П3.1.8. Вода
и устройства для ее серебрения (ионаторы)
На Земле нет ни одного живого организма, даже самого
примитивного, в теле которого не было бы воды, и который мог бы без нее
обходиться. На 80-99% из воды состоят растения; на 60-75% — животные; месячный
эмбрион человека состоит на 97% из воды, новорожденный — на 75-80%; в организме
взрослого человека содержится около 65% воды, у пожилых людей — 50-60% [1].
Много воды содержит мозг, печень, почки (75-80%). Бедны водой кости (20-30%) и
жировая ткань (10-12%). Всю воду человеческого организма
можно разделить на внутриклеточную (70%) и внеклеточную (30%, из них 20%
межклеточная жидкость, 8% — вода плазмы крови, 2% — вода лимфы). Печень
взрослого человека прокачивает через себя за сутки двести литров жидкости.
В среднем за свою жизнь человек потребляет (и
выделяет) 75 тонн воды. В жидкой среде происходит переваривание пищи и
всасывание в кровь питательных веществ. Ежесуточно желудочно-кишечный тракт
вырабатывает 1500 мл слюны, 2500 мл желудочного сока, 700 мл сока поджелудочной
железы, 3000 мл кишечного сока. Вода выводит из человеческого организма вредные
продукты обмена: мочу, пот, пар. Она облегчает скольжение трущихся поверхностей:
суставов, связок, мышц и т. д. По утверждению биологов, без пищи человек может
прожить около 2-х месяцев, без воды не проживет и пяти дней. При потере 2% воды
у человека появляется чувство жажды, при потере 6—8% наступает полуобморочное
состояние, при 10% — галлюцинации. Потеря 10—20% воды опасна для жизни (животные
при потере 20-25% воды погибают).
Вода не только самая распространенная, но и самая
важная в природе жидкость. «Вода без жизни в биосфере неизвестна» - говорил
академик В.И. Вернадский, а французский биолог Э. Дюбуа-Реймон
выразил это по-своему: «Живой организм есть одушевленная вода».
В отличие от всех остальных жидкостей, вода при
затвердевании уменьшает свой вес с максимальной плотностью при +4°C, в
результате чего образующийся на поверхности водоемов лед благодаря своей
плавучести препятствует промерзанию воды до дна, что обеспечивает жизненное
пространство рыбам и другим представителям водной фауны в зимнее время.
В США существует закон, согласно которому два
идентичных по параметрам участка земли могут иметь разную цену:
если с одного участка видна какая угодно естественная
водная поверхность (море, озеро, речка), а с другого — нет, то первый стоит
вдвое дороже. «Вон, видите, протекает небольшая речка — говорил автору книги
[1] владелец особняка под Вашингтоном — между ней и моим участком земля другого
хозяина. Он может построить или посадить на своем участке что угодно. Но если
при этом он закроет для меня вид на эту речку, он обязан будет выплатить мне
половину стоимости моего участка, поскольку он на эту величину обесценит его».
Вода является самым сильным природным
растворителем, благодаря самой высокой среди всех жидкостей диэлектрической проницаемости,
обусловленной большим дипольным моментом, возникающим из-за асимметрии кислородной
части ее молекулы (с отрицательным зарядом) и водородной (с положительным). Как только ион какого-либо вещества попадает в воду,
он моментально покрывается гидратной оболочкой,
образуя гидратированные частицы этих веществ, которые
и участвуют в разнообразных химических реакциях.
Наличие пространственной асимметрии
позволяет молекуле воды, связываясь между собой различным образом, образовывать
весьма сложные и разнообразные стабильные структуры — кластеры, которые имеют
место как в твердом, так в жидком и даже в газообразном состоянии. В тающем льду хорошо видны кластеры, которые, деформируясь
и меняя форму, сохраняются и в жидкой воде, вплоть до температуры кипения. Свойство
кластеров образовывать различные структуры проявляется в многообразии рисунков
промерзающих окон и снежинок. Богатую коллекцию фотографий снежинок (около 2453
шт.) собрал и опубликовал в 1931 г. американец Уилсон Бентли
[1].
