10.14. Кластеры воды

Известно, что молекулы воды могут соединяться друг с другом, образуя целые ассоциации, которые называются кластерами. Кластеры - это совокупность одноименных молекул и ионов, соединенных между собой, как раньше считалось, водородными связями. И это действительно так. Молекулы воды могут соединять в кластеры протоны атомов водорода (рис. 130).

Теперь мы можем назвать их протон - протонные связи. Вот как записывается химическая формула кластера, состоящего из ионов и молекул воды

(290)

При участии иона реакция протекает так

(291)

На рис. 130 показаны теоретические (рис. 130, а, b) и экспериментальные (рис. 130, с, d, e) кластеры молекул воды, полученные японскими исследователями. Существуют и экспериментальные данные энергий связи между молекулами воды и ионами и при разном их количестве в линейном кластере (рис. 130, а и табл. 41).

_{Таблица 41. Значения энергий связи в кластерах,}

Знач. n	0-1	1-2	2-3	3-4	4-5	5-6	6-7
	1,56	0,97	0,74	0,67	0,57	0,51	0,45
	1,10	0,71	0,66	0,62	0,61	-	-

В современной химии принято считать, что процесс образования кластеров воды эндотермический, то есть при образовании кластеров электроны, соединяющие молекулы друг с другом, поглощают фотоны и удаляются от ядер атомов в своих ячейках. Например, при n=7 на образование кластера (табл. 41) затрачивается (1,56+0,97+0,74+0,67+0,57+0,51+0,45)=5,47 eV.

Имея структуры молекул воды (рис. 121-125, 126), мы видим и другие возможности образования кластеров. Нет никаких ограничений для формирования протон - протонных связей между молекулами воды. Так, протоны атомов водорода в молекулах воды, соединяясь, друг с другом, образуют ассоциацию из двух и более молекул (рис. 130, а).

Кроме того, ионы (рис. 125) могут сформировать три протон-протонных связи с молекулой воды.

В этот процесс могут вовлекаться и протоны вторых атомов водорода в молекуле воды и протоны ионов (рис. 126), а также кольцевые электроны атомов кислорода в молекуле воды. В результате количество молекул в кластере увеличивается, а структура кластера усложняется (рис. 130, a, b, c, d, e).

Таким образом, для образования кластеров воды совершенно не обязательно присутствие в ней ионов гидроксила и гидроксония . Обратим внимание на структуру молекулы ортоводорода на рис. 100, b. Она может быть связующим звеном в кластере и после его разрушения водород может рождаться сразу не в атомарном, а в молекулярном состоянии. Именно это происходит при явлении кавитации или при фотосинтезе.

Рис. 130. Шести лучевые кластеры молекул воды, полученные

японскими учёными и методы их разрушения

Если в обычных условиях молекулы воды объединяются в ассоциации, называемые кластерами, то при переходе в парообразное состояние энергия связи между кластерами приближается к нулю, и у нас появляется возможность рассчитать энергию связи между молекулами в кластере при температуре 20 С. Для этого используем энергию парообразования 2595,2 кДж/кг. Переведем эту энергию в электрон-вольты в расчете на одну молекулу (рис. 130).

(292)

Этот результат близок к энергии связи (0,54 eV) электрона атома водорода в момент пребывания его на пятом энергетическом уровне (табл. 9) и свидетельствует о том, что у протона этого атома большая часть магнитных силовых линий идет на связь с электроном, а меньшая часть свободна и может быть задействована на связь с протоном атома водорода соседней молекулы воды (рис. 130, а).

Имеется также возможность рассчитать энергию, затрачиваемую на нагрев одной молекулы воды на один градус. Известно, что при нагревании одного литра воды от 20 С до 100 С затрачивается 335,2 кДж энергии. В расчете на одну молекулу это составит

. (293)

Это - величина энергии, на которую изменится энергия связи молекул воды в кластерах, если нагреть её от 20 С до 100 С. Разделив 0,063 eV на 80, получим величину, на которую изменяется энергия связи между молекулами воды в кластерах при нагревании её на один градус. Она оказывается равной 0,00078 eV. Эта энергия соответствует фотонам реликтового диапазона (табл. 2).

Таким образом, минимальная энергия фотонов, поглощаемых электронами молекулы воды при нагревании, соответствует энергиям фотонов реликтового диапазона, что служит дополнительным косвенным доказательством того, что этот диапазон является границей существования единичных фотонов.

