Что такое сухая вода и каковы ее основные свойства

Какие вещества называют сухой водой

Если вы увлекаетесь технологиями и любите смотреть образовательные телепередачи, то наверняка слышали о таком веществе, как сухая вода. Однако этим термином называют абсолютно разные по химическому составу вещества. Первое – это жидкость Novec 1230, изобретенная компанией 3M. А второе – белый порошок, который представляет собой молекулы воды в кремниевой оболочке. Мы опишем эти вещества и объясним их способы применения.

Жидкость под названием Novec 1230 была изобретена американской компанией 3М в 2004 году. Вещество не имеет ни цвета, ни запаха, поэтому очень похоже на воду, только отличается от нее интересными свойствами:

• является диэлектриком, то есть не проводит электрический ток;
• плавится при температуре 108 °C, а закипает – при 49°C;
• очень слабо смачивает поверхности;
• не является растворителем.

Такие свойства объясняются химическим составом вещества. Формула сухой воды: CF3CF2C(O)CF(CF3)2. Как видим, в ней отсутствуют атомы водорода и водородные связи.

Во время презентации изобретения в жидкость поместили листы бумаги, которые не намокли, а чернила на них не размазались. Также в воду опустили смартфон, что никак не сказалось на его работоспособности. Интересно, что в Novec 1230 практически ничего не растворяется, поэтому даже не пробуйте заварить чай в этом веществе.

Применение Novec 1230

Многие, узнав о свойствах чудо-воды, захотели приобрести это вещество для демонстрации друзьям различных фокусов. Однако Novec 1230 изобрели для более серьезной цели – тушения пожаров. Почему же нельзя обойтись обычной водой?

Представьте себе, что возгорание происходит в офисе, где много компьютеров и важных документов. Если тушить пожар водой или пеной, документы превратятся в груду мокрой бумаги, а техника просто перестанет работать. К тому же мебель будет испорчена. Если же использовать сухую воду, огонь будет потушен, а документация останется в целости и сохранности (если не успеет сгореть).

Novec 1230 обладает комплексом свойств, полезных при тушении огня:

• поглощение тепла и эффект охлаждения;
• способность ингибировать пламя;
• не меняет концентрацию кислорода в помещении. Это помогает увеличить время эвакуации людей.

Чаще всего системы пожаротушения с сухой водой применяются в музеях, архивах и библиотеках. Также системы с Novec 1230 устанавливают на телестанциях, крупных производствах и в других местах, где находится много дорогой аппаратуры. Интересно, что сухая вода не только не вредит электронике, но и применяется для безопасного метода ее охлаждения. Для этого перегревшиеся приборы полностью погружают в вещество.

Можно ли сделать сухую воду в домашних условиях

Многие интересуются, как сделать сухую воду в домашних условиях. Ответ – никак! Синтез чудо-вещества требует подготовки и специальной аппаратуры. Однако Novec 1230 можно приобрести в специальных магазинах, где торгуют системами противопожарной безопасности. Удовольствие это не из дешевых, поэтому позволить его себе может далеко не каждый.

Характеристики вещества

В состав этого вещества входит 95% простой воды, но при этом на вид оно напоминает сахарную пудру. Каждую частичку порошка покрывает уникальная оболочка, состоящая из диоксида кремния. Соединение молекул кислорода и кремния в этом веществе является очень устойчивым. Диоксид кремния предотвращает растекание и соединение капель воды между собой. Частички этого вещества очень маленькие. Их размер не превышает 1 микрона.

Сухая вода, формула которой CF₃CF₂C(O)CF(CF₃)2, имеет определенные свойства. У нее много общего с простой водой. Это вещество не обладает запахом и вкусом. В обычной воде роль окислителя играет кислород. В сухой воде им является фтор. У Novek 1230 температура кипения составляет 49 ˚С, а замерзания – 180 ˚С. Даже кипящая сухая вода не оставляет на теле человека ожогов. Данное вещество отличается высокой плотностью. Под действием ультрафиолетовых лучей сухая вода распадается.

Система двухфазного охлаждения на базе Novec

В двухфазной системе охлаждения используют ёмкость, в которой размещены платы или другое оборудование. Диэлектрической жидкостью выступает, например, Novec 7100 с температурой кипения 61 градус Цельсия. В процессе работы оборудование выделяет тепло, жидкость нагревается, закипает и начинает испаряться. При этом Novec забирает тепло от наиболее горячих элементов и переносит к конденсаторам, в которых циркулирует охлаждающая жидкость (вода). Она является промежуточным теплоносителем, при помощи которого тепло, выделяемое при конденсации хладагента, отводится в окружающую среду.

