Влияние температуры и водородного показателя pH электроактивированной воды на скорость её поглощения семенами

Если принять, что семя – это такая система, которая обладает тепловой, механической, массовой и электрической степенями свободы, т.е. при взаимодействии семени с окружающей средой совершается термическая, механическая, массовая и электрическая работа, то, согласно первому закону термодинамики, теплота, подведенная к телу, идет на увеличение его внутренней энергии и совершение работы, т.е.

dQ = dU + dA ,        (1)

где dQ – значение приращения теплоты;

dU и dA – значения приращения внутренней энергии и работы соответственно.

Исходя из этого, при взаимодействии семени с нагретой электроактивированной водой с определенным значением водородного показателя pH в семени может произойти изменение величины внутренней энергии. Это, в свою очередь, должно привести к возбуждению семени и к интенсификации биохимических процессов в нем.

Нами предпринята попытка проанализировать взаимодействие семени с элек-троактивированной водой с позиций основополагающих понятий термодинамики.

В качестве системы выступает семя, а электроактивированная вода – в роли окружающей среды. В основе концепции лежит изменение свойств (обобщенных координат) семени под воздействием движущей силы (обобщенный потенциал) [1, 2].

Причиной появления движущейся силы является градиент обобщенного потенциала (температуры, давления, химического и электрического потенциалов). В нашем случае движущей силой являются градиент температуры и градиент электрического потенциала. Температурный градиент обусловлен температурой семени и электроактивированной воды, а градиент электрического потенциала – поверхностным электрическим потенциалом семени и электрическим потенциалом электроакти-вированной воды.

Рассмотрим общие принципы взаимодействия семени с теплой (t = 40 °C) электроактивированной водой с различным значением водородного    показателя

(pH > 7,0 и pH < 7,0).

Для этого проведем к разделяющей поверхности между взаимодействующими семенем и электроактивированной водой нормаль n в той или иной её точке Г—)                   — r , считая, что единичный вектор N , V ) n задающий положительное направление нормали, обращён своим концом наружу от семени, т.е. в сторону воды (рис. 1).

разделяющей поверхности между семенем и электроактивированной водой

—

Скалярная проекция Pr V р гра- nm

— диента V р на нормаль n в любой её m

точке определяется равенством

——

Pr V р

nm

—

V р

m

• cos в ,

— где в - угол между векторами V р и m

—

N .

Произведение этой скалярной проек-

—— ции на единичный вектор N дает векторную проекцию того же градиента на нормаль:

——   ————

Pr v р N — Pr V р .(3)

nmnm

Если разбить разделяющую поверхность на малые участки i с опорными точ-

n

— — Г—1 P V P r.

r     m i

n      V )

= 0

Г— n

ками     r , то можно принять, что на

V )

множестве всех точек i -го участка значе-

служит критерием отсутствия самопроизвольного переноса m -ой обобщенной координаты от одного объекта к другому.

В данном случае эти общие принци-

пы реализуются в виде градиентов темпе-

ния всякого скалярного или векторного по-

ратуры и электрического потенциала, т.е.

ля одинаковы и равны его значению в опорной точке. Это позволяет заменить множество точек, образующих разделяю-

процесс поглощения электроактивирован-ной воды семенем осуществляется за счёт термодиффузии и электродиффузии. По-

щую поверхность, множеством малых участков с опорными точками. При этом можно считать, что каждый участок имеет вполне определённое значение того или

этому интенсивность потока воды через оболочку семени, согласно закону Фика,

P r .у .

mi

равна:

_т _ A P   . TT   Atp

J_D — D лу --,

D   AX  AX  AX

где J – масса воды, переносимой в еди-

иного поля, например

—	n		—	Г—1	n
	( — 1	—
V P	r	, P	V P	r	и т.д. (4)
m	i	r	m	i
	V )	n		V )

Из вышеизложенного вытекает, что самопроизвольный перенос m -ой обобщённой координаты от электроактивиро-ванной воды к семени через i -ый участок, разделяющий их поверхности, возникает

ницу времени через единицу площади поверхности семени перпендикулярно к этой

поверхности;

A P

A X

- градиент плотности ( A P ) моле

кул воды на расстоянии A X ;

D – коэффициент диффузии;

A T

– градиент температуры воды через

лишь при условии, что на этом участке градиент m -го обобщённого потенциала

отличается от нуля и линия градиента пересекает участок. Оба эти требования вы-

полняются, если

n

— — f—

P V P r.

r     m i

n      V )

^ 0.

Как только величина

—

P r n

—

V P

m

n

Г—1

ri

V )

приобретает

нулевое

оболочку семени;

Л - коэффициент теплопроводности;

Ap

– градиент электрического потен циала воды через оболочку семени;

ү - коэффициент электропроводно-

сти.

Кроме этого, необходимо было выяснить, какой вид (католит или анолит) элек-троактивированной воды быстрее поглощается семенем. Скорость поглощения определялась по следующему выражению:

V

n

m2

^-

m1

т - m 1

• 100%,

значение, движущая сила для самопроизвольного переноса данной обобщённой координаты через i -ый участок исчезает. Таким образом, совокупность равенств типа где m1 – масса семени до замачивания;

m – масса семени после замачивания;

т - время замачивания.

Результаты экспериментальных исследований представлены на рисунке 2.

Анализ этих зависимостей показывает, что с повышением температуры элек-троактивированной воды с 25 oC до 40 o C скорость водопоглощения увели-%% чилась с 0,17      до 0,18      для аномин      мин

%% лита и с 0,2      до 0,29      для като- мин      мин лита. Кроме этого, полярность заряда также влияет на скорость водопоглощения.

Так, для положительного заряда ионов католита (1) скорость при % t = 40 oC равна 0,29----, а для отрица- мин тельного заряда ионов анолита (2) скорость

% равна 0,18      , т.е. в 1,6 раза меньше.

мин

V,

%

Рис. 2. Зависимость скорости водопоглощения электроактивированной воды семенами пшеницы:

1 – католит; 2 – анолит

Таким образом, на основании теоретических предположений и экспериментальных исследований можно сделать следующий вывод: водопоглощение электро- активированной воды семенами пшеницы определяется не только градиентом концентрации молекул, но и термическим и электрическим градиентами.