В статье рассмотрены свойства воды, вызывающие удивление и не имеющие общепризнанного обоснования. Показано, что при рассмотрении ковалентных связей молекулы воды, как комбинаций магнитных и кулоновских взаимодействий, свойства воды перестают быть загадочными. Объяснены эффекты получения якобы избыточной энергии в импульсных технологиях.
Вода имеет огромное значение в жизни человека и в природе вообще. О воде накоплено огромное количество фактического материала, но также и домыслов накоплено немало. Это вызвано обилием аномальных свойств воды. Не будем повторять всё изобилие информации, обратим внимание лишь на те факты, в объяснении которых нет общего согласия, а также на те, для которых объяснение вообще отсутствует.
Большинство исследователей, на основании множества различных наблюдений, пришло к согласию, что одновременно вместе сосуществуют две достаточно стабильные модификации воды, которые, предположительно, отличаются друг от друга только молекулярной структурой.
Почему-то поиск различий в структуре воды ведется среди ассоциативных образований. Однако типов ассоциативных образований наблюдается множество, а необходимых факторов для выделения двух основных структур не проявляется, да и не очень верится, что слабые ассоциативные связи могут вызывать стойкое разделение воды на два типа.
Попытаемся в формализм химических представлений привнести долю физического смысла, который и поможет объяснить известные аномальные свойства воды. Для этого примем во внимание все имеющиеся о воде сведения, включая и те, что не признаются официальной академической наукой, но тем не менее существуют и проявляются в реальной жизни. В виду имеются некоторые результаты, полученные при разработке импульсных технологий [5], якобы позволяющих получать энергию из ничего, или, по мнению их авторов, из эфирного моря, что одно и то же.
Как известно, реакция Н1 + Н1 = Н2 идет с выделением тепла, а именно 400 кДж на 1 моль Н2 [1]. Как происходит процесс? Казалось бы, при сближении двух нейтральных атомов водорода, ничего не должно происходить до самого момента соприкосновения электронных оболочек, ведь атомы нейтральны. Но это - заблуждение, вызванное стереотипной трактовкой электронной оболочки как сферической поверхности с вероятной плотностью заряда. Границы применяемости для этой идеализации никогда и нигде не приводятся, а они, тем не менее, существуют. Дело в том, что электронной оболочки как таковой не существует - это абстракция, придуманная для удобства некоторых теоретических построений. Реально, при сближении атомов на расстояние сравнимое с их размером, необходимо каждую конфигурацию двух протонов и двух электронов сближающихся атомов рассматривать конкретно, и такой, какова она есть в данный момент, в создавшейся ситуации.
При сближении могут возникнуть несколько типовых ситуаций, определяемых случайным взаимным расположением и характером движения двух электронов. В одной из этих ситуаций, зеркально сближающиеся электроны имеют возможность приблизиться друг к другу гораздо ближе, чем они отделены от своих протонов, и вследствие этого начнут естественным образом тормозиться кулоновскими силами, изменяя свою траекторию так, что их столкновение исключается. В результате коротких, но интенсивных, циклически повторяющихся взаимодействий, сближающиеся атомы сформируют неоднородные электронные оболочки с вихревой составляющей круговых токов, создающих однонаправленные магнитные диполи. Если эти оболочки имитировать электронными орбитами модели Бора, то получим два параллельных круговых тока, которые будут притягиваться как магнитные диполи и одновременно отталкиваться как кулоновские заряды, формируя суммарную магнитную связь за счет различного пространственного распределения напряженностей двух типов полей.
Торможение сближающихся электронов происходит относительно друг друга и относительно своих протонов, сами же атомы (центры масс) под действием возникшего магнитного поля приобретают дополнительное встречное ускорение. Сближение продолжается, пока оно не будет остановлено кулоновским отталкиванием параллельно вращающихся электронов и менее подвижных, находящихся на оси круговых токов, протонов. Это локальное кулоновское отталкивание тоже определяется реальной геометрией атомов и возникает почти одновременно с магнитным диполем, но имеет другую пространственно-временную характеристику, позволяющую совместно с характеристикой магнитного диполя сформировать потенциальную яму.