Для испарения 1 г Novec необходимо 120 Дж энергии. Видеокарта мощностью 200 Вт за 1 секунду испаряет около 2 г жидкости. За минуту произойдёт испарение 120 г. Таким образом, эффективность теплоотвода при кипении очень высока и позволяет отказаться от радиаторных пластин. Для двухфазного охлаждения обычно применяют Novec 7000, 7100 и 7200.

При испарении происходит переход Novec из жидкого состояния в газообразное. Поэтому процесс называется двухфазным. Если ёмкость оставить открытой, жидкость будет испаряться и её постоянно потребуется доливать. В закрытой ёмкости пар поднимается к крышке, где устанавливают конденсатор (несколько труб или змеевик ) с охлаждающей жидкостью (можно даже с холодной водой), то есть тот же теплообменник. Газ конденсируется, появляются капли и струями стекают обратно в ёмкость. При этом не нужны насосы и постоянный долив жидкости. Так формируется один закрытый рабочий контур.

Разумеется, жидкость в конденсаторе тоже нагревается. И мощность нагрева прямо пропорциональна выделяемой видеокартами мощности, необходимой для кипения жидкости. Поэтому постоянно требуется охлаждение жидкости. Для этого формируют второй закрытый контур. Вода, которая бежит по трубам, попадает в воздушный теплообменник с вентилятором, вынесенными на улицу. Он отводит тепло и вода вновь пригодна для охлаждения.

Для двухфазной системы намеренно используют жидкость-диэлектрик с низкой точкой кипения. Это сделано для того, чтобы точка кипения жидкости не превышала рабочий температурный режим элементов, а теплообмен происходил интенсивнее. При этом на видеокарты, например, часто устанавливают медные пластины. С них снимают теплопроводящие прокладки и удаляют термопасту. Затем устанавливают медную пластину по толщине зазора. Её подбирают по примерной толщине удаленной термопасты или прокладки. Теплопроводность меди, напомним, одна из самых высоких среди других элементов. То есть доработка оборудования перед погружением происходит и при охлаждении в двухфазке.

Преимущества двухфазной системы охлаждения на базе Novec:

безопасная для электроники и негорючая жидкость (используется для тушения пожаров);

Недостатки

У вас может возникнуть резонный вопрос: если иммерсионная система охлаждения настолько эффективна, то почему большинство майнеров пользуются вентиляторами? Дело в том, что у жидкостного охлаждения есть свои недостатки.

• Высокая стоимость. На обслуживание системы иммерсионного охлаждения от заводов-производителей уходит в среднем 25% от затрат на обеспечение работы майнеров. Другими словами, если ваше оборудование потребляет электричество на 10 тыс. рублей в месяц, то 2,5 тыс. рублей вы будете тратить на систему охлаждения. Жидкость, к сожалению, стоит дорого.
• Труднодоступность. Бак с иммерсионной жидкостью открывается только сверху, поэтому установить оборудование на стеллажах не получится.
• Грязь. Во время работы с майнером (замена кабеля, вентилятора) жидкость может пролиться на пол, ее очень трудно оттереть, особенно, если вы используете масло.
• Фильтрация. Охлаждающую жидкость необходимо фильтровать, чтобы избежать образования осадка и загрязнений.

Когда стоит использовать иммерсионное охлаждение?

Одной из первых компаний, которая начала разрабатывать системы иммерсионного охлаждения видеокарт для майнинга криптовалют, стала Green Revolution Cooling. Ведущий эксперт Брэндон Мур уверен в том, что развитию жидкостных систем охлаждения будут способствовать два главных фактора: высокая стоимость электричества и дорогая недвижимость.

Можно ли смешать сухую и обычную воду?

Помимо вышеперечисленных удивительных свойств, у сухой воды есть еще одна особенность. Она легко отторгает другие вещества. Например, в Novec не поплывут на бумаге чернила или краска от фломастера. Что практически невозможно предотвратить в обычной жидкости.

В кипящей сухой воде вы не сможете даже заварить чай из пакетика. Эта жидкость не может растворить вещества из чайных листьев.

Смешать обычную и сухую воду также не получится. Убедиться в этом можно, если капнуть в такую смесь краситель, например, зеленку. Вы увидите четкую границу между жидкостями. Зеленка растворится в обычной воде, а сухая останется прозрачной. Такой же эффект получится, если пробовать смешать Novec со спиртом.

