Влияние СВЧ на воду.

Влияние СВЧ на воду.
Подготовила:
Ученица лицея №1511 при НИЯУ МИФИ
Мельникова Полина (11класс)
Руководитель:
Сорока Ирина Владимировна
Доцент кафедры №19 НИЯУ МИФИ
Москва 2013
Оглавление
1. Введение
А) Цель работы
Б) Задачи
В) Методика
2. Результаты
А) Первый эксперимент
Б) Второй эксперимент
В) Третий эксперимент
Г) Четвертый эксперимент
3. Химическое объяснение влияния СВЧ излучения на рН воды
4. Выводы
5. Используемая литература.
Введение
Человек состоит из воды на 60-70% в зависимости от возраста. Вода – главная
отличительная черта нашей планеты. Без воды не выжить ни одному существу, в воде
зарождается жизнь. Но как технический прогресс может повлиять на столь важную и
сложную структуру?
Проживая в крупных городах, мы ежедневно подвергаемся облучению –
электромагнитному (ЛЭП, метро), ионизирующему (рентгеновский аппарат, тонкий
озоновый слой крупных городов),высокочастотному (мобильные телефоны, WI-FI).
Сложно представить, к чему приведет столь сильное влияние на природу, на животных, на
людей, если продолжать так же использовать предоставленные природой и местностью
возможности.
Задумываясь о таких глобальных вещах, мы задались вопросом – можно ли хотя бы
немного предугадать судьбу тех, на кого такое излучение оказывает едва ли не решающее
влияние. Случайно наткнувшись на статью в Интернете [1], где на фотографиях показана
значительная контрастность между растениями, поливаемыми водой, облученной СВЧ, и
обычной водопроводной. Так же была найдена статья отечественных авторов [2], в
которой указывалось значительное изменение pH в большую сторону (ощелачивание).
Связав эти два факта, мы решили взять один из самых распространенных домашних
электроприборов, работающий на основе СВЧ-излучения, применяемый для
термообработки и выяснить, как он может повлиять на воду. Эту воду мы решили так же
проверить на растениях, которые в среднем на 80% состоят из нее и именно на них
наиболее явно отразятся изменения свойств воды.
Целью работы стало подтверждение или опровержение вышеупомянутой теории об
ухудшении выбранных показателей растений под действием воды, облученной в СВЧ.
Представленная работа посвящена изучению влияния воды, облученной в СВЧ- поле
микроволновой печи, на рост, всхожесть и нормальное развитие растений. Для данной
работы была разработана соответствующая методика, и было проведено четыре
эксперимента: с 3 мая по 28 мая 2012 года, с 30 мая по 22 июня 2012 года, с 4 октября по
19 ноября 2012 года, с 12 декабря по 16 января. Эксперименты проводились в школьной
лаборатории, где растения были помещены в одинаковые условия освящения, ухода,
полива и способа измерения выбранных показателей.
Данное исследование направлено на выяснение того, влияет ли на рост, всхожесть и
нормальное развитие растений используемая вода после облучения СВЧ в сравнении с
кислой, щелочной и обычной водой. Первая и вторая группы эксперимента – полив
растений кислой водой; второй—щелочной; третий- обычной ( контрольная группа) ;
четвертая - водой после облучения СВЧ. Третья группа эксперимента – полив растений
обычной (контрольная группа) и СВЧ водой. Перед началом эксперимента были
проверены показатели pH воды до и после облучения. Предполагается, что под
воздействием СВЧ в воде разрушаются водородные связи, что приводит к ощелачиванию
ее, что зафиксировано в статье. К сожалению, pH-метр …., используемый в нашей
работе, в силу своей погрешности не смог выявить достоверных изменений в
исследуемых средах. Однако мы смогли обнаружить разницу в процессах роста, внешнего
вида растений, что отражено в результатах работы.
Задачами нашей работы явились:
 Разработать методику выполнения работы;
 Провести ряд экспериментов с участием контрольной группы;
 Выяснить, влияет ли СВЧ-облучение на воду, происходит ли в воде ощелачивание;
 Объяснить данное ощелачивание, если оно происходит;
 Выяснить, как влияет вода, облученная в СВЧ-печи, на рост и развитие растений по
сравнению с кислой, щелочной и обычной средой;
 Выяснить, как влияют на всхожесть и рост растений фазы ОВР в семенах,
поливаемых СВЧ-водой и другими средами.
 Объяснить, как изменения в молекулах воды могут повлиять на ее свойства.
