Новый взор на структуру и аномальные характеристики воды
Новый взор на структуру и аномальные характеристики воды
А.А.Гришаев, независящий исследователь
1. Введение.
Считается, что аномальные характеристики воды – завышенные температуры плавления и кипения, большая диэлектрическая проницаемость, способность к образованию ассоциатов, и др. – обоснованы наличием т.н. водородных связей меж молекулами воды [1-3]. Но что такое водородная связь? Считают, что атом водорода в молекуле воды, оставаясь химически присоединён к собственному атому кислорода, способен образовать слабенькую связь с атомом кислорода другой молекулы воды. Схематически, таковой водородный мостик обозначают
О – Н ??? О,
где штришок значит хим связь, а троеточие – слабенькую. Структура льда [1-3], как считают, построена на таких водородных мостиках. В обыкновенном гексагональном льду (лёд I, при атмосферном давлении) простая кристаллическая ячейка имеет тетрагональную симметрию: центральная молекула воды окружена 4-мя примыкающими молекулами, которые находятся в верхушках тетраэдра. Считается, что на центральную молекулу приходится четыре водородные связи, две из которых порождаются 2-мя «своими» атомами водорода, а две других – 2-мя «чужими». Малая плотность льда обоснована большой длиной водородных мостиков: расстояния меж ядрами кислорода составляют 2.76 Ангстрем при длине ОН-связи 0.96 Ангстрем [1].
Разумного разъяснения парадокса водородной связи не дают ни «электростатическая» модель Полинга, ни способ молекулярных орбиталей (см., к примеру, [4,5]). Разъяснение межатомных связей с позиций электростатики несуразно [6] – в согласии с аксиомой Ирншоу: «устойчивая статическая конфигурация электронных зарядов невозможна» [7]. Действие этой аксиомы распространяется, разумеется, и на совокупы атомов либо молекул, в каких электроны представляют размазанными по т.н. электрическим тучам. Что все-таки касается способа молекулярных орбиталей, то он ровненьким счётом ничего не разъясняет: он только обрисовывает молекулярные соединения – причём, не только лишь имеющиеся, но, с неменьшим фуррором, и «не существующие» [8].
Таким макаром, в рамках обычных представлений не находит разъяснения парадокс длинноватых связей меж молекулами воды – а ведь этими длинноватыми связями почти во всем определяются аномальные характеристики воды, и, фактически, стопроцентно определяется структура льда. В данной статье мы хотим предложить физическую модель, которая, на наш взор, приоткрывает тайну этих длинноватых связей.
2. Нужные подготовительные замечания.
Как мы излагали ранее [9], каждый атомарный электрон связан только с одним подходящим ему протоном ядра. Причём, кулоновское взаимодействие не играет тут никакой роли: атомарная связка «протон-электрон» формируется благодаря попеременным прерываниям квантовых пульсаций на электрической частоте [10] у электрона и протона – из-за чего они обязаны находиться на определённом расстоянии друг от друга [11]. Так как их заряды при всем этом оказываются в бытии попеременно, то отпадает необходимость в механизме, препятствующем их кулоновскому притяжению – и атомарный электрон не должен пребывать в орбитальном либо ином движении для того, чтоб атомная структура была устойчивой.
Потому мы не разделяем ни резерфордовский подход, согласно которому атомарные электроны обращаются вокруг ядра, ни квантово-механический подход, согласно которому они размазаны по электрическим тучам. Мы полагаем, что каждый атомарный электрон пребывает в персональной области удержания, в какой на него действует связывающий метод. Эта область удержания имеет, по-видимому, шаровую форму и размер, на порядок наименьший расстояния от ядра. Мы привели свидетельства [12] о том, что расстояние меж электроном и протоном в атомарной связке не возрастает при возникновении у этой связки энергии возбуждения. Т.е., атомный радиус не находится в зависимости от того, возбуждён атом либо нет – будучи всегда таким, каковой он в главном состоянии.
Хим же связь, как мы излагали ранее [6], вероятна при перекрытии областей удержания 2-ух валентных электронов [9], принадлежащих тому и другому связуемым атомам. Хим связь представляет собой повторяющийся процесс [6], при котором любой из этих электронов переключается из состава 1-го атома в состав другого.
По логике нашей модели хим связи, атом кислорода, имеющий два валентных электрона, может химически присоединить менее 2-ух атомов водорода – причём, в направлениях 2-ух задействованных валентностей кислорода, на периферии получившейся молекулы воды будут находиться два «голых» протона.
3. Модель длинноватой связи меж молекулами воды.
Длина ОН-связи, т.е. расстояние меж ядром кислорода и «голым» протоном, в молекуле водяного пара составляет 0.96 Ангстрем [1]. Данная величина, фактически, равна сумме атомных радиусов кислорода и водорода. Длина же водородных связей во льду, т.е. расстояние меж ядрами кислорода, составляет 2.76 Ангстрем [1] – что, фактически, в три раза (!) больше длины ОН-связи. Эта троекратность и дала подсказку нам версию механизма длинноватых связей меж молекулами воды.
Такая связь, на наш взор, осуществляется не через одну группу ОН, как это принято считать, а через две, принадлежащие той и другой связуемым молекулам воды – как это схематически показано на Рис.1. При таковой конфигурации существует возможность связки 2-ух молекул воды, если расстояние меж «голыми» протонами из задействованных групп ОН как раз равно длине ОН-связи.