Может ли быть вода сухой? Или что такое безопасное пожаротушение?

Сегодня в нашу жизнь прочно вошло слово «инновации», оно употребляется так часто, что кажется, утратило свой первоначальный смысл. Я работаю в компании 3М в составе команды технологий для электронной промышленности, и каждый день сталкиваюсь с удивительным миром изобретений 3М, некоторые из которых вы уже наверняка знаете – наждачная бумага, клейкая лента Scotch, листочки Post-it.
Желание Бинга Кросби записывать свои радио программы сподвигло компанию 3М к созданию магнитной ленты для звукозаписи, которая стала стандартом для студии звукозаписи и вещания, совершив революцию в индустрии развлечений. Нил Армстронг в 1969 году сделал свой первый шаг по Луне в обуви, подошвы которой были сделаны из материала Thinsulate, еще одного изобретения компании 3М. О наших изобретениях можно рассказывать долго и интересно, но сегодня я хотела бы остановиться на одном из них.

Видео

Может быть, кто-то уже слышал про «сухую воду», видел ролики, а которых в аквариум с водой окунают паспорта и книги, работающий телевизор, мобильный телефон или удлинитель, включенный в розетку.

Выглядит потрясающе! Однако, это не фокусы! Эта «сухая вода» не что иное, как инновация компании 3М, газовое огнетушащее вещество Novec 1230, разработанное нашей компанией для использования в системах газового пожаротушения, более того, это новый класс химических веществ, используемых в международной практике.

Novec 1230 абсолютно безопасен для электроники!

Интересно? Тогда подробнее:

О нем и о его удивительных свойствах я хотела бы рассказать. Эта тема кажется особенно актуальной сегодня, когда здания строятся гораздо выше, чем могут дотянуться лестницы пожарных машин, и люди не имеют возможности быстро эвакуироваться, дорогостоящие сервера хранят бесценную информацию, существуют объекты, оснащенные сложной автоматикой, на которых требуется постоянное присутствие операторов и беспрерывная работа оборудования, такие, например, как центры управления полетами аэропортов. Простой пример — диспетчеры ЦУПов имеют на своих рабочих местах изолирующие противогазы, в которых, в случае срабатывания системы газового автоматического пожаротушения на основе хладона или углекислого газа, смертельно опасного для человека, они должны продолжать работу в течение 20 минут до переключения работы этого Центра управления на резервный.

Зачем это нужно?

Известно, что последствия тушения пожара зачастую бывают столь же тяжелыми, как и воздействие самого огня. Вода, порошок портят оборудование, документацию, произведения искусства и все ценное, что находится в помещении; газы — инерген, хладон, углекислота воздействуют на материальные ценности не так сильно, но они смертельно опасны для людей, находящихся в защищаемом помещении, поэтому требуют их немедленной эвакуации.
В поиске сочетания параметров эффективности и безопасности пожаротушащих веществ за последние десятилетия сменилось несколько их поколений от углекислоты и инертных газов – до хладонов. Однако в большинстве своем они обладают серьезными ограничениями по применению. Как я упоминала ранее, системы на углекислоте смертельно опасны для человека, а хладоны первого поколения запрещены во всем мире в связи с колоссальным негативным воздействием на атмосферу. А это немаловажный фактор, ведь глобальное потепление идет рекордными темпами. К примеру, ледник на горе Килиманджаро, который по подсчетам ученых должен был растаять к 2015 году, растаял уже в 2005 году

Как мы это придумали

Понимая недостатки существующих агентов для газового пожаротушения, группа ученых 3М не стала модифицировать хладоны, а направила свои усилия в совершенно новое русло. Было принято решение использовать одну из базовых технологических платформ 3М – химию перфторированных органических соединений. К слову, эта технология позволяет компании добиваться успеха в области сверхтонкой очистки различных деталей, нанесения защитных покрытий на стекло, металлы и пластик, а также охлаждения электронных устройств.
10-летний период исследовательской работы увенчался настоящим успехом – был создан и введен в международную практику новый класс газовых огнетушащих веществ – фторированные кетоны. Многочисленные тестовые испытания, проведенные ведущими мировыми организациями, специализирующимися в области пожарной безопасности, вызвали удивление у экспертов: фторкетоны оказались не только отличными огнетушащими веществами (с эффективностью аналогичной хладонам), но при этом, показали весьма положительный экологический и токсикологический профиль.