В отличие от других растворителей, лишь вода проявляет
свойства как кислоты, так и основания (измеряется
величиной pH, которая изменяется от 0 для кислоты до
14 для щелочи). Нейтральный кислотно-щелочной баланс в воде соответствует pH = 7, при котором число положительных и отрицательных
ионов равно. Нормальной считается вода с pH = 6…8. Значения
кислотно-щелочного баланса крови здорового человека колеблется в пределах pH = 7,35…7,45. При рН < 7,35
происходит закисление (ацидоз) организма, а при рН > 7,45 — ощелачивание (алкалоиз),
что приводит к серьезным заболеваниям.
И еще о морской воде, которая по составу очень схожа с
соляным составом крови человека. Во время Великой Отечественной Войны при
нехватке донорской крови советские медики в качестве кровезаменителя вводили
внутривенно морскую воду. При купании она влияет на кожу, насыщая ее
минеральными веществами и микроэлементами, а ее проникновение через кожу в
кровь оказывает благотворное влияние на все органы и системы, в том числе
нервную и эндокринную. Эффективным средством лечения хронических заболеваний, в
частности, верхних дыхательных путей является ирригационная терапия с
использованием морской воды в виде продолжительного орошения, полосканий,
промываний носа, полости рта, горла.
По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) более
80% всех болезней в мире связано с неудовлетворительным качеством питьевой
воды. То, что течет из водопроводного крана, питьевой водой может быть названо
только в исключительно редких случаях [1]. Поэтому в настоящее время приняло
широкомасштабный характер продажа питьевой воды и производство фильтров с
разной степенью очистки и минерализации.
Если фильтры по тем или иным причинам недоступны, то
достаточно хорошее качество питьевой воды можно получить с помощью домашнего
холодильника. Для этого водопроводной воде нужно дать отстояться в течение
суток для удаления хлора, газовых и взвешенных примесей, после чего она
замораживается при температуре –(1…6)°C, пока не замерзнет половина всего
объема. Остаток с вредными примесями выливается, а лед размораживается и получаемая
таким образом биологически активная (структурированная) вода
хранится при температуре не более 10°C. Талая вода содержит 8…20 мг/кг солей
кальция, что соответствует оптимальному содержанию этого важного элемента. При
температуре +3,8°C талой воды целесообразно удалять первые кристаллы тяжелой
(дейтериевой) воды, которая считается вредной для организма, поскольку замедляет
рост и деление клеток, ускоряя его старение.
Одним из способов очистки воды считается серебрение,
для осуществления которого наиболее эффективным является электролитический метод — обогащение воды
серебром при электролизе, при котором масса
М выделившегося вещества пропорциональна силе тока I и времени t электролиза. Это соотношение было установлено Фарадеем (первый закон Фарадея) и на
практике используется в следующем виде [18]: M = Кэ×Кт×I×t,
где
Кэ — электрохимический эквивалент вещества (для
серебра Кэ = 1,118 мг/Кл); Кт — коэффициент выхода по
току; I — ток, А; t — время
прохождения тока через электролит, с.
Известно, что ток в электролитах обусловлен наличием
положительных и отрицательных ионов (от
греческого «ион» — идущий, термин впервые введен Фарадеем). Ионы, заряженные
положительно и выделяющиеся на катоде, Фарадей назвал катионами, а
отрицательные ионы, выделяющиеся на аноде,— анионами.
Опыты показывают, что ионы возникают не под действием тока, а образуются в
процессе растворения вещества вследствие явления электролитической диссоциации,
открытого шведским физиком и химиком Сванте Аррениусом
(1859—1927). В частности, он показал, что причиной высокой электропроводности водных
растворов является высокая диэлектрическая проницаемость воды (e = 81), вследствие чего сила электрического
взаимодействия между положительно и отрицательно заряженными атомами нейтральной
молекулы растворяемого вещества ослабляется в e = 81 раз, что в результате непрерывных тепловых
соударений приводит к генерации катионов и анионов.