Рис.1
Вправду, в нашей модели хим связи [6], встречные переключения валентных электронов – из состава 1-го атома в состав другого – упорядочиваются повторяющимися перебросами кванта возбуждения из 1-го атома в другой. В критериях термического равновесия, более возможная энергия этого кванта соответствует максимуму сбалансированного диапазона, т.е. составляет 5kT, где k – неизменная Больцмана, T – абсолютная температура. Перебросы кванта возбуждения автоматом управляются Навигатором квантовых перебросов энергии [13]. Роль Навигатора при формировании хим связи тщательно описана в [6]. По логике «цифрового» физического мира [14], Навигатор сканирует место вокруг возбуждённого атома в поисках атома-адресата, которому может быть переброшена энергия возбуждения: от ядра возбуждённого атома начинает расходиться сферическая «поисковая» волна. У первого же атома, который накрывает эта волна, возникает шанс стать получателем энергии возбуждения. При обыкновенной хим связи, таким получателем оказывается – с вероятностью, близкой к единице – ближний сосед, потому квант возбуждения может неограниченно длительно перекидываться из 1-го из связуемых атомов в другой, и назад. Ситуация же, изображённая на Рис.1, несколько другая. Когда в задействованной группе ОН возбуждён атом водорода, то поисковая волна, расходящаяся от его ядра, т.е. от протона, фактически сразу накрывает как ядро атома кислорода из собственной группы ОН, так и ядро атома водорода из чужой группы ОН. Потому вероятности переброса кванта возбуждения как собственному атому кислорода, так и чужому атому водорода – фактически схожи. Таким макаром, существует настоящая возможность переброса кванта из одной группы ОН в другую – и потому очень возможен процесс повторяющихся перемещений кванта «туда-сюда» повдоль всей цепочки О–Н…Н–О. Этот процесс, способный продолжаться неопределённо длительно, и порождает, на наш взор, длинноватую связь меж молекулами воды.
Может показаться непривычным, что сам по для себя повторяющийся обмен квантом возбуждения у пары атомных групп способен оказывать на эту пару механически стабилизирующее действие. Наверняка, в особенности не по привычке это покажется тем теоретикам, для которых полностью привычна ковалентная связь «на обменной энергии» — т.е. на чисто математическом трюкачестве [6]. Но о том, что вышеизложенная модель длинноватой связи физична, и что повторяющиеся перебросы кванта возбуждения могут оказывать механическое связывающее действие на молекулы, свидетельствует узнаваемый красивый опыт. В кювету с оптически нелинейной жидкостью, к примеру, с нитробензолом, направляют лазерный луч – так, чтоб он проходил параллельно поверхности воды на маленький глубине. Интенсивность лазерного луча должна быть таковой, чтоб произошла нелинейная сточная канава энергии, т.е. чтоб образовался «световод» в воды. После чего, при помощи вентилятора обдувают поверхность воды, пуская по ней волну. И эта волна принуждает волнообразно изгибаться «световод», по которому идёт лазерный луч!
Не будем упускать из виду, что модель длинноватой связи кардинально расползается с моделью водородной связи в вопросе о структуре связывающего мостика. Согласно модели водородной связи, «на каждой полосы кислород-кислород находится только один атом водорода» [1], тогда как модель длинноватой связи гласит о 2-ух атомах водорода меж 2-мя связуемыми атомами кислорода (см. Рис.1). Какая из этих моделей лучше согласуется с тестом, т.е. с плодами структурных исследовательских работ?
4. Структура льда по данным нейтронографии.
В работе [15] исследовалась структура монокристалла тяжёлого льда (D2O, при температурах –50оС и –150оС) способом рассеяния на нём нейтронов с энергией, эквивалентной длине волны 1.062 Ангстрем. Конфигурация атомов в тяжёлом льду, фактически, схожа их конфигурации в обыкновенном льду (Н2О), тогда как рассеяние нейтронов на ядрах дейтерия эффективнее, чем на ядрах водорода – что даёт возможность получить более высококачественные картины рассеяния.
Анализ этих картин отдал конфигурацию простой кристаллической ячейки, которую мы воспроизводим на Рис.2. Мы лицезреем, что опыт чётко свидетельствует о 2-ух более возможных положениях ядер дейтерия на каждой полосы кислород-кислород – что полностью соответствует структуре длинноватой связи, схематически изображённой на Рис.1. Но, явна невозможность стационарных длинноватых связей через пару атомов дейтерия либо водорода, так как этих атомов требовалось бы в два раза больше, чем следует из хим состава воды. Создатели [15] считали, что их результаты подтвердили модель водородной связи, через один атом водорода – который может находиться в 2-ух положениях: поближе или к одному атому кислорода, или к другому. Но так как эти два положения оказались равновероятными, создатели гласили об «усреднённой структуре льда», а которой «полу-атом водорода находится в каждом из 4N положений, содержащихся в упаковке из N атомов кислорода» [15] (перевод наш), и на своём рисунке (Рис.2) они обозначили малым кружком «полу-атом дейтерия». Но, как нам понятно, до сего времени не предложена модель, которая разъясняла бы – что должно происходить на молекулярном уровне во льду, чтоб, на полосы каждой связи О…О через один атом водорода, для него имелось бы два равновероятных положения.
Рис.2
Меж тем, эту загадку разрешает вышеизложенная модель длинноватой связи О–Н…Н–О. Но, как ранее говорилось выше, в воде не хватит атомов водорода для того, чтоб длинноватые связи во льду были стационарными. Тогда можно допустить, что, на каждый момент времени, длинноватыми связями во льду связана только часть пар соседствующих атомов кислорода – т.е., что длинноватые связи являются переключаемыми. Другими словами, межмолекулярная структура воды в конденсированном состоянии (водянистом либо твёрдом) является динамической. Этот вывод, который оказывается умопомрачительно плодотворным, является, на наш взор, следствием динамичности структур самих молекул воды – когда вода находится в конденсированном состоянии.
5. Динамичность структур молекул воды в конденсированном состоянии.
Обычно считается, что структура молекулы воды «нерушима» — в границах припаса стойкости, который обеспечивается 2-мя стационарными хим связями в этой молекуле. Вправду, молекулы Н2О в водяном паре ведут себя как статические структурные образования – тут нет места для какой-либо динамики их структуры. Но в конденсированных состояниях – которые вероятны только при количествах соседствующих молекул воды, огромных чем некое критичное – молекулы воды обязаны иметь дополнительную степень свободы.
Мы полагаем, что эта дополнительная степень свободы обоснована особенным, динамическим, режимом у атомов кислорода. А конкретно: четыре самые длинноватые связки «протон-электрон» у кислорода переводятся из состояния невалентных в состояния валентных поочерёдно – так, что валентными, на хоть какой момент времени, являются какие-либо две из их. Ранее [16] мы гласили об аналогичном парадоксе – повторяющихся переключениях направленных валентностей у атомов металлов. Но у атома металла эти переключения, как нам представляется, имеют место независимо от его агрегатного состояния, а частоты этих переключений зависят только от температуры [17]. У атомов же кислорода в молекулах воды, как мы полагаем, переключения направленных валентностей имеют место только при конденсированных состояниях.