Немного скучной химии

Итак, фторкетоны. Это синтетические органические вещества, в молекуле которых все атомы водорода заменены на прочно связанные с углеродным скелетом атомы фтора. Такие изменения делают вещество инертным с точки зрения взаимодействия с другими молекулами. Почему «сухая» вода?
Novec 1230 (ФК-5-1-12) (флуорокетон С-6) представляет собой бесцветную прозрачную жидкость со слабовыраженным запахом, которая тяжелее воды в 1,6 раз и, что особенно важно — не проводит электричество. Его диэлектрическая проницаемость — 2,3 (за единицу в качестве эталона принят осушенный азот).

Выход Novec 1230 из насадка во время тушения пожара

Инновационные свойства этого огнетушащего вещества объясняются строением его шестиуглеродной молекулы, имеющей слабые связи. Они позволяют Novec 1230 быстро переходить из жидкого состояния в газообразное и активно поглощать тепловую энергию огня. Подавление пожара осуществляется за счет эффекта охлаждения (70%). Также происходит химическая реакция ингибирования пламени (30%). При этом не снижается концентрация кислорода в помещении (что важно для увеличения времени эвакуации людей из помещения). Вещество мгновенно испаряется, не вступая в химические реакции, что позволяет не наносить ущерб материалам и дорогостоящему оборудованию, а диэлектрические свойства предотвращают короткое замыкание.

Как это работает?

Другое важное свойство фторкетонов — крайне низкая растворимость в воде, которая не позволяет веществу пройти через клеточные мембраны в организм, т.е. обеспечивает их низкую токсичность и высокую теплоемкость паров, приводящую к активному охлаждению пламени и его тушению. А это значит, что люди, находящиеся в помещении в момент срабатывания системы, не подвергаются опасности. Системой пожаротушения на основе Novec 1230 оборудованы Центры управления полетами аэропортов Внуково и Кольцово, диспетчеры могут выполнять свою работу при срабатывании системы не подвергая свою жизнь риску.

Как это воздействует на человека?

Отдельно остановлюсь на таком показателе как степень безопасности пожаротушащего агента для людей. Она определяется разницей между рабочей концентрацией и предельно допустимой концентрацией. В мировой практике применяется параметр, называемый NOAEL (No Observed Adverse Effect Level — концентрация, не вызывающая вредного воздействия). Он устанавливает пороговую концентрацию веществ по кардиосенсибилизирующему и кардиотоксическому воздействию на организм. Иногда эту разницу называют запасом безопасности, который компенсирует неточности в расчете количества газового агента в системе, неравномерность распределения по объему помещения, использование повышающих коэффициентов для расчетной концентрации и другие факторы. Отрицательное значение этого параметра свидетельствует об опасности агента в рабочей концентрации после срабатывания системы.

Так, системы, использующие «инертные» газы (не поддерживающие горение), используют принцип тушения огня путем разбавления кислорода воздуха до значений, значительно ниже уровня в нормальной воздушной среде (12-13% против 21% в обычном воздухе). Это приводит к риску возникновения удушья у находящихся в помещении людей, хотя токсическим действием такие газы не обладают. Отдельно следует сказать об углекислом газе, для которого рабочие концентрации всегда являются смертельными для человека. Это связано с его физиологическим воздействием на организм при концентрациях выше 5% (для сравнения нормативная огнетушащая концентрация для СО2 составляет 35%).

Химические агенты не снижают концентрацию кислорода в помещении. Поэтому для них решающим фактором безопасности для персонала является коэффициент запаса, рассмотренный ранее. Для помещений, где по производственной необходимости могут находиться люди, пусть даже и кратковременно, следует выбирать агенты с максимальным запасом безопасности.

По-поводу экологии

Теперь об экологической составляющей огнетушащих веществ. Особенно в условиях международной интеграции и ратификации на территории РФ документов, принятых мировым сообществом. Примером может служить исполнение Россией обязательств по Монреальскому протоколу, которое привело к запрету производства, импорта и использования на территории нашей страны многих газовых огнетушащих веществ, обладающих озоноразрушающими свойствами. На очереди – сокращение выбросов агентов с высоким потенциалом глобального потепления, среди которых, большую долю занимают хладоны для пожаротушения.