Первые опыты по получению
раствора серебра электролитическим методом были проведены академиком Л.А.Кульским в 1930 г. Им было установлено, что при
пропускании постоянного электрического тока через пару серебряных электродов,
погруженных в воду, анод растворяется и вода обогащается серебром.
Взвеси и растворенные в воде
соли влияют на протекающие процессы в той мере, в какой они образуют на
поверхности серебра плотные пленки, делающие электроды малорастворимыми, или же
изменяют электрохимические реакции на электродах. Наличие в воде хлоридов
приводит к образованию на серебряном аноде пленки хлорида серебра, затрудняющей
растворение металла и, следовательно, понижающий выход серебра по току. Поэтому
перед серебрением воды, подвергавшейся промышленной очистке хлором, она должна
быть предварительно отфильтрована (через фильтр «Родник», «Аквафор»
и др.) или отстояна в течение нескольких часов для удаления хлора. Большие
количества сульфатов также мешают электролитическому растворению серебра из-за
выделения на аноде кислорода.
В обычной питьевой воде содержание хлоридов составляет 10-30 мг/л, а сульфатов
25-50 мг/л, при этом выход по току сохраняется на уровне 90 %. Поэтому в
приведенной формуле обычно принимают Кт = 0,9. При этом она упрощается и
принимает вид:
M = I×t, мг. (П3.1.3)
Выход серебра по току в
значительной мере зависит от режима электролитического растворения. С
повышением плотности тока выход серебра падает, поскольку при этом ускоряются
побочные процессы на электродах. По этой же причине на растворение серебра
отрицательно влияет и энергичное перемешивание. При периодическом изменении
направления тока (смене полярности электродов) удается уменьшить плотность
пленок на электродах, что положительно сказывается на выходе серебра по току.
На выход серебра по току оказывают влияние также расстояние между электродами, величина
тока и температура раствора.
Устройства для ионизации
воды серебром называются ионаторами или (реже) ионизаторами.
Наиболее известными и активно рекламируемыми ионаторами
бытового назначения являются приборы НЕВОТОН ИС-112 (2000 руб.), «Георгий»
(2900 руб.), названный так в честь покровителя земледельцев и воинов Георгия
Победоносца, «Серебряный источник» (850 руб.), Dr. Silver (в
сочетании с омагничиванием) и др. Эти приборы позволяют
получать два вида серебряной воды:
1. Питьевая — с концентрацией
серебра до 50 мкг/литр, которая рекомендуется для питья с целью профилактики и
лечения целого ряда заболеваний (см. ниже), для приготовления пищи, для лучшего
сохранения домашних заготовок (маринадов, варений и солений), для обработки
детских игрушек, посуды и др.
2. Концентрат — с
концентрацией серебра 10 000 мкг/литр; рекомендуется для ингаляций при бронхо-легочных заболеваниях, в
косметических целях для умывания, для полива растений и их семян, для мытья
фруктов и овощей.
Достоинства и недостатки
серебряной воды приведены в ряде обзоров, в частности, в статье Гордиенко Н. В.
«Серебрение воды как метод обеззараживания» (украинский сайт likar.info; см. также статью «Серебрение воды» аналогичного
содержания на сайте prom-water.ru). Основные
положения этой статьи заключаются в следующем:
1. Серебро — это, во-первых,
тяжелый металл, который относится к высокотоксичным веществам второго класса
опасности, т. е. серебро стоит в одном ряду со свинцом, мышьяком, цианидами и
др.
2. Поскольку серебро
медленно выводится из организма и при длительном поступлении может
накапливаться в нем (как и большинство тяжелых металлов), возможно развитие
такой патологии, как аргироз (приобретение кожей
серого (аспидного) оттенка); правда, непосредственной угрозы для жизни аргироз не представляет.
3. Серебро не относится к
жизненно важным химическим элементам. По данным ВОЗ среднесуточное поступление
серебра с пищей и водой составляет около 7 микрограмм в сутки; физиологическая
роль серебра для человека изучена недостаточно.