Таким образом, энергия, отданная электронами при формировании магнитного диполя, переходит в энергию синхронного противофазного колебания двух атомов, составляющих молекулу. Энергия колебаний камертонного типа вновь образованной молекулы водорода передается окружающей среде в форме теплового движения. При этом тепла выделяется 400 кДж на 1 моль H2. Эти данные, заимствованные из квантовой теории ковалентных связей, хорошо подтверждаются на практике. В квантовой теории, выделяющаяся энергия получается как разница энергий связи для двух сменяющих друг друга состояний; процесс превращения потенциальной энергии связи в тепловую и электромагнитную энергии не приводится.
Не каждая пара молекул водорода при сближении имеет требуемое соотношение состояний электронных оболочек, большинство атомов, не удовлетворяющих требуемым условиям, не сформируют круговых токов, и просто оттолкнутся, не вступая в реакцию, что соответствует наблюдаемому вялому течению этой реакции. Малая часть атомов сформирует круговые токи противоположных направлений, и также оттолкнется.
Теория ковалентных химических связей рассматривает обобщенные электронные пары, при этом характер обобщения не конкретизируется. Судя по графическим иллюстрациям, траектории парных электронов предполагаются эллиптическими и охватывающими два атомных ядра, которые размещены в узлах эллипса. Странное представление, т.к. такой теории движения не существует.
Если попробовать представить процесс образования молекул водорода или воды на основе обобщенных электронных пар с охватывающей траекторией движения, то он представляется весьма загадочным. Как ни примеряй, - получается, что процесс должен сопровождаться поглощением энергии, а не выделением, т.к. оба электрона связи, исходя из предлагаемого графического отображения ковалентной связи, должны переходить на орбитали с большей энергией связи.
Предлагаемый принцип магнитной связи не противоречит принятому формализму ковалентной связи, но явно не принимается во внимание теоретиками химических связей, а это принуждает их изобретать надуманные конструкции, искажающие суть явлений.
Однако не будем критиковать гипотезу структуры молекулы воды на основе принятой теории ковалентных связей, а просто посмотрим, что же будет, если эти связи рассматривать как магнитные, которые только что были проанализированы на примере водорода.
Процесс образования молекулы воды будет похож на процесс образования молекулы водорода, и источник выделяющейся энергии (250 кДж на 1 моль) будет тот же.
При формировании молекулы воды с помощью магнитных связей теоретически возможны два типа молекул, определяемых взаимным направлением вращения электронов в атомах водорода воды относительно друг друга. В одном из вариантов атомы водорода в молекуле воды должны слабо взаимно притягиваться, образуя треугольную структуру с плотно сомкнутыми атомами водорода, а в другом - отталкиваться, образуя более растянутую структуру или даже нитеобразную.
В общепринятой теории межмолекулярных связей существует понятие так называемой водородной связи. Под такой связью понимается способность атомов водорода, входящих в состав некоторой молекулы, присоединять к себе атомы из состава другой молекулы. Природа этого явления в принятой теории убедительного объяснения не имеет. В случае магнитных внутримолекулярных связей такая водородная связь является естественным и прогнозируемым следствием, определяемым свойствами магнитного диполя. Сформировавшаяся магнитная связь атомов может исчезнуть только будучи замкнутой на себя, что возможно только в длинных молекулярных кольцах.
Точки присоединения атомов соседних молекул к потенциальным водородным связям расположены с противоположной стороны по отношению к внутренним связям, но не обязательно на одной оси с ними, т.к. возможно, в формировании кольцевых токов водородной связи принимают участие и электроны внутренней оболочки атома кислорода.
Похоже, что магнитные межмолекулярные связи ответственны за создание всех твердых тел, не являющихся монокристаллами. В пользу этого предположения свидетельствует эффект Казимира, суть которого в возникновении дополнительной силы притяжения между плотно сжатыми нейтральными телами. С позиций магнитных связей эффект Казимира представляется совершенно естественным. При сближении ровных поверхностей твердых тел на достаточно малое расстояние происходит трансформация пограничных электронных оболочек, сопровождающаяся формированием слабых магнитных связей. Связи слабые по причине невозможности свободного сближения атомов. Кроме вновь образовавшихся связей на поверхности каждого твердого тела уже имеются свободные связи, сформированные по типу водородных. В общем случае необходимо предположить, что связей притяжения и связей отталкивания будет образовано равное количество. Эти связи в начальный момент создадут нулевое интегральное усилие. Однако, локальное приложение соответствующих усилий к каждому отдельно взятому атому вызовет малое дополнительное сближение притягивающихся атомов, и некоторое малое отстранение отталкивающихся атомов. Благодаря обратно пропорциональной зависимости магнитных сил от расстояния это вызовет интегральный эффект Казимира.