Каковы оказываются следствия этих переключений направленных валентностей? Если кислородная связка «протон-электрон», к которой химически присоединён атом водорода, перестаёт быть валентной, то хим связь в этой группе ОН немедля «отключается», что делает вероятным отсоединение атома водорода без каких-то энергозатрат. В критериях близкого соседства молекул воды, этот атом будет изъят и присоединён к одному из примыкающих атомов кислорода – через одну из его свободных связок «протон-электрон», которая вновь стала валентной. Этот процесс перехода атома водорода в состав примыкающей молекулы воды должен происходить за свойственное «химическое» время, т.е. за ~10-12-10-11 с. Таким макаром, вода в конденсированном состоянии предстаёт пред нами не в виде механического конгломерата молекул, имеющих постоянный атомный состав, как это обычно представляют – а в виде бурлящей на молекулярном уровне среды, в какой любая молекула часто обменивается атомами водорода с соседями.
По логике вышеизложенного, длинноватые связи вероятны меж теми молекулами воды, у каких атомы водорода из их групп ОН оказываются на расстоянии, приблизительно равным длине ОН-связи. Кристаллическая структура на таких связях вероятна только при чёткой согласованности частот и порядка переключений направленных валентностей у атомов кислорода, в итоге чего молекула воды практически всё время имеет длинноватые связи с 2-мя соседями. В водянистой же воде отсутствует кристаллическая упорядоченность переключений длинноватых связей – мы полагаем, что тут допустимы длинноватые связи, у каких цепочка атомов О–Н…Н–О не непременно вытянута «в струночку». А конкретно, тут допустимы «ломаные» цепочки длинноватых связей, как это схематически изображено на Рис.3.
Рис.3
Как можно созидать, расстояния меж атомами в верхушках этих «ломаных» остаются прежними, и вышеперечисленный механизм повторяющихся перемещений кванта возбуждения «туда-сюда» по цепочке О–Н…Н–О никак не осложняется. Тут и прячется, на наш взор, основная причина различий структур льда и воды: длинноватые связи нестационарны, переключаемы, но во льду они «вытянуты в струночку», а в воде они могут быть «ломаными». Этим отменно разъясняется то, что вода, по сопоставлению со льдом, имеет несколько огромную плотность и несопоставимо огромную текучесть.
6. Присущи ли воде сокрытые теплоты фазовых перевоплощений?
Вышеизложенная модель кардинально расползается с обычным подходом – согласно которому, жидкое состояние воды отличается от твёрдого тем, что в водянистом состоянии «часть водородных связей разорвана». Так, Полинг для количества разорванных водородных связей в воде получил расчётную цифру 15% [1], взяв за базу теплоту сублимации льда. Казалось бы, таковой подход корректен, так как считается, что, конкретно благодаря водородным связям, у льда и воды аномально значительны теплоты сублимации, плавления и испарения.
Но заметим, что теплота сублимации тут является не экспериментальной величиной – она принята равной сумме теплот плавления и испарения. Плавление же, как и замерзание воды, происходят при неизменной характеристической температуре. Как можно измерить сокрытую теплоту такового процесса? В калориметрическом способе измеряемой величиной является приращение температуры буфера. Но это приращение равно нулю, если исследуемый процесс протекает изотермически. Нас пробуют уверить в том, что, к примеру, для процесса плавления, невзирая на его изотермичность, требуется тепло из среды – это, типо, и есть сокрытая теплота плавления. Но вот обычный пример: во внутреннем стаканчике калориметра находятся вода и лёд – в термическом равновесии с буфером. При достижении точки ликвидуса, фазовое равновесие меж льдом и водой нарушается. Если дальше тепло для таяния льда будет заимствоваться из буфера, то температура буфера понизится – и, как следует, поток тепла «на таяние» закончится. Меж тем, при термическом равновесии консистенции вода-лёд с буфером, в критериях даже малого превышения точки ликвидуса, лёд растает весь. Откуда же он возмет в долг тепло в данном случае?
Природные явления дают ещё более поразительные указания на то, что с теплотами фазовых перевоплощений воды – что-то не так. Разглядим, что должно происходить при образовании льда на открытых водоёмах – если замерзание воды сопровождается выделением теплоты плавления. Лёд наращивается снизу, а теплопроводимость у льда на два порядка ужаснее, чем у воды – потому, фактически, вся нареченная «теплота» должна выделяться в воду подо льдом. Запишем уравнение термического баланса; справочные величины таковы: теплота плавления льда – 330 кДж/кг, плотность льда – 900 кг/м3, удельная теплоёмкость воды – 4.19 кДж/(кг?град), плотность воды – 1000 кг/м3. И получим, что образование слоя льда шириной 1 мм вызывало бы нагрев прилегающего слоя воды шириной 1 мм на 70 градусов, а слоя в 0.5 мм – на 140 градусов (правда, уже при 100оС началось бы кипение). Мы тут не учитывали конвекцию: в интервале от 0о до 4оС, более тёплая вода опускается, а более прохладная подымается. Но, даже в критериях таковой конвекции, при наличии на поверхности воды источника тепла имел бы место соответственный градиент температуры: у поверхности вода была бы теплее. В реальности же, обычный арктический профиль температуры в воде подо льдом чётко указывает: контактирующая со льдом вода имеет температуру, близкую к точке замерзания, а, по мере роста глубины (в границах некого слоя), температура возрастает [18] – что свидетельствует об отсутствии потока тепла в воду от льда, даже от возрастающего. Океанологи издавна увидели этот феномен, потому они ухватились за успокаивающий их тезис о том, что «тепло кристаллизации… следуя направлению градиента температуры, уходит через лёд в атмосферу» [18]. Неуж-то океанологи не знают, что теплопроводимость у льда на два порядка ужаснее, чем у воды?