4. По данным ВОЗ при
концентрациях до 100 мкг/л серебро оказывает бактериостатическое действие, т. е.
не позволяют бактериям размножаться, но если его концентрация уменьшается ниже
50 мкг/л, размножение микробов возобновляется. И только при концентрации свыше
150 мкг/л проявляется бактерицидный эффект (уничтожение бактерий).
5. Доказано, что спорообразующие
бактерии (например, возбудитель сибирской язвы) растворами серебра не
уничтожаются.
6. Не до конца изучен
механизм воздействия серебра на вирусы и простейшие микроорганизмы. В связи с
этим ВОЗ предупреждает, что «такое явление, как рост бактерий внутри фильтров
на основе активированного угля… имеет ограниченный эффект.
Считается, что присутствующее в таких фильтрах серебро селективно допускает
рост устойчивых к нему бактерий. По этой причине использование таких устройств
допускается исключительно для питьевой воды, о которой известно, что она
безопасна в микробиологическом отношении».
7. Серебрение оправдано
только для питьевой воды длительного хранения (например, на морских судах),
хотя изначально такая вода должна отвечать определенным требованиям: иметь
малое количество бактерий и возможность их проникновения в сосуды, исключить
дальнейшее попадание бактерий и хранить темноте, т. к. под действием света
выпадает осадок.
8. Церковь отрицает «освятительную» роль серебра в освящении воды, утверждая,
что, независимо от материала креста (серебро, дерево, железо), вода освящается
от сошествия на нее Святого Духа.
9. Сегодня серебро успешно
используется в качестве обеззараживающего средства только в комбинации с
другими уничтожающими микроорганизмы дезинфектантами.
Например, обогащение воды бассейна серебром и медью в соотношении 1:10 дает
хороший обеззараживающий эффект и одновременно позволяет снизить степень
хлорирования на 80%.
Таким образом, приведенные
выводы позволяют считать серебро слабым и недостаточно изученным
обеззараживающим агентом. Тем не менее в медицинской
практике имеются положительные примеры применения серебряной воды. Так, ее
применяли при лечении желудочно-кишечных заболеваний в клинике Киевского
медицинского института, при воспалительных
процессах зева, катаральных ангинах — в Первой
поликлинике г. Киева. В Уфимском республиканском тубдиспансере серебряную воду
применяли при лечении свищей и язв, образовавшихся в результате костного
туберкулеза и туберкулеза лимфатических желез с распадом и нагноением.
Результаты лечения, как правило, были положительные: язвы и свищи, не
закрывавшиеся у некоторых больных несколько лет, несмотря на систематическое
лечение кварцем, рыбьим жиром, мазью Вишневского и другими препаратами, после
применения серебряной воды на протяжении двух-пяти месяцев полностью
закрывались и заживали.
Считается, что питьевые
профилактические растворы серебра улучшают состав крови, удерживают кальций и фосфор
в крови в тонкодисперсном состоянии, предупреждают отложение солей на стенках
сосудов и суставов, повышают иммунитет организма, предупреждают инфекционные
заболевания.
Приведем некоторые рекомендации
из Интернета по употреблению питьевых растворов серебра (очевидно, с
использованием книги Л.А. Кульского «Серебряная вода», 9-ое издание которой в
настоящее время рекламируется в Интернете):
1. Концентрация 0,1 мг/л: пить
вместо обычной воды в течение 6-ти месяцев с перерывами в 3 месяца.
2. Для профилактики
внутренних болезней — раствор концентрацией 0,1-0,5 мг/л; пить по 100 г
раствора 3-4 раза в день за 20-30 минут до еды; курс — 3 месяца.
3. Для лечения внутренних
болезней (пищевое отравление, метеоризм, послеоперационные рецидивы в почках,
печени, кишечнике) — раствор концентрацией 0,5-5,0 мг/л по 100 г 3-4 раза в день
за 20-30 минут до еды. Курс — 3 месяца. При тяжелых формах этих заболеваний
концентрация раствора увеличивается до 5,0-10,0 мг/л.