Если же количество формируемых положительных и отрицательных связей зависит от структуры кристаллов контактирующих тел, то эффект Казимира будет определяться суммой результатов двух различных процессов, и может быть даже отрицательным.
Какую бы модель атома ни проповедовали различные теории (модель Бора, модель Шрёдингера или другие), сферическая форма оболочек атомов признается всеми. При этом, как известно, размер атома мало зависит от его порядкового номера в таблице Менделеева, т.е. от его массы.
Молекула воды, образованная на магнитной связи, в форме равнобедренного треугольника, естественным образом должна быть похожа на три почти одинаковых слепленных снежка. Шарообразная форма молекулы воды, предполагаемая в [2], представляется натяжкой. Треугольная конструкция является универсальным элементом для формирования плоской пленки. Из почти равносторонних треугольников может формироваться поверхность жидкой воды, практически лишенная дефектов, что и обеспечивает очень высокую прочность водяной поверхностной пленки. Большое натяжение пленки обеспечивается за счет того, что равнобедренный треугольник молекулы воды в составе пленки превращается в равносторонний. Таким образом, каждая молекула пленки находится в напряженном состоянии, и создает наблюдаемое натяжение.
Во всех справочниках и учебниках геометрия молекулы жидкой воды описывается, исходя из предположения об её аналогии со структурой кристаллического льда I, в котором, как удалось установить новейшими методами, угол вершины в равнобедренном треугольнике приблизительно равен 109 угловым градусам. Присвоение этого параметра молекуле жидкой воды является произвольным допущением, которое однажды высказанное кем-то из авторитетов, превратилось в стереотип - и не обсуждается, хотя совершенно очевидно, что из молекул такой конфигурации ни одну из ажурных снежинок (явно кристаллических, и явно с шести лучевой симметрией) не сконструируешь. Конструкция снежинок требует равносторонней формы треугольника молекулы воды. Если эти два очевидных факта не превращать в парадокс, то необходимо признать, что взаимная связь атомов водорода в молекуле воды является весьма динамичной и допускает деформацию формы молекулы. Об этом же свидетельствуют установленные формы молекул воды в других, искусственно получаемых, типах льда, где угол в вершине треугольника отличается от 109 градусов.
Здесь уместно вспомнить еще одну аномальную характеристику воды, как подсказку для выявления особенностей её структуры - это зависимость теплоемкости от температуры. Сравнительно высокая теплоемкость воды и наличие необычного минимума теплоемкости в области 37 градусов Цельсия свидетельствуют о существовании некоторой дополнительной степени свободы, участвующей в тепловом движении. Не нужно быть Шерлоком Холмсом, чтобы исходя из предыдущего описания, обнаружить подозреваемого на дополнительную степень свободы. Принимая во внимание взаимную подвижность атомов водорода, вода явно представляет собою подобие камертона. Как носитель кинетической энергии, такой камертон явно на особом положении. Самое главное его отличие от других степеней свободы то, что его энергетическая емкость явно ограничена, т.е. имеет насыщение. Кроме того, похоже, что имеется и порог включения этой степени свободы в тепловое движение. Характер колебаний этого камертона и обеспечивает самые загадочные свойства воды. Рассмотрим их более внимательно.
Прежде всего, наличие колебаний камертонного типа легко объясняет капиллярные аномалии воды. Вспомните детскую игрушку, где матрос, похожий на молекулу воды, взбирается вверх по веревке за счет аналогичных движений. Достаточно незначительной разницы в сцеплении разных частей молекулы воды со сторонним веществом при колебательных смещениях атомов водорода - и вода "поползет" по смачиваемой поверхности.
Достаточно очевидно, что это же колебание будет способствовать увеличению растворяющих и гидролизных свойств воды, действуя как клин с переменным углом расталкивания.
При постепенном нагревании жидкой воды, эти колебания, в качестве степени свободы теплового движения, сначала проявляют себя самым обычным образом, т.е. теплоемкость монотонно растет. Затем, при приближении размаха колебаний к 180 угловым градусам, рост её замедляется. При дальнейшем нагреве происходит самое замечательное явление: атомы водорода и кислорода в какой-то момент выстраиваются по одной прямой - и оказываются в квазиустойчивом состоянии, что приводит практически к моментальному прекращению колебаний молекулярного камертона. В этот момент удельная теплоемкость молекулы скачком уменьшается, а молекула становятся носителем потенциальной энергии, по отдаленной аналогии с арбалетом. Достаточно небольшого толчка в нужном направлении, и молекула вновь включится в тепловое движение, соответствующее вполне конкретной температуре. Если вода к моменту возвратного перехода молекулы уже остыла, то импульс с малой энергией может вызвать нагревание воды, соответствующее гораздо большей энергии, по сравнению с затраченной на создание импульса.