Ратификация Киотского протокола в России (Федеральный закон от 4 ноября 2004 г. N 128-ФЗ «О ратификации Киотского протокола к Рамочной конвенции Организации Объединенных Наций об изменении климата») также предусматривает постепенное сокращение таких выбросов.
В 2011 году на конференции ООН по изменению климата сразу несколько стран выступили с инициативой ввести запрет на использование хладона-23 и режим строгого контроля объемов потребления и постепенного сокращения выбросов основных хладонов для пожаротушения (хладон-125, хладон-227 и др.). Такие меры жизненно необходимы, поскольку иначе удержать процесс глобального потепления в рамках, определенных учеными в качестве умеренно опасных для земного климата, просто невозможно. Результаты этих инициатив не заставили себя долго ждать: первым внедрить эти новые меры экологической безопасности решили страны Европейского Союза. В настоящее время соответствующие поправки к законодательству ЕС находятся на утверждении. На очереди и другие участники международного сообщества, ведь проблема глобальных изменений в климате нашей планеты является общей для всех стран.

При выпуске Novec 1230 в атмосферу, фторкетоны легко разрушаются в верхних слоях атмосферы под воздействием ультрафиолета, агент удаляется из окружающей среды в течение 5 суток. Отсутствует также кумулятивный эффект, свойственный хладонам, т.е. вещество не сохраняется в атмосфере десятилетиями и даже столетиями.

Для сравнения, выпуск установки газового пожаротушения (ГПТ) на основе хладона (348 кг хладона 227), равносилен выбросу в атмосферу 1 008 926 кг CO2, что сравнимо с годовым выбросом СО2 от 211 легковых автомобилей. Выпуск установки ГПТ на основе фторкетонов (401 кг Novec 1230) равносилен выбросу 401 кг CO2 (0,07 машины в год). Его также можно соизмерить с выбросом углекислого газа от жизнедеятельности одной коровы в течение одного месяца.

Именно поэтому фторкетон ФК-5-1-12 (Novec 1230) очень быстро был включен во все международные и региональные стандарты по газовому пожаротушению, составив серьезную конкуренцию старому классу агентов – хладонам, к которым накопилось немало вопросов, как у экологов, так и у специалистов по противопожарной защите.

Где можно встретить

Говоря о перечне объектов, которые можно защищать от пожара такими установками, следует иметь в виду, что по российским и международным сертификатам установками с ГОТВ Novec 1230 можно тушить возгорания твердых горючих материалов, включая бумажные архивы без доступа пожарных, легковоспламеняющихся жидкостей и оборудования под напряжением. Таким образом, покрываются практически все задачи защиты особо ценных объектов предприятия.

Установка Novec 1230

Сейчас прорабатывается вопрос сертификации агента для тушения пожаров класса C (т.е. горючих газов) — последний вариант из возможных. При этом создание специальных условий для оборудования не требуется — установки могут эксплуатироваться при температурах от минус 20°С до плюс 50°С. Это требования к условиям расположения самих баллонов. В помещении, куда производится выпуск, температура может существенно отличаться от приведенных значений, как в меньшую, так и в большую сторону. Есть примеры использования систем на объектах в условиях сурового климата, в этом случае модули системы устанавливаются в теплоизолированный отсек.
Подводя итог вышесказанному, можно констатировать, что окончательный выбор агента пожаротушения зависит от критериев, важных для каждого из нас: эффективность и стоимость, соответствие нормативно-техническим стандартам, безопасность для человека и окружающей среды. Именно этими критериями и руководствовались ученые компании 3М, создавая фторкетон Novec1230.

Мечта любого программиста 🙂

• Поделитесь мнением, удалась ли нам пилотная статья?
• Интересно ли вам узнать больше о компании 3М и других ее продуктах?

UPD1:
Спасибо хабраюзеру Aquahawk за напоминание про обзор из передачи «Галилео», изначально решили не добавлять, чтобы не захламлять статью.

UPD2:
Поскольку большое количество вопросом и комментариев связано с приобретением этого продукта на разлив в розницу, хотели бы пояснить более детально специфику его применения.

Novec 1230 был разработан как газовый агент для тушения пожаров в помещениях, в своем рабочем виде он находится в составе системы, которая включает в себя так же баллоны, трубную разводку, насадки. В связи с этим поставки и фасовка этого вещества происходит оптовыми партиями производителям оборудования, которыми могут выступать как Российские компании, так и международные, имеющие представительства в РФ. Они занимаются реализацией проектов по установке систем «под ключ» конкретно на объекпро ты заказчика.
Так как у продукта отсутствует бытовое применение, мы не имеем возможности продавать его в розницу или на разлив.

Здесь вы можете более детально и наглядно увидеть все этапы проектирования и установки системы.

Если у Вас есть желание увидеть вещество в живую, вы всегда можете посетить наш технический семинар или приехать в наш офис и мы продемонстрируем его вам!