4. При лечении язвенной
болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, хронических гипо
и гипер-ацидных гастритов,
энтеритов, холецистита, эндокринных заболеваний, диабета, диатеза, экзем.
Первые 10 дней —концентрация 10 мг/л; следующие 3
недели — 5 мг/л.
5. При
лечении инфекционных заболеваний: холеры, чумы, брюшного тифа, паратифа,
дизентерии, скарлатины, дифтерии, гепатита "А" и других. При
тяжелых формах этих заболеваний концентрация раствора увеличивается до 10-15,0
мг/л.
6. Для дезинфекции воды
неизвестного происхождения (речная, болотная и т.п.) — концентрация 0,1 мг/л при
4-часовой выдержке и 0,2мг/л — при 2-часовой.
7. Добавление серебряной
воды в лекарственные настои, молоко, соки продлевает срок их хранения в
несколько раз.
8. Профилактика перед и во время эпидемий гриппа, в периоды сильных стрессов;
пить для профилактики за 20-30 минут до еды.
9. Бытовое
применение: консервирование напитков, соков, компотов, обеззараживание питьевой
воды в эпидемиологически неблагоприятных районах,
замачивание семян перед посадкой (на 23 часа), полив комнатных растений (для
обеззараживания земли от микроорганизмов, плесени, грибков), полив в течение
одной недели с 23-недельным перерывом, сохранение срезанных садовых цветов,
дезинфекция посуды, овощей, фруктов, дезинфекция раковин, ванн, санузлов, нательного и
постельного белья замачиванием на 23 часа.
Перейдем к рассмотрению
аппаратной реализации любительских и промышленных конструкций ионаторов. Одной из первых была конструкция В. Жгулева, опубликованная на сайтах kazus.ru, cxem.net и др. Схема этого ионатора
выполнена на транзисторах устаревшего типа (МП35, МП103 и т. п.; к сожалению, дата
первой публикации не указана) и представляет собой комбинацию из мультивибратора
с периодом следования импульсов 2-4 мин, формирователя парафазного
сигнала на триггере и коммутатора со стабилизатором тока.
Система электродов состоит
из двух серебряных пластин площадью 1 см2,
которые приклеиваются медицинским клеем БФ-6 с двух сторон к органическому
стеклу толщиной 4...6 мм. При такой площади электродов и токе 16 мА ионатор имеет производительность около 1 мг/мин растворившегося в воде серебра. Действительно, при t = 60 с
по формуле (П3.2.3) получаем M = 16×10-3×60 = 0,96 мг. Если, например, требуется концентрация 20 мг/л (на один литр воды), то
такой ионатор должен работать в течение 20 мин.
Очевидно, что для ориентировочных расчетов времени серебрения можно
использовать следующую формулу:
t = с×V/I, с (П3.1.4)
где
с — требуемая концентрация,
мг/л; V — объем приготовляемой воды, л; I —ток, А.
Более совершенная (в смысле комплектующих) схема ионатора была
разработана В. Сорокоумовым (опубликована на сайте RadioRadar.net) и с незначительными изменениями приведена на рис.
П3.1.28. В этой схеме мультивибратор выполнен на триггере U1.1.
При R1 = R2 = R и С1 = С2
= С период следования импульсов Т » 1,4×R×C = 1,4×2,2×106×66×10–6 = 203 с.
Сначала емкость конденсаторов С1 и С2 была выбрана равной 0,15 мкФ, учитывая
данные Анастасии Попковой, опубликовавшей 10.12.2008 г. на сайте http://www.radiokot.ru (раздел Схемы/ Цифровые устройства/Бытовая электроника/Серебряная вода) статью об ионаторе, в котором используется импульсная последовательность
с периодом 10…30 мкс. В дальнейшем оказалось, что такой
ионатор просто неработоспособен по причинам,
рассматриваемым ниже. Поэтому значения емкостей конденсаторов С1 и С2 были увеличены до 66 мкФ и из-за ограниченного места
они были составлены из двух параллельно включенных бескорпусных
танталовых конденсатора типа К53-16 емкостью 33 мкФ каждый.