Кстати, не непременно отчаливать в Арктику, чтоб убедиться в отсутствии выделения тепла при замерзании воды. В телепередаче «Разрушители легенд» показывали последующий красивый опыт. Из холодильника берётся бутылка переохлаждённого водянистого пива. Шлепок по этой бутылке – и пиво в ней за несколько секунд леденеет в ледяные хлопья. При всем этом бутылка остаётся прохладной – испытано! Куда же тогда девается «тепло кристаллизации»?
Сейчас разглядим испарение воды и допустим, что для её испарения требуется заимствование тепла из окружения – а именно, из остающейся воды, которая ещё не улетучилась. В пользу остывания воды при испарении с её поверхности, приводят узнаваемый пример с измерителем влажности воздуха, на базе 2-ух схожих термометров, у 1-го из которых шарик со ртутью обмотан увлажненной тряпкой. При испарении воды с этой тряпки, увлажнённый указатель температуры указывает наименьшую температуру, чем сухой. Но является ли эта разность показаний свидетельством о правильности справочного значения теплоты испарения воды? Это значение составляет 2450 кДж/кг [19], если пренебречь слабенькой температурной зависимостью в спектре от 0о до 100оС. Пусть влажность воздуха невелика, и испарение происходит активно. Будем считать, что только половина тепла, требуемого на испарение, приобретается за счёт остывания остающейся воды (а 2-ая половина – за счёт остывания окружающего воздуха). Пусть некое начальное количество воды находится при некой стартовой температуре. Какая часть от начального количества воды должна улетучиться, чтоб оставшаяся часть охладилась до 0оС? Ответ представляет нижняя зависимость на Рис.4. Можно сделать возражение, что испарение происходит не одномоментно – при всем этом охлаждается и та вода, которая ещё успеет улетучиться. Допустим, что это так, и переформулируем задачку: какая часть воды должна улетучиться, чтоб, на термическом эффекте этого перехода, вся начальная вода могла бы охладиться до 0оС? Ответ представляет верхняя зависимость на Рис.4. Эта верхняя зависимость, в рамках сформулированной задачки, даёт завышенные числа, а нижняя зависимость – заниженные; «правильные» числа должны находиться кое-где меж этими 2-мя зависимостями. Но эти «правильные» числа совсем неадекватны реалиям, ведь обычно разность показаний сухого и увлажнённого термометров составляет всего-то единицы градусов – причём после того, как эта разность стабилизируется, она, фактически, не меняется до конца испарения воды. Означает, эта разность гласит никак не о правильности справочного значения теплоты испарения воды.
Рис.4
Но каковой тогда механизм остывания увлажненной тряпки? Выше (п.5) упоминалось о том, что жидкое состояние воды может быть только при наличии довольно огромного коллектива её молекул. В процессе испарения воды с тряпки, уменьшаются размеры остающихся микрокапель – и мы полагаем, что при достижении микрокаплей некого критичного размера, происходит её скачкообразный переход в парообразное состояние. Можно сказать, что происходит взрывное испарение микрокапли, с резким расширением получившихся водяных паров – а, при расширении газа, он, как понятно, охлаждается.
Приведённые выше примеры иллюстрируют, к каким противоречиям с практикой мы приходим, если брать за базу справочные значения теплот плавления и испарения воды. На наш взор, эти теплоты являются фикцией: фазовое перевоплощение происходит при характеристической температуре, но заимствованием либо отдачей тепла оно не сопровождается. Этот тезис полностью согласуется с моделью длинноватых связей в воде (п.3). Вправду, модель длинноватых связей является развитием нашей модели хим связи [6] – согласно которой, энергия хим связей, как отдельная форма энергии, не существует [20].
7. Какова причина не нормальных электронных параметров воды?
Считается, что часть молекул водянистой воды диссоциирована на ионы гидроксила ОН- и водорода Н+. Измерения константы диссоциации дают, что в незапятанной воде при 0оС концентрация тех и других ионов составляет 3.38?10-8 от концентрации молекул воды, а при 100оС эта цифра составляет 7.7?10-7 [21], т.е. на интервале температур в 100о концентрация ионов меняется практически в 23 раза. Каковой механизм этой диссоциации на ионы ОН- и Н+?
Уточним, что речь ведут о всеполноценных ионах: молекула воды, типо, диссоциирует таким макаром, что атом водорода оставляет собственный электрон в группе ОН. Могут ли ионы ОН- и Н+ в воде быть результатом термический диссоциации? Энергия диссоциации молекулы воды на нейтральные радикалы ОН и Н составляет 116 ккал/моль [22], либо 5.0 эВ. Энергию диссоциации на ионы ОН- и Н+ мы не отыскали в литературе – но она, разумеется, больше энергии диссоциации на нейтральные радикалы. Тогда, термическая диссоциация могла бы дать отношение концентраций ионов и нейтральных молекул, которое, по Больцману, заранее меньше, чем exp{-5.0эВ/kT} – что при комнатной температуре составляет e-192»4.1?10-84. Запредельная малость этой величины гласит о том, что механизм диссоциации молекул воды на ионы ОН- и Н+ не является термическим. Не является он и радиационным – о чём свидетельствует температурная зависимость концентраций этих ионов. Но тогда каковой же этот механизм? Не гласить же всерьёз о том, что вода является так универсальным растворителем, что малость растворяет даже саму себя!
Как отмечалось выше (п.5), любая молекула воды, обмениваясь атомами водорода с соседями, повсевременно испытывает циклические диссоциации-рекомбинации. Следует добавить один штришок, чтоб дополнить эту картину сопутствующими электронными парадоксами. Мы полагаем, что переключения направленных валентностей в атоме кислорода выполняются в такие моменты времени, когда в связке «протон-электрон», валентность которой «отключается», в термическом бытии находится электрон – в итоге эта связка на некое время «зависает» в состоянии, имитирующем наличие нескомпенсированного отрицательного простого заряда. Атом водорода, как отмечалось выше, без каких-то энергозатрат отделяется от кислородной связки «протон-электрон», потерявшей статус валентной. Но эта связка имитирует отрицательный простый заряд – потому сходу после того, как электрон водорода покинет область удержания электрона кислорода, атом водорода проиндуцирует обратный, т.е. положительный зарядовый разбаланс. В этом состоянии – с «зависшим» в термическом бытии протоном – атом водорода будет проявлять себя как протон (такое «зависание» перекрывает возможность колебаний зарядового разбаланса, т.е. перекрывает возможность возбуждения атома [12]. Этим можно разъяснить, почему у воды, кишащей атомарным водородом, отсутствуют водородные спектральные полосы поглощения-излучения – а именно, вода прозрачна в видимом спектре). Обрисованная картина значит, что вода практически кипит электричеством: повсевременно происходит полная диссоциация-рекомбинация молекул, причём они диссоциируют на частички, несущие обратные электронные заряды. Благодаря этому тотальному ауто-гидролизу воды и вероятен её т.н. электролиз, причём даже при напряжениях меж электродами в единицы вольт. Для сопоставления: «электролиз», к примеру, бензина вероятен только при достижении пробивного напряжения. Воду можно рассматривать как водянистую плазму, но следует подразумевать, что электронные заряды в этой плазме являются проимитированными – будучи обоснованы надлежащими зарядовыми разбалансами – и что времена жизни этих электронных зарядов невелики, будучи сравнимы с соответствующим хим временем (п.5). На наш взор, конкретно наличие этих зарядов в воде обусловливает аномально высшую (»80) диэлектрическую проницаемость воды в неизменном поле (в переменном поле данная величина стремительно миниатюризируется при увеличении частоты).
Малость времён жизни этих зарядов разъясняет, почему классическими способами исследования не находится полная диссоциация молекул воды на радикалы Н[+] и OH[-], где квадратные скобки означают, что заряд проимитирован через статический зарядовый разбаланс. Так, при исследовательских работах электропроводности воды, успевают проявить себя только радикалы Н[+] и OH[-], находящиеся в тончайших приэлектродных слоях, что и порождает иллюзию ничтожности концентраций ионов ОН- и Н+ в воде – ведь эти ионы числятся долгоживущими. И, в рамках обычного подхода, не находит разумного разъяснения факт аномально высочайшей подвижности «долгоживущих» ионов Н+ в воде и во льду – причём, «во льду подвижность протонов приблизительно в 100 раз больше, чем в водянистой воде» [23]. Это смотрится так, будто бы «протон, подходя с одной стороны к цепочке молекул воды, связанных водородной связью, вызывает возникновение свободного протона с другой стороны цепочки» [23]. Создатели [4], не вдаваясь в подробности, молвят, что «миграция протона повдоль Н-связей происходит за счёт сравнимо резвого туннельного эффекта». Это сказочное разъяснение нас не устраивает. По логике вышеизложенного, за резвую миграцию протона в воде и в особенности во льду неверно принимают итог цепочки поочередных переформирований составов молекул. «Лишний протон» врубается в состав молекулы, отчего другой протон оказывается «лишним», и т.д. В конечном итоге протон, который «появился» в конце этой цепочки – это далековато не тот же протон, который «исчез» в её начале.
8. Чем обоснована хим злость воды?
Обычно считается, что хим злость водянистой воды, а именно, её высочайшая растворяющая способность, обоснована электростатическим действием электронных диполей, каковыми являются молекулы воды. Эти диполи, типо, разворачиваясь к атомам растворяемого вещества теми либо другими своими полюсами, практически растаскивают это вещество на ионы.
Мы уже проиллюстрировали ранее: допущение того, что молекула может держаться на электростатическом притяжении ионов, приводит к абсурдным выводам [6]. Более абсурдно, на наш взор, допущение того, что молекула может быть разорвана на ионы электростатическим действием дипольных молекул. Достоверно понятно: чтоб заряженная частичка ионизировала вещество, она обязана иметь некую пороговую энергию. У электронного диполя ионизирующая способность еще ужаснее, чем у заряженной частички, так как деяния обратных зарядов диполя отчасти компенсируют друг дружку. Остаётся возможность столкновительного развала вещества на ионы – но этим, термическим, механизмом не разъяснить высшую растворяющую способность воды.
Меж тем, эта высочайшая растворяющая способность прямо следует из вышеизложенной модели – согласно которой, вода кишит радикалами ОН[-] и Н[+], имеющими свободные валентности. Правда, времена жизни этих свободных валентностей сравнимы с соответствующим хим временем (п.5) – но этого довольно для образования хим связей с атомами контактирующего вещества – если такая возможность имеется.
Вот, к примеру: как происходит аква коррозия чёрных металлов? Странноватым образом, в учебниках по физической химии [21,24] эта коррозия трактуется как химическая – через образование гальванической пары металлов и растворение того из их, который имеет более положительный потенциал. Но даже малыши знают, что, при контакте с водой, железо обычно не растворяется, а преобразуется в ржавчину. В школе детям разъясняют, что ржавчина – это гидроокись железа, т.е. итог хим реакции. А откуда берётся кислород при образовании этой гидроокиси? «Из воздуха, конечно», — отвечают теоретики. Но понятно, что «при неравномерной аэрации посильнее всего корродируют участки, куда доступ кислорода затруднён, к примеру подводные части железных сооружений…» [24]. Не значит ли это, что для аква коррозии железа не требуется дополнительный кислород – не считая того, который заходит в хим состав воды?
По правде, разглядим, что происходит при контакте 2-ух сред, имеющих динамические структуры: металла, атомы которого испытывают циклические переключения направленных валентностей [16], и воды, кишащей радикалами ОН[-] и Н[+], которые имеют свободные валентности. Как отмечалось в [16], хим активность незапятнанных непассивированных поверхностей металлов обоснована тем, что у поверхностных атомов временно валентными временами оказываются связки «протон-электрон», направленные наружу – эти связки просто образуют хим связи с радикалами наружной среды, также имеющими свободные валентные связки. Потому радикалы ОН[-] и Н[+] должны просто «садиться» на валентные связки атомов металла, замыкая их всех на себя и равномерно исключая атомы металла из состава динамической кристаллической решётки – и, таким макаром, сформировывать конгломерат гидроокиси. Подчеркнём, что хим структура этой гидроокиси является динамической: каждый атом металла в ней продолжает испытывать циклические переключения направленных валентностей, и потому он может создавать хим связи с окружающими его несколькими аква радикалами только поочерёдно.
Сейчас мы можем объяснить, почему эффективен способ защиты от коррозии средством отрицательного потенциала на защищаемом изделии – или через создание гальванической пары с «жертвенным анодом», или через подключение к «минусу» источника неизменного напряжения. Отрицательный потенциал позволяет вести взаимодействие с изделием радикалам Н[+], но не ОН[-] – потому возможность образования гидроокиси исключается.
9. Как проводят ток водные смеси электролитов?
Электролитами именуют соли, кислоты и щёлочи, водные смеси которых проводят электронный ток (время от времени, ради сокращенности, так именуют сами эти смеси) [21]. Считается твёрдо установленным, что электронный ток через раствор электролита обоснован движением ионов обратного знака, на которые диссоциировано растворённое вещество. Каждый таковой ион считается окружённым гидратной оболочкой, которая уменьшает его подвижность, но неоспоримым считается факт, что в центре этой гидратной оболочки находится настоящий ион – к примеру, в растворе поваренной соли это или ион Na+, с одним потерянным электроном, или ион Cl-, с одним добавленным электроном.
Правильность этих представлений, как считают, надёжно доказана тем фактом, что, к примеру, продукты гидролиза соли, т.е. металл и остаток, при прохождении неизменного тока движутся к обратным электродам: металл осаждается на катоде, а остаток выделяется на аноде. Причём, строго производится закон Фарадея: количества выделившихся на электродах товаров гидролиза определяются только количеством электричества, прошедшего через раствор электролита.
Но, эти классические представления обходят молчанием вопрос о механизме гидролиза, который разрывал бы растворяемое вещество не на нейтральные радикалы, а конкретно на ионы. Так, чтоб производился закон Фарадея для смесей солей алюминия, атомы алюминия там должны быть три раза ионизированы. Энергии связей трёх наружных электронов алюминия есть 5.98, 18.82 и 28.44 эВ [25], что в сумме составляет 53.24 эВ. Это страшная, по хим меркам, величина. Тройная ионизация алюминия не может быть обеспечена растаскиванием молекулы соли дипольными молекулами воды. На это теоретики молвят, что алюминий три раза ионизирован уже в молекуле соли, а молекулы воды растаскивают «готовые» ионы. А почему же эти «готовые» ионы не воссоединяются в растворе? Теоретики отвечают, что ионам мешают воссоединяться их гидратные оболочки. Но этот тезис, на наш взор, не выдерживает критики. Вправду, напряжённость электронного поля иона, ослабленная гидратной оболочкой в 80 раз (это значение диэлектрической проницаемости воды) даже на расстоянии 0.1 m от иона составляет 10-ки киловольт на метр, а ток в электролитической ванне начинает течь при разности потенциалов меж электродами в единицы вольт, т.е. при напряжённостях поля наименее 1-го вольта на метр. Выходит, что гидратные оболочки сводят на нет сильное кулоновское притяжение ионов друг к другу, но никак не сводят на нет их еще более слабенькое притяжение к электродам. Это противоречие свидетельствует о некорректности представлений о том, что продукты гидролиза электролитов являются всеполноценными ионами.
Напротив, мы полагаем, что молекулы электролитов не содержат «готовых ионов», и что продукты гидролиза этих молекул имеют в собственных составах однообразные количества носителей отрицательного и положительного простых зарядов. Действенные же заряды в смесях электролитах возникают в итоге взаимодействия товаров гидролиза с химически брутальной средой, кишащей радикалами ОН[-] и Н[+].
Так, соли металлов химически неустойчивы (и гигроскопичны), на наш взор, из-за повторяющихся переключений направленных валентностей у атомов металла [16]. Пусть у поверхностного атома металла Ме направленная наружу свободная связка «протон-электрон» становится валентной, и в ней начинаются термические колебания зарядового разбаланса [9]. Когда в этой связке доминирует отрицательный заряд, он притягивает радикалы Н[+] – которые разворачиваются к атому металла своими протонами, но не электронами, и потому образование хим соединения МеН маловероятно. Когда же в той связке доминирует положительный заряд, он притягивает радикалы ОН[-] – которые разворачиваются к атому металла своими свободными электронами, и образование хим соединения МеОН очень возможно. При образовании этого соединения, статический зарядовый разбаланс у радикала ОН[-] теряется; на временах усреднения, огромных по сопоставлению с периодом термических колебаний, соединение МеОН ведёт себя как электрически нейтральное. Но заметим, что поблизости МеОН остаётся радикал Н[+], заряд которого оказывается нескомпенсирован. Мы разглядели случай одновалентного металла; если же металл, скажем, трёхвалентен, то рядом с соединением Ме(ОН)3 должны находиться три радикала Н[+]. Любая связь Ме–ОН существует недолго, до утраты статуса валентной у задействованной связки «протон-электрон» атома металла – потому металло-гидроксильное соединение обязано иметь динамическую структуру. Но, в итоге, будет формироваться динамический гидратный комплекс с действенным зарядом, порождаемым радикалами Н[+] – в количестве, равном валентности металла. Этими гидратными комплексами, на наш взор, и обеспечивается отменная электропроводность аква смесей солей металлов.
Что касается растворения в воде кислот и щелочей, то в первом случае в растворе оказывается лишнее количество радикалов Н[+], а во 2-м – радикалов ОН[-]. Благодаря этим сдвигам электронного равновесия, на наш взор, неплохую электропроводность имеют водные смеси кислот и щелочей.
Сейчас мы можем объяснить ситуацию со спиртами и сахарами, молекулы которых содержат радикалы ОН и Н и отлично растворяются в воде – но эти смеси плохо проводят электронный ток. Дело в том, что при растворении спиртов и сахаров образуются однообразные количества радикалов ОН[-] и Н[+] – что, в определениях гидролиза, эквивалентно добавлению незапятанной воды.
10. В чём секрет парадокса структурированности воды?
По логике вышеизложенного, парадокс структурированности воды никаким образом не сводится к наличию в ней квазиустойчивых молекулярных ассоциатов, которые «держатся» на стационарных межмолекулярных связях – так как, как мы попытались показать, длинноватые связи в воде являются принципно переключаемыми. На наш взор, разгадка структурированности воды связана со специфичной упорядоченностью переключений длинноватых связей и с сопутствующими электронными эффектами.
