Энергетический потенциалводы
Вода!.. Что ты такое? Ты – самажизнь.
Ты самое большое богатство в мире.
А. Сент-Экзюпери.
водаэнергетический молекулярный реактор
Обычная и привычная длянас вода благодаря уникальности строения, структуры, свойств и энергетики имеетисключительное значение в природе и жизни человечества, в т. ч. как драгоценноесырье, средство и способ получения экологически чистой альтернативной энергии.Широкое задействование энергетического потенциала воды – важный и надежный путьрешения современной энергетической проблемы.
Вода – универсальноеэнергетическое вещество.
1. Водный поток –источник неисчерпаемой механической энергии за счет гравитационного поля земли,используется в судоходстве и сплаве, вращает гидродвигатели: водяные иводоподъемные колеса, мощные гидроагрегаты на современных ГЭС и ГАЭС.
2. Вода –теплоноситель, преобразователь и передатчик тепловой энергии в системахотопления, горячего водоснабжения, в водяных реакторах АЭС, ТЭС, ТЭЦ, паровыхмашинах и турбинах, солнечных печах и др. установках.
3. Вода – сырьеводородной энергетики при получении из нее в электролизерах и плазмотронах газаН2 – топлива высокой теплоты сгорания, а также горючего водяногогаза (смеси Н2 и СО), получаемого газификацией твердого топлива.
4. Вода – средствополучения тепловой энергии путем ее отбора из внешней водоемной среды тепловыминасосами, производимыми в т.ч. Мелитопольским заводом холодильногомашиностроения (см. г-ту «Наш город», №14 от 02.04.09 г.).
5. Вода – важныйспособ получения тепловой энергии при применении гидротепловых установок разныхконструкций.
5.1. Гидродинамическиеводонагреватели – установки, работающие на принципе кавитации воды, нагнетаемойэлектронасосом, применяются для объектов обогрева Белгородского района (см.г-ту «СТ», №10 от 05.02.00 г.).
5.2. Установки сустройством «тепловая труба». Их действие основано на принципераскручивания воды по спирали со скоростью более 3 тыс. об/мин. при ее подачеэлектронасосом из чана через «тепловую трубу». При возвращении воды вчан выделяется тепловой энергии значительно больше, чем затраченоэлектроэнергии (см. г-ту «Факты» №98 от 06.06.07 г.).
5.3. Гидрометр УГД-90.Данные экологичные и удобные гидротепловые установки серийно выпускаются наДонецком заводе Гидротрансмаш и успешно применяются в системах отопления школ(см. г-ту «АВ» от 02.04.09 г.).
Почему вода – источникэнергии? Это связано с необычным строением молекул воды, уникальностью еесвойств и структуры. Сразу уясним, что соединение с формулой Н2О –гидрид кислорода – не вода, а мономер ее ассоциированных молекул. Молекулярноевещество Н2О с разъединенными молекулами в виде газа (пара) бываеттолько при температуре более 100°С и при этом имеет малую плотность насыщенногопара ρ = 0,6 кг/м3. а вся жидкая вода гидросферы и влагаатмосферы состоит из ассоциированных молекул состава (Н2О)6,хотя и с примесью молекул Н2О, около 1 % (по Д. Стивенсону).
Когда образуются молекулыгидрида кислорода Н2О при sp3-гибридизации, то атомные орбиталиО и Н перестраиваются в 4 одинаковые по форме и энергии гибридные молекулярныеорбитали: 2 валентные с обобщенными парными электронами от О и Н и 2несвязующие с неподеленными парными электронами. Уникальность же молекул Н2Ов том, что на вершинах валентных орбиталей протоны (ядра Н) слабо прикрытыэлектронным облаком и в результате там создаются 2 эффективные заряды по +0,33э.з. (элементарного заряда), а на вершинах несвязующих орбиталей создаетсяповышенная электронная плотность и возникают 2 эффективные отрицательные зарядыпо — 0,33 э.з. (см. рис.1). Именно парность положительных и отрицательныхзарядов, равность их по модулю и сравнительно большая величина зарядовыхполюсов на вершинах 4 орбиталей молекул Н2О приводит к образованиюиз них ассоциированных молекул состава (Н2О)6 сотносительной молекулярной массой mr = 108 а.е.м. Процесс ассоциации (соединения)мономеров Н2О в молекулы ассоциата (Н2О)6происходят легко и быстро путем циклизации их при электростатическомвзаимодействии парами орбиталей с противоположными зарядами.