Была разработана методика исследования:
Исследуемые виды воды:
А) водопроводная (контрольная группа)
Б) облученная СВЧ
Б.1) облученная СВЧ, быстрое охлаждение
В) вода с рН=5
Г) вода с рН=9
При подготовке образцов воды Б водопроводную воду с помощью СВЧ доводили до
кипения и остужали до комнатной температуры. Опытным путем установлено, что для
доведения до кипения воды объемом 500 мл в СВЧ-печи, мощностью 700 Вт,
потребляемой мощностью 1200 Вт, напряжения 220 В и частотой магнетрона 2450 ГЦ
необходимо 6-7 минут. Для второго эксперимента была введена пятая группа растений,
поливаемых водой, облученной СВЧ, охлаждаемой льдом. Для этого к стенкам стакана с
внешней стороны помещался лед, происходил теплообмен. Образцы воды В и Г готовили
введением необходимых количеств соляной кислоты (HCl) и гидроксида калия(KOH),
соответственно, с последующим контролем рН универсальным индикатором.
Посадка
При проведении первой и второй серий экспериментов использовались семена трех
видов растений: огурцов, овса и фасоли.
При проведении третьей и четвертой использовались семена двух видов растений:
фасоли и гороха.
Использовалась следующая последовательность операций:
На 24 часа все семена замачиваются в соответствующей воде. Для этого на дно чашки
Петри кладется хлопчатобумажная ткань, заливается вода (в каждой чашке свой вид
воды), на ткань укладываются семена и накрываются еще одним куском ткани. Чтобы
вода не испарялась, чашки Петри накрываются стеклянными кружками.
В горшки засыпали землю примерно на 2\3 высоты горшка (60+1 г в первом и втором
экспериментах и 160+10г в третьем и четвертом) и утрамбовывали (Рис. 1д.). После землю
в каждом горшке поливали соответствующей водой.
Уход за растениями
Полив каждого растения соответствующей водой.
Снятие показателей и фотографирование после каждого полива.
*Для каждого полива в СВЧ-среде вода доводится до кипения в СВЧ-печи и затем
охлаждается.
Оформление в журнале даты, времени, внешних изменений и действий над растениями.
Измерения
Для каждого вида растения измерялся рост самого высокого и самого низкого. По
формулам
<X>=(Xmax+Xmin)\2 - средняя высота
<∆X>=(Xmax-Xmin)\2 - средняя погрешность высоты
В силу сложности работы с хрупкими растениями инструментальная погрешность –
линейка, и личная – человеческий фактор (зрение) не учитываются.
Результаты экспериментов.
Первый эксперимент проводился с 3 по 28 мая 2012 года (весенняя фаза). В течение
эксперимента было замечено две мутации СВЧ-растений; на фотографии показан стебель
растения на 21.05.12, остановившийся в своем развитии, и на второй фотографии видна
сильная ломкость, хрупкость, несвойственная данному растению (вьющейся фасоли).
По результату эксперимента были построены графики роста фасоли и овса.
Второй эксперимент проводился с 30 мая по 22 июня 2012 года (летняя фаза). Для
сравнения в контрольную группу ввели растения, поливаемые СВЧ быстрого охлаждения.
На 08.06.12 видно, что все растения имеют примерно одинаковую всхожесть, густоту и
рост. Из графиков видно, что заметных различий роста фасоли и ржи не наблюдалось.
В течение эксперимента не было замечено мутаций, но по достижении фасоли высоты
28см стебель стал ломким. На серии фотографий сравнивается фасоль щелочная, кислая и
СВЧ. Растение СВЧ стало ломаться под собственной тяжестью.
Третий эксперимент проводился с 4 октября по 19 ноября (осенняя фаза). Несмотря на
нетрадиционный сезон посадки, растения хорошо росли. В течение эксперимента
замечаний о росте растений СВЧ и контрольной среды не было, но было отмечено
ухудшение показателей контрольной группы и отмирание побегов в фасоли и, особенно, в
горохе в обеих группах.
В результате выявлено улучшение показателей роста растений, поливаемых водой,
облученной СВЧ, что указано в графиках.
Четвертый эксперимент проводился с 12 декабря (зимняя фаза) по 16 января 2013
года.
В течение всего времени наблюдения СВЧ-растения росли лучше по показателям роста,
но одновременно вместе с этим наблюдалась хрупкость стеблей.