Последовательно включенные с
конденсаторами резисторы R1а и R2а предотвращают перегрузку выходов триггера U1.2
их разрядным током и вследствие их сравнительно малого сопротивления на
значение частоты не влияют.
С выхода мультивибратора
импульсы поступают на с-вход 11 триггера U1.2, на выходах которого формируются две
противофазные импульсные последовательности длительностью 203 с каждая (т. е. с
периодом 406 с) управляющие коммутатором
на транзисторах T1—T4, периодически изменяющим направление тока через
погруженные в воду серебряные электроды ЭС1 и ЭС2. Стабилизатор
тока выполнен на транзисторе T5 по классической схеме — с параметрическим
стабилизатором в базовой цепи на светодиоде D3, который одновременно служит
индикатором работы ионатора. Ток стабилизации (около
16 мА) устанавливается подбором сопротивления резистора R5 и при указанных на
схеме значениях напряжения питания изменяется на 0,6 мА.
Рис. П3.1.28. Схема ионатора
Спиральная конструкция
электродов (см. фото на рис. П3.1.29) заимствована из упоминавшейся выше статьи
Попковой и выполнена из посеребренного медного провода диаметром D = 1 мм
и длиной L = 50 см для каждого
электрода. В качестве
несущей конструкции использовалось оргстекло толщиной 4 мм, шириной 50 и длиной
130 мм. Провод протаскивался через отверстия диаметром 1,1 мм, располагаемые с
шагом 10 мм на расстоянии 5 мм от боковин. Оргстекло крепится к пластмассовой
крышке (от обычных банок для консервирования) с помощью стоечек от старого реле
РП5, а сверху на крышке располагается электронный блок в отсеке из куска пенала
от фирменной авторучки.
Приведенная на рис. П3.1.29 фотография ионатора была сделана еще с конденсаторами С1 и С2 емкостью 0,15 мкФ (Т » 1,4×R×C = 1,4×2,2×106×0,15×10–6 = 0,46 с).
Испытания этого ионатора показали, что он практически
неработоспособен. Тогда были проведены испытания на постоянном токе, которые
показали, что процесс генерации наночастиц серебра,
который визуально наблюдается в виде светло серого облака, начинается только
через 15—20 с после включения тока, т. е. этот процесс в первом приближении
можно описать формулой:
М(t) = М(1 – е–t/t),
(П3.1.5)
где
t — постоянная времени,
характеризующая инерционность процесса; M = I×t — масса выделившегося серебра при питании электродов
постоянным током, т. е. при t >> t.
Если принять, что переходной
процесс заканчивается при М(t) = 0,999М, т. е. с погрешностью 0,1%, то постоянная t » 7 с определяется из очевидного уравнения (1 – е–t/t1) =
0,999, откуда после несложных преобразований и логарифмирования получаем часто
используемое на практике соотношение t = 7t, т. е. для нашего случая t » 3 с и формулу (П3.1.5) можно записать в виде:
М(t) = М(1 – 1/еt/3), (П3.1.6)
с помощью которой можно рассчитать ориентировочное значение массы
выделившегося серебра при питании ионатора импульсным
напряжением частотой F, т. е. при t = 1/F. Так, при частоте 1 Гц t = 1
c и М(t) = М(1 – 1/е1/3) = 0,28М, а это значит, что для достижения
заданной производительности, как это следует из (П3.1.4), необходимо
увеличивать в 1/0,28 = 3,6 раза ток или время электролиза. При первоначальном
значении емкости С1 = С2 = 0,15 мкФ период колебаний
мультивибратора на U1.1 составляет Т » 1,4×R×C = 1,4×0,15×106×2,2×10–6 = 0,46 с и с
учетом делителя частоты 1:2 на U1.2 М(t) = М(1 – 1/е0,92/3) = 0,26М, т. е.
получаемая производительность значительно меньше ожидаемой. После замены
конденсаторов t = 406 с
и М(t) = М(1 – 1/е406/3) » М.
Рис. П3.1.29. Фотография ионатора