Образовавшиеся молекулыассоциата (Н2О)6 имеют плоскоциклическую шестиугольнуюформу. В вершинах ее 6 углов находятся ядра атомов О с отцентровым отхождениемот них по 2 орбитали (6 пар) незадействованных связями в молекулах ассоциата(см. рис. 2). Каждый мономер Н2О в циклической молекуле (Н2О)6имеет водородную связь и связь ван-дер-ваальсовыми силами с 2 соседними, чтоудваивает их внутримолекулярную энергию (см. энергетику (Н2О)6).
Мономеры Н2О всоставе ассоциата (Н2О)6 сохраняют свою индивидуальность,поэтому молекулы ассоциата могут распадаться на мономеры при взаимодействии наних внешней энергии, превышающей прочность внутримолекулярных связей. Приразрыве связей молекулы Н2О уносят с собой кинетическую (тепловую)энергию, которую они отдадут в среду, где будет процесс их новой ассоциации.
Молекулы ассоциированнойжидкой воды, имея 6 пар свободных орбиталей с зарядами на вершинах, соединяютсямежду собой электростатическим взаимодействием с образованием структурированнойплотной монослойной пленки толщиной в одну молекулу горизонтально к поверхностиземли, располагаясь слой за слоем с плотным прилеганием друг к другу. Если водаохлаждается ниже 0 °С происходит уже твердая монослойная кристаллизация повертикали со сдвигом монослоев до совмещения всех орбиталей молекул ассоциата.При этом каждый присоединяющийся снизу монослой отодвигается от верхнего на 0,5нм с образованием щелей между ними и увеличением объема затвердевшей(замерзшей) воды до плотности ρл = 917 кг/м3.
Эта фаза твердойкристаллизации происходит между сблизившимися орбиталями только за счет 2-хсоставляющих ван-дер-ваальсовых сил с образованием связи с энергией Емм= 6,53 кДж/моль. Вся расчетная энергия связи от образования молекул ассоциата(Н2О)6 до замерзания жидкой воды при 0 °С составляет Есб= 306,03 кДж/моль, что точно соответствует справочной удельной теплотеиспарения (сублимации) льда Есб = 2833 кДж/кг. Это, кстати,подтверждает 6-мономерный состав молекулы ассоциата и ее относительнуюмолекулярную массу mr= 108 а.е.м.
Ассоциированные молекулыводы кроме молекулярных и структурных связей, обладая массой, намагниченностью,полярностью и поляризуемостью, имеют еще энергетическую связь с Землей (на ееповерхности) силами агрегации (связывания), порождаемыми земными силовымиполями с напряженностями: гравитационной G = 9,8 м/с2, магнитной Н = 56 А/м и электрическойЕ = 130 В/м, которые и являются носителямиэнергии воздействий на молекулы ассоциата Еаr = 3,17 кДж/моль.
Именно земные силовыеполя являются внешним источником дополнительной энергии, получаемой при работегидротепловых установок. В них движущая вода с увеличенной скоростью,вращающаяся, подверженная кавитации, испытывает воздействие энергии силовыхполей, что приводит к разрушению части из них на мономеры Н2О,которым и передается эта энергия. Эти мономеры при возвращении воды в резервуарс потерей скорости снова ассоциируются с выделением в воду весьма существеннойдополнительной энергии. При 20 °С это составит Еас = 265,2 кДж/моль(моль равен 0,108 кг), т.е. энергию 0,108 кг ассоциировавшихся молекул Н2О.
При условии оборудованиявсех коммунальных хозяйств достаточными мощностями теплонасосных игидротепловых установок возможно обеспечение всех потребностей страны вотоплении и горячем водоснабжении коммунальных, жилых и хозяйственных объектов,не используя дорогостоящих энергоносителей, расходуя лишь незначительноеколичество недорогой электроэнергии для работы данных установок.