Чуть ли можно колебаться в том, что в монокристалле льда частота и порядок переключений длинноватых связей заданы очень жёстко – по другому поддержание кристаллической структуры льда было бы проблематично. В водянистой же воде допускается некая «гибкость» этих переключений – и, как итог, вероятна адаптация динамической структуры к специфичным молекулам либо радикалам.
Структурированность воды, которая появляется при контакте с такими молекулами либо радикалами, можно именовать принужденной. Так, в металло-гидратном комплексе (п.9) каждое переключение направленной валентности у атома металла приводит к нейтрализации заряда радикала Н[+], находившегося по соседству с бывшей металло-гидроксильной связью, и к возникновению нескомпенсированного заряда другого радикала Н[+] – по соседству с новейшей образовавшейся металло-гидроксильной связью. Как можно созидать, в металло-гидратном комплексе происходят обязанные скачкообразные передвижения нескомпенсированного электронного заряда – что должно оказывать влияние на динамику длинноватых связей в окружающей воде. Так как переключения направленных валентностей и надлежащие скачки заряда имеют период повторения, то имеет смысл гласить о волнообразных возмущениях обыкновенной картины динамики длинноватых связей в воде – т.е. о структурных волнах, с сопутствующими им волнами перераспределения электронных зарядов. Отношение расстояния меж молекулами, ~3 Ангстрем, к «химическому времени», ~10-12 с, даёт нам грубую оценку скорости структурной релаксации, ~300 м/с – это и есть скорость структурной волны. Умножение этой скорости на период повторения валентных конфигураций у атома металла, ~10-10 с [17], даёт длину «металлической» структурной волны в воде — ~0.1 m. Данная величина кажется, на 1-ый взор, очень малой – соответствуя длине волны уф-излучения. Но физические механизмы структурных и электрических волн кардинально различаются, и даже скорости этих волн разнятся на 6 порядков. На длине в 0.1 m укладывается ~300 молекул в воде – потому такая длина структурной волны не представляется нам очень малой. Что касается смесей кислот и щёлочей, то в их также должны происходить «скачки зарядов» благодаря лишним радикалам Н[+] либо ОН[-], и эти «скачки» также должны являться генераторами структурных волн – но у нас недостаточно инфы, чтоб оценить их частоту и длину.
Если в большенном объёме воды находится локальный источник структурных волн, то они будут распространяться до того времени, пока не будут погашены термическими либо механическими шумами. Структурные волны в воде – это не фантазия: известны факты, которые тяжело разъяснить без допущения того, что некие жители морей способны принимать эти волны. Так, проводились опыты с акулами: на значимом удалении они «моментально» и безошибочно реагировали на возникновение в воде маленького количества свежайшей крови – причём восприятия по обонятельному, зрительному и вибрационному каналам были совсем исключены. В рамках обычных представлений эти результаты не отыскали разъяснения, потому они остались малоизвестны.
Сейчас разглядим случай, когда источник структурных волн находится в маленьком объёме воды, так что весь этот объём оказывается специфично структурирован. Понятно, что при аккуратном разбавлении таковой воды, добавленная незапятнанная вода приобретает такое же структурирование – причём, этот итог повторяется при неограниченном количестве разбавлений. Таким макаром, вышеизложенная модель даёт разумное разъяснение парадоксу гомеопатического лечебного деяния «мнимых растворов» (см., к примеру, [26,27]). Речь идёт о таких степенях разбавления, при которых, к примеру, на 10 склянок с водой приходится менее одной (!) молекулы начально растворённого лекарства, но вода из каждой из этих склянок оказывает однообразное специфичное лечебное действие – будучи специфично структурированной. Такое структурирование воды можно именовать остаточным, либо, фактически, «памятью воды». Уместно добавить, что взаимоосвязанность структурных и электронных возмущений в воде значит, что остаточную структурированность воды можно получить, не приводя воду в контакт ни с одной молекулой специфичного вещества – а подвергая воду электрическому воздействию со специфичным диапазоном. Такая вода тоже должна оказывать специфичное лечебное действие. Сообщалось об успешных опытах подобного рода, но эти результаты также остались малоизвестны.
В конце концов, вышеизложенная модель согласуется с феноменом благотворного био деяния талой воды [28]. При замерзании воды, её структурированность, в том числе патогенная, устраняется – ведь структура льда не находится в зависимости от нрава структурированности воды, из которой этот лёд появляется. При оттаивании же льда, талая вода некое время является «незамутнённой» в структурном смысле, у неё чиста «память» на контактирующие с ней вещества – чем, на наш взор, и можно разъяснить необыкновенную пригодность таковой воды для живых организмов. Отлично понятно, что в ночь на 19 января, после полуночи по местному солнечному времени, водянистая природная вода приобретает особенные, на биологическом уровне благотворные, характеристики. Мы полагаем, что это является результатом принудительного сброса лишнего структурирования воды, в итоге чего она «обновляется», приобретая характеристики, близкие к свойствам талой воды. Даже в домашних критериях просто увидеть, что, после такового «обновления», у воды из такого же источника меняется вязкость – хотя содержание примесей и растворённых веществ в ней остаётся прежним.
11. Заключение.
Предложенная выше модель длинноватых связей в воде является развитием нашей модели хим связи [6]. Из принципной динамичности структуры, основанной на длинноватых связях, разумно следует полная диссоциация молекул воды на короткоживущие радикалы Н[+] и ОН[-]. Вода представляет собой, практически, водянистую плазму – чем почти во всем и обоснованы её аномальные характеристики. Вобщем, мы описали только доброкачественную сторону только неких особенностей воды – самого необычного вещества на планетке.
Создатель благодарит Ивана, создателя веб-сайта ivanik3.narod.ru , за помощь в доступе к первоисточникам, также участников форума на live.cnews.ru за полезное обсуждение.
Комментарий от О.В.Мосина:
У меня появились некие вопросы и сомнения, в особенности о так именуемом кванте возбуждения и его передаче от одной молекулы к другой. Квантовая теория поля вправду рассматривает всякую простую частичку как квант возбуждения определенного квантового поля. Причём, для каждого типа частиц вводится собственное поле. Квантовые поля ведут взаимодействие, в данном случае их кванты могут преобразовываться друг в друга. Самый броский пример возбуждения атомов либо молекул квантами света, когда квант энергии при поглощении её молекулой принуждает перейти электрон с более низкой на более высшую орбиту, с которой этот электрон снова спускается на более низкую орбиту с излучением кванта света фотона с энергией E=hv. Этот процесс пикосекундный.Возбуждение атомов и молекул также имеет место, к примеру, при радиоактивном распаде и превращении одних частиц в другие (к примеру, деление ядер урана и плутония), которое всегда осуществляется сообщением энергии снаружи. Если эта энергия довольно велика, то можно перевести нуклон из его уровня в структуре ядра на уровень, лежащий за пределами ядра.
Так, к примеру, при поглощении ядром гамма-фотонов большой энергии наблюдается выбрасывание из ядра протона, нейтрона либо альфа-частицы. Возбуждение ядер может быть в итоге не только лишь а -, да и р-распада. Испускаемые при радиоактивном распаде у-лучи имеют энергию кванта hv, обычно, не ниже 0 1 Мэв и представляют собой коротковолновое электрическое излучение с длиной волны.
Энергия возбуждения ядра может передаваться не только лишь фотону, да и одному из атомных электронов. Энергия возбуждения, сообщенная ядру при захвате частички, обусловливает движение ядерной материи, аналогичное движению воды под действием поверхностного натяжения. Вследствие деформации ядро подобно водянистой капле может разделиться на несколько осколков. Для возбуждения ядра всегда нужно сказать ему достаточное количество энергии ( энергии возбуждения), что можно сделать методом обстрела ядра, к примеру а-частицами либо протонами. Если энергия возбуждения ядра окажется наименьшей, чем энергия активации, то деформация возбужденного ядра-капли не дойдет до критичной, ядро не разделится и возвратится в основное состояние, испустив у-квант.Так что совсем неясно, откуда берётся такая большая энергия, позволяющая производить таковой квантовый обмен квантами возбуждения.
Это на мой взор, самый уязвимый момент данной догадки. Говоря беспристрастно, стоит изобретать велик, когда большая часть не нормальных параметров воды объясняются наличием водородных связей и формированием ассоциатов воды, а не сказочными квантами возбуждения. Ну хорошо. Может быть я не прав. Я химик, а не физик.
С почтением, О. В. Мосин
Ссылки к статье
1. Л.Паулинг. Природа хим связи. «Госхимиздат», М.-Л., 1947.
2. Г.Н.Зацепина. Характеристики и структура воды. «Изд-во Столичного университета», 1974.
3. А.Эйзенберг, В.Кауцман. Структура и характеристики воды. «Гидрометеоиздат», Л., 1975.
4. Дж.Пиментел, О.Мак-Клеллан. Водородная связь. «Мир», М., 1964.
5. Г.Герцберг. Электрические диапазоны и строение многоатомных молекул. «Мир», М., 1969.
6. А.А.Гришаев. Новый взор на хим связь и на парадоксы молекулярных спектров. – Доступна на данном веб-сайте.
7. И.Е.Тамм. Базы теории электричества. «Гос. изд-во технико-теоретической литературы», М., 1956.
8. О.П.Чаркин. Трудности теории валентности, хим связи, молекулярной структуры. Серия «Новое в жизни, науке, технике», 7, 1987. «Знание», М.
9. А.А.Гришаев. Зарядовые разбалансы – отличительный признак валентных электронов. – Доступна на данном веб-сайте.
10. А.А.Гришаев. Разноимённые электронные заряды, как противофазные квантовые пульсации. – Доступна на данном веб-сайте.
11. А.А.Гришаев. Автономные перевоплощения энергии квантовых пульсаторов – фундамент закона сохранения энергии. – Доступна на данном веб-сайте.
12. А.А.Гришаев. Зарядовые разбалансы в «нейтральных» атомах. – Доступна на данном веб-сайте.
13. А.А.Гришаев. Навигатор квантовых перебросов энергии. – Доступна на данном веб-сайте.
14. А.А.Гришаев. Этот «цифровой» физический мир, 2010. – Доступна на данном веб-сайте.
15. S.W.Peterson, H.A.Levy. A single-crystal neutron diffraction study of heavy ice. Acta.Cryst., 10 (1957) 70.
16. А.А.Гришаев. Металлы: нестационарные хим связи и два механизма переноса электричества. – Доступна на данном веб-сайте.
17. А.А.Гришаев. Температурная зависимость частоты переключений направленных валентностей у атомов металлов. – Доступна на данном веб-сайте.
18. Л.А.Жуков. Общая океанология. «Гидрометеоиздат», Л., 1976.
19. А.С.Енохович. Справочник по физике и технике. «Просвещение», М., 1976.
20. А.А.Гришаев. О температуре и термических эффектах хим реакций. – Доступна на данном веб-сайте.
21. Н.Ф.Федулов, В.А.Киреев. Учебник физической химии. «Госхимиздат», М., 1955.
22. Т.Коттрелл. Крепкость хим связей. «Изд-во иностр. литературы», М., 1956.
23. Ю.П.Сырников. К вопросу о термодинамических процессах в живой системе и о роли воды в этих процессах. «Структура и роль воды в живом организме», Сборник 1, стр. 58. «Изд-во Ленинградского университета», 1966.
24. А.И.Бродский. Физическая химия. Т.2. «Госхимиздат», М.-Л., 1948.
25. Таблицы физических величин. Справочник. Под ред. акад. И.К.Кикоина. «Атомиздат», М., 1976.
26. Память воды, гомеопатия, опыты, факты, подтверждения. Веб-ресурс www.agro-moscow.ru/article_info.php?articles_id=74
27. В.Зильбер. природа деяния гомеопатических фармацевтических средств. Наука и жизнь, 12, 2000. Доступна также на: www.nkj.ru/archive/articles/9293/
28. А.К.Гуман. Особенности талой воды. «Структура и роль воды в живом организме», Сборник 1, стр. 179. «Изд-во Ленинградского университета», 1966.
Источник: newfiz.narod.ru