На рис. 130, а показан линейный кластер из 2-х молекул воды. Энергия связи между протонами атомов водорода в этом кластере равна 0,485 eV (292) при температуре 20 град. Цельсия. При нагревании на один градус эта энергия связи уменьшается на 0,00078 eV. Минимальная величина, на которую может измениться эта энергия связи, равна энергии 0,000022 eV поглощаемого фотона с максимальной длиной волны 0,056м. Из этого следует, что минимальный градиент изменения температуры воды близок к 0,000022/0,00078=0,03 град. С .

Теперь появляется возможность уточнить номер энергетического уровня, на котором находятся электроны атомов водорода в молекуле воды. Для этого переведем энергию (286 кДж) синтеза одного моля воды в электрон-вольты

. (294)

В расчете на одну связь имеем 2,97/2=1,485 eV. Это близко к энергии связи 1,51 eV электрона атома водорода, соответствующей пребыванию его на третьем энергетическом уровне. Из этого следует, что электроны атомов водорода и кислорода в молекуле воды находятся при обычной температуре (1,48/2=0,74eV) между четвертыми и пятыми энергетическими уровнями.

При переходе из газообразного в жидкое состояние атом кислорода (рис. 118, b) в молекуле воды должен уменьшить свой объём. Это произойдет, если кольцевые электроны атома кислорода опустятся на более низкие энергетические уровни (ближе к ядру). При этом каждый из 6-ти кольцевых электронов излучит фотон с энергией 1,18 eV (рис. 129). Это больше энергии (0,74 eV) связи с ядром осевых электронов и указывает на то, что кольцевые электроны расположены ближе к ядру, чем осевые.

Изложенное выше, проясняет причину взрыва при соединении водорода с кислородом (рис. 118) и образования молекулы воды. Одновременный переход шести кольцевых электронов каждого атома кислорода в рождающихся молекулах воды на более низкие энергетические уровни сопровождается одновременным излучением фотонов, которые и генерируют явление взрыва, так как их размеры на 5-7 порядков больше размеров электронов, излучающих фотоны.

Если представить себе кластер из двух молекул воды, имеющих формы шаров с диаметрами около 100 метров, то протоны, расположенные на поверхности этих шаров и связывающие их в кластер, имеют миллиметровые размеры. Малейшее, даже механическое, воздействие разрушит эту систему, создавая условия для текучести молекул воды.

Если бы кластеры образовывались электрон - электронными связями, то они бы имели уже метровые размеры на поверхности стометровых молекул.

На рис. 130, b) показан один вариант начала формирования шести лучевого кластера молекул воды. К шести кольцевым электронам атома кислорода в молекуле воды присоединяются протоны атомов водорода других молекул воды. Свободные концы образовавшихся шести лучей могут завершаться осевыми протонами (Р) атомов водорода в молекулах воды (рис. 130, b) или осевыми электронами (е) атомов кислорода (рис. 130, b).

Наличие на концах шести лучей протонов или электронов со свободными магнитными полюсами обеспечивает присоединение к ним других молекул воды или ионов и (рис. 130, b). Таким образом, обеспечивается формирование и рост шести лучевых кластеров молекул воды.

Приведенные интервалы изменения энергий связи между молекулами и ионами и в шести лучевых кластерах и объясняют многообразие архитектоник этих формирований (рис. 130). Когда играет ритмичная классическая музыка, то она оказывает ритмичное возбуждающее действие на кольцевые электроны молекул азота и кислорода воздуха и те, излучая при этом воздействии фотоны с упорядоченными энергиями, способствуют формированию шести лучевых кластеров (рис. 130, с) молекул воды и её ионов и .

Успокоенный мозг и тело молящегося человека также излучают фотоны с упорядоченными энергиями, и это тоже приводит к формированию шести лучевых кластеров (рис. 130, d). Сотовый телефон излучает мощные импульсы фотонов с различными энергиями, которые сразу разрушают связи между молекулами кластера и он разрушается (рис. 130, e). Аналогичный результат получается при исполнении джазовой музыки. Её сумбурные, резкоменяющиеся звуки, передаются молекулам воздуха и те излучают фотоны с разным диапазоном энергий. При поглощении их электронами кластеров воды энергии связи между молекулами кластера могут уменьшаться до нуля. В результате кластер разрушается (рис. 130, e).

В одном кубическом метре содержится 1000х0,09=90 гр. водорода. Энергосодержание одного грамма молекулярного водорода равно 142 кДж. Энергосодержание одного кубического метра водорода оказывается таким 142х90=12780 кДж. Получаемая энергия 12780 кДж эквивалентна (12780/3600)=3,55 кВтч. Если удастся добиться меньших затрат энергии на получение одного кубического метра водорода, чем 3,55 кВтч, то он станет конкурентно-способным энергоносителем.