстро диффундирует в растворе, и если в газовой фазе над поверхностью воды его нет, водород должен мгновенно выделиться из раствора. Поэтому возможность активации воды молекулярным водородом отвергалась.
Когда в растворе одновременно присутствуют водород и кислород, результирующий потенциал будет определяться отношением их концентраций и величиной рН.
Интерес к активации водорода возник в связи с тем, что были обнаружены необычные свойства «живой» и «мёртвой» воды, католита и анолита, образующейся при электролизе [4]. Активные свойства воды сохранялись часами, а в закрытой посуде - и более.
Величина окислительновосстановительного потенциала воды (ОВП), достигаемая в католите при электролизе, оказалась ниже той величины, которую можно ожидать исходя из образования на катоде водорода (восстановителя) [2 - 4]. Причины активации усматривались в образовании при электролизе радикалов различной природы, несмотря на то, что эти радикалы имеют очень малое время жизни (не более секунды). В работе [6] рассматривалась активация воды при введении в неё молекулярного водорода. Обнаружено достижение низких значений ОВП, близких к значениям, достижимым при электролизе, однако на установление потенциала требовалось время (сутки и более). В работе [7] исследовались причины медленного установления потенциала в воде, насыщенной водородом и анализировался механизм активации водорода, растворённого в воде.Изменение ОВП в католите при электролизе ΔΟΒΠ можно представить в виде суммы трёх слагаемых:
где ΔΕ(Η2) - изменение ОВП вследствие образования на катоде водорода и его растворения в воде. Растворение водорода не влияет на величину рН
[1];
ΔΕ(ρΗ) - изменение ОВП вследствие изменения рН раствора. Изменение происходит на ~ 59 мВ при ΔρΗ = 1. При увеличении рН ОВП уменьшается;
ΔΕ(Χ) - изменение ОВП из-за образования на катоде при электролизе новых химических соединений. Величина и знак ΔΕ(Χ) зависит от вида конкретного соединения, синтезирующегося при электролизе.
В данной главе проводится обзор результатов по установлению потенциала в воде, насыщенной водородом, полученных авторами работы к настоящему времени, и обсуждаются возможные технологии, основанные на использовании наблюдаемых явлений. Рассматривается вопрос о причинах удержания низкого потенциала в течение длительного времени после открывания сосуда.