Химическое объяснение влияния СВЧ излучения на рН воды
В работе [2] установлено, что при облучении СВЧ водородный показатель воды смещается
на 1,12 – 1,20 единиц рН в щелочную область, происходит повышение
электропроводности воды. В статье приведено следующее рассуждение для объяснения
этих явлений: «Обе величины могут измениться вследствие структурной перестройки
водных кластеров, что может облегчить отрыв протона и уменьшать энергию активации
его перескока из одного положения в соседнее. Однако рост степени диссоциации
должен приводить к уменьшению рН воды, вследствие увеличения концентрации ионов
водорода… Проведенные исследования показали, что при электромагнитном
воздействии происходит не уменьшение, а значительное увеличение рН, что можно
интерпретировать как снижение степени диссоциации воды. Но при этом
электропроводность должна не возрастать, а уменьшаться вследствие уменьшения числа
носителей заряда».
Это объяснение неудовлетворительно. Авторы, по всей видимости, используют школьное
определение водородного показателя как pH = -lg[H+], где [H+] – концентрация ионов
водорода. Поэтому их рассуждения связаны с числом носителей заряда. Диссоциация
воды на ионы H+ и ОH- не может приводить к изменению рН, поскольку при диссоциации
выделяется одинаковое количество этих ионов.
Приведем строгое определение водородного показателя: pH = -lg[аH+], где аH+ - активность
ионов водорода. Известно, что и катионы, и анионы в водных растворах гидратированы.
Можно полагать, что протон и гидроксил-ион образуют кластеры Н+(Н2О)n на кластер ОН(Н2О)m, где n и m - соответствующие числа гидратации. Если воспользоваться уравнениями
кластерной модели водных растворов электролитов, то можно прийти к выводу, что
наблюдаемое изменение рН при обработке воды СВЧ ( В этом случае ощелачивание воды
под воздействием СВЧ-излучения) может быть объяснено перескоком молекул воды из
кластера Н+(Н2О)n на кластер ОН-(Н2О)m, тем самым повышая активность гидроксил-ионов.
Появление менее гидратированных ионов водорода, соответственно, приводит к
повышению электропроводности воды.
Выводы
Результаты показывают, что шокирующих изменений нет; в одних случаях СВЧ оказывает
негативное влияние, а в других случаях улучшает рост растений, при этом несколько
ухудшая их способность к выживанию. Стоит отметить, что растения, поливаемые водой
СВЧ сильнее подвержены мутациям, они менее стойкие и более ломкие. Эксперименты
одинаковые, а результаты заметно различаются. Угнетающее воздействие СВЧ на
развитие растений по показателям роста установлено только в экспериментах,
проведенных с 3 мая по 28 мая 2012 года.
Вероятнее всего это объясняется тем, что химический состав семени постоянно
изменяется вместе с природными циклами развития растений. Изменения проявляют
себя с момента высева семян, в период роста и развития растения, при созревании,
уборке, хранении и употреблении его плодов.
Но такой форсированный рост растений, поливаемых СВЧ-водой можно объяснить тем,
что «заряжая» молекулы воды избыточной внутренней энергией, СВЧ дает
дополнительный энергозапас. А так как энергия вполне может переходить в тепловую, то,
глядя на график «Температура в лаборатории» понятно, почему избыточная
энергонагрузка отрицательно влияет на растения весной, и так положительно холодной
зимой.
Так же экспериментально установлено, что изменение водородного показателя воды в
изученном интервале от 5 до 8 практически не оказывает влияния на развитие
растений(см. графики).
В литературе установлено, что при СВЧ облучении рН воды возрастает до 8. Авторы [1]
подчеркнули, что этого не может быть, поскольку при использовании школьного
определения
рН=-lg[H+] ([H+] – концентрация ионов водорода) предполагает появление избыточных
гидроксил - ионов, невозможное из-за нарушения принципа электронейтральности. Это
явление находит объяснение с использованием определения рН=-lgаH+ (аH+ - активность
ионов водорода). Согласно современным представлениям ионы водорода и гидроксилионы в водных растворах образуют гидратированные кластеры вида Н+(Н2О)n и ОН-(Н2О)m.
В этом случае ощелачивание воды под воздействием СВЧ-излучения может быть
объяснено перескоком молекул воды из кластера Н+(Н2О)n на кластер ОН-(Н2О)m, тем
самым повышая концентрацию гидроксил-ионов.
Используемая литература:
1. Ссылка. « http://gamma7.m-l-m.info/vliyanie-mikrovolnovoj-pechi/vred-mikrovolnovkina-lico/ »;
2. А.П. Бессонова, И.Е. Стась Частотная дисперсия физико-химических свойств
дистиллированной
воды,
подвергшейся
электромагнитному воздействию
//
Известия вузов. Химия и химическая технология. 2010, Т. 53, С. 50-52.
3. Д.А. Потапов, Н.М. Леонова, А.М. Рудаков, В.В. Сергиевский Физическая
интерпретация параметров при моделировании термодинамических свойств
растворов электролитов // Химические науки. №5 2012