Какая существует связь между структурой воды и ее свойствами
В данной статье поговорим про строение молекул воды, их связи и свойства.
Забежав немного вперёд напишу:
Задача, выполняемая Ячейкой Мэйера — «лёгкое» разложение молекул воды под действием электрического тока, сопровождаемого электромагнитным излучением.
Для её решения разберёмся, что же вода из себя представляет? Каково строение молекул воды? Что известно о молекулах воды и их связях? В статье, я использовал различные публикации, имеющиеся в достаточном количестве в Интернете, но они размножены в большом количестве, поэтому, кто их автор, мне не понятно и ссылаться на источник с моей стороны глупо. Мало того, эти публикации «запутаны» до безобразия, что затрудняет восприятие, и значительно увеличивает время изучения. Анализируя статьи, я извлёк то, что может направить Вас на понимание того, с чем мы будем иметь дело в процессе добычи дешёвой энергии, а точнее в процессе разрыва молекул воды на составляющие – водород и кислород.
Итак, рассмотрим наиболее весомые понятия о строении молекул воды!
Вода — вещество, основной структурной единицей которого является молекула H2O, состоящая из одного атома кислорода и двух атомов водорода.
Молекула воды имеет структуру как бы равнобедренного треугольника: в вершине этого треугольника расположен атом кислорода, а в основании его — два атома водорода. Угол при вершине составляет 104°27, а длина стороны — 0,096 нм. Эти параметры относятся к гипотетическому равновесному состоянию молекулы воды без ее колебаний и вращений. Геометрия молекулы воды и её электронные орбиты изображены на рисунке.
Молекула воды представляет собой диполь, содержащий положительный и отрицательный заряды на полюсах. Если «свободную» молекулу воды — не связанную с другими молекулами, поместить в электрическое поле, то она «повернётся» отрицательными полюсами в сторону положительной пластины электрического поля, а положительными полюсами в сторону отрицательной пластины. Именно этот процесс изображён на рисунке 1, позиция — 3В, поясняющем работу Ячейки Мэйера в статье «Вода вместо бензина».
Если соединить прямыми линиями эпицентры положительных и отрицательных зарядов получится объемная геометрическая фигура — правильный тетраэдр. Таково строение самой молекулы воды.
Благодаря наличию водородных связей каждая молекула воды образует водородную связь с 4-мя соседними молекулами, образуя ажурный сетчатый каркас в молекуле льда. Именно такое упорядоченное состояние молекул воды можно назвать «структурой». Каждая молекула может одновременно образовывать четыре водородные связи с другими молекулами под строго определенными углами, равными 109°28′, направленных к вершинам тетраэдра, которые не позволяют при замерзании создавать плотную структуру.
Когда лёд плавится, его тетрагональная структура разрушается и образуется смесь полимеров, состоящая из три-, тетра-, пента-, и гексамеров воды и свободных молекул воды.
В жидком состоянии вода – неупорядоченная жидкость. Эти водородные связи — спонтанные, короткоживущие, быстро рвутся и образуются вновь.
Группируясь, тетраэдры молекул воды образуют разнообразные пространственные и плоскостные структуры.
И из всего многообразия структур в природе базовой является гексагональная (шестигранная) структура, когда шесть молекул воды (тетраэдров) объединяются в кольцо.
Такой тип структуры характерен для льда, снега и талой воды, которую из-за наличия такой структуры, называют «Структурированной водой». О полезных свойствах структурированной воды пишут много, но не это тема нашей статьи. Логично будет, что структурированная вода — образующая гексагональные структуры является наихудшим вариантом структуры воды, которую возможно использовать для разложения на водород и кислород. Поясню почему: Молекулы воды, группируясь по шесть в гексамер, имеют электронейтральный состав — у гексамеров нет положительных и отрицательных полюсов. Если поместить гексамер структурированной воды в электрическое поле, то он не будет никак на него реагировать. Поэтому логически можно заключить, что необходимо, чтобы в воде было как можно меньше организованных структур. На самом деле, всё наоборот, гексамер — это не завершённая структура, есть ещё более интересное понятие — кластер.
Структуры объединённых молекул воды называют кластерами, а отдельные молекулы воды — квантами. Кластер — объёмное соединение молекул воды, в том числе гексамеров, у которого имеются и положительные и отрицательные полюса.
В дистиллированной воде кластеры практически электронейтральны, потому что в результате испарения, произошло разрушение кластеров, а в результате конденсации, сильные связи между молекулами воды не появились. Однако, их электропроводность можно изменить. Если дистиллированную воду помешать магнитной мешалкой, связи между элементами кластеров будут частично восстановлены и электропроводность воды изменится. Другими словами, дистиллированная вода – это вода, у которой минимальное количество связей между молекулами. В ней диполи молекул находятся в разориентированном состоянии, поэтому диэлектрическая проницаемость дистиллированной воды очень высока, и она плохо проводит электрический ток. В то же время, для повышения управляемости кластерами воды, в неё добавляют кислоты или щёлочи, которые участвуя в молекулярных связях, не позволяют молекулам воды образовывать гексагональные структуры, образуя при этом электролиты. Дистиллированная вода является противоположностью структурированной воде, в которой связей между молекулами воды в кластеры огромное количество.
На моём сайте имеются, и будут появляться статьи, которые, на первый взгляд «отдельные» и не имеют никакого отношения к другим статьям. На самом деле, большинство статей сайта имеет взаимосвязь в одно целое. В данном случае, описывая свойства дистиллированной воды, я использую Дипольную теорию электрического тока, это альтернативное понятие об электрическом токе, которое подтверждается и наукой и практикой лучше, чем классическое понятие.
При воздействии энергии источника электрического тока, все диполи атомов воды (как проводника) поворачиваются, ориентируясь своими одноимёнными полюсами в одном направлении. Если молекулы воды до появления внешнего электрического поля создавали кластерную (взаимно ориентированную) структуру, то для ориентации во внешнем электрическом поле потребуется минимальное количество энергии источника электрического тока. Если же структура была не организованной (как у дистиллированной воды), то потребуется большое количество энергии.
Заметьте, «в народе» бытует мнение, что дистиллированная вода и талая вода должны обладать одинаковыми электропроводными свойствами, ведь что у одной, что у другой отсутствуют химические примеси (как правило – соли), их химический состав одинаков, да и строение молекул воды что в талой воде, что в дистиллированной одинаково.
На самом