За счет статистического распределения, эффект скачка теплоемкости в природе никогда не наблюдается. А благодаря температурному спектру кинетической энергии молекул, вытянутые (заряженные) молекулы в воде присутствуют постоянно, но их концентрация зависит от температуры.
Много лет назад автор данной статьи познакомился с научной публикацией, в которой обычная вода рассматривалась как смесь двух типов воды, сформированных молекулами разной структуры, одна из структур рассматривалась как нитеобразная. Автор той давней статьи (имя, к сожалению, не запомнилось) приводил данные, которые свидетельствовали, что максимальная концентрация вытянутых молекул достигается при температуре близкой к 37 градусам Цельсия. Вытянутые молекулы воды, по мнению автора, имеют огромное значение в межклеточных биологических процессах. Именно поэтому температура большинства животных находится в диапазоне 35-42 градусов.
Прошло много лет, а развития этой идеи обнаружить не удается, и это странно. Приведем цитату из [3]. "Возможно, что для биосистем особенно существен механизм дальнодействия, который присущ воде, а тем более упорядоченной воде [4], то есть способность передавать энергию и с большой скоростью проводить сигналы по упорядоченным цепочкам молекул". Эта цитата является констатацией свойств воды без указания характеристик носителя этих свойств. Можно предположить, что для подобных функций вытянутые молекулы подходят наилучшим образом. В этом случае причина нарушения работы головного мозга при ударных сотрясениях становится более понятной.
Молекула воды в случае магнитной связи обладает естественным магнитным моментом. При протекании воды через внешнее постоянное магнитное поле, магнитные молекулы однообразно ориентируются, временно создавая структурированную воду со специфическими свойствами. В некоторых справочниках этот эффект сопровождается комментарием о неизвестной природе явления, хотя в случае магнитных связей она очевидна.
Если вместо безликих ковалентных связей в молекуле воды рассматривать магнитные связи атомов, то естественная форма молекулы воды будет соответствовать округлому треугольнику и предполагает подобие углубления в его центре. Максимально плотная укладка таких молекул обеспечивается при условии совмещения каждого центрального углубления с одной из вершин другой молекулы. Из практики известно, что лед, а следовательно и необходимые жесткие связи, при такой укладке не образуются. Значит, требуемые связи возникают только в других конфигурациях, как известно, они более рыхлые.
В жидкой фазе часть молекул всегда находиться в состоянии, обеспечивающем максимальную плотность; эта часть меняется в зависимости от температуры, и при температуре 4 градуса Цельсия, достигает своего наибольшего значения, что и обеспечивает соответствующий максимум плотности воды.
При замерзании воды выделяется известное количество тепла, которое достается именно окружающей воде, а не твердой структуре льда. А как и откуда это тепло возникает? Теоретическое обоснование соответствующего процесса отсутствует. Рассмотрим мысленно ситуацию, реализующуюся при замерзании в случае магнитных связей.
Уже существующая структура льда создает на своей границе, в точке присоединения следующей молекулы, направленный поток магнитного поля, и достаточно узкий. Для того, чтобы следующая молекула могла занять свое место в этой структуре, она должна иметь определенную ориентацию. Эта ориентация в жидкой воде реализуется с некоторой вероятностью. Исходя из этого, можно утверждать, что вероятность требуемого положения у молекулы, которая уже находится в точке присоединения, меньше, чем суммарная вероятность всех соседних молекул, а их почти на порядок больше. Вследствие этого подходящей молекулой обычно оказывается не та, которая находится в точке присоединения, а соседняя. Эта молекула устремляется к точке узла, расталкивая мешающие ей молекулы и сообщая им дополнительную энергию, которую теряет сама и, видимо, формирующийся кристалл. Такой сценарий, объясняющий возникновение теплоты при образовании льда, можно реализовать только за счет магнитных взаимодействий, позволяющих создавать узкие и достаточно протяженные магнитные потоки связей. Предложить что-то разумное на основе других взаимодействий автору не удалось.
К другим необычным свойствам льда относится генерация электромагнитного излучения растущими кристаллами льда. Вот что пишет Мосин О.В. в своей статье [6]. "При этом (при замерзании, авт.) примеси скапливаются на границе твердой и жидкой сред, в виде двух слоев электрических зарядов разного знака, которые вызывают значительную разность потенциалов. Заряженный слой примесей перемещается вместе с нижней границей молодого льда и излучает электромагнитные волны". Профессионалы, изучающие процессы излучения, могут в этом месте пополнить свою копилку знаний. Мы же, приняв к сведению сообщение Мосина О.В., должны прикинуть, как проявят себя в этом случае магнитные связи.
Молекулы воды, формируя растущую грань ледяного кристалла, ориентированы однообразно, и в момент присоединения следующего слоя молекул совершают однонаправленные и однотипные колебания магнитных диполей, генерирующие электромагнитные волны, которые и суммируются по случайному (несинфазному) закону сложения.
Как видно, с магнитными связями всё гораздо проще и прозрачнее.
Квазиустойчивое состояние вытянутой молекулы должно описываться функцией-оператором типа "защелка". Малое воздействие, снимающее действие защелки, может вызвать реакцию, многократно превышающую энергию стартового воздействия. В результате такой разрядки возникает некоторое количество дополнительного тепла за счет ранее запасенного. Кроме того, в условиях процесса электролиза могут образоваться дополнительные свободные атомы водорода, формирующие газообразный атомарный водород.
Эффект импульсного извлечения дополнительной энергии из воды давно замечен умельцами-изобретателями. Оформлено уже несколько патентов и даже существуют промышленные установки [5]. Вот что пишет Канарёв Ф.М. в описании своего низкоамперного электролизера (патент N 2227817) [5]. "Оказалось, что процесс электролиза может протекать при напряжении 1,5-2,0 В между анодом и катодом и силе тока 0,02 А. ... Если источник постоянного тока генерирует импульсы, то выход газов увеличивается".
Описывает Канарёв Ф.М. и импульсные нагреватели водяных отопительных батарей - это водоэлектрический генератор тепла (патент N 2258098). Так, в одном из опытов бытовая батарея нагревается до 80 градусов Цельсия за три минуты, при этом КПД импульсной установки превышает 1000%. Нет оснований не доверять изобретателю, ведь он должен был продемонстрировать эти параметры при регистрации патента. Однако привлекает внимание одно постоянно присутствующее обстоятельство: все протокольные данные, приводимые в отчетах, получены за временной интервал опытов, не превышающий 5 мин. Конечно, изобретатели знают, что происходит за границами этого интервала; там эффект получения избыточной энергии, видимо, исчезает. Но, не зная сути явления, изобретатели надеются выяснить и в будущем обязательно устранить мешающую причину, умалчивая этот эффект в публикациях. Однако, их надежды напрасны. Импульсные энергетические установки, работающие на воде, используют запасенную водой энергию, и аналогичны добыче воды методом стряхивания росы с кроны деревьев. Ни какого нарушения законов сохранения при получении избыточного тепла в импульсных установках не происходит, и уж точно нет и добычи энергии из эфира.
Приведенные факты убедительно свидетельствуют о существовании напряженных молекул воды, находящихся в квазиустойчивом состоянии.
Проверка предположения о магнитной природе большинства ковалентных связей не представляет особых трудностей. Достаточно провести сравнительные измерения напряженности магнитного поля для постоянного магнита в вакууме и в среде молекулярного водорода. Напряженность магнитного поля в среде водорода должна усиливаться. Коэффициент усиления должен зависеть обратно пропорционально от температуры водорода.
Профессионалы экспериментаторы предложат много других способов.
Нижний Новгород, июнь 2011г.
Контакт с автором: vleonovich@yandex.ru
Литература
--
Прохоров А.М. // Большая Советская Энциклопедия.
--
Кульский Л.А., Даль В.В., Ленчина Л.Г.// Вода знакомая и загадочная. No Издательство "Радянська школа", 1982.
--
Каргаполов А.В., Зубарева Г.М. // Состояние воды в биологических системах. Интернет.
--
Привалов П.Л. // Биофизика 1968. т.13. N 1. с.163-177.
--
Канарёв Ф.М. // Вода - основной источник будущей энергетики. Интернет, .
--
Мосин О.В. // Лёд - таинственный и необыкновенный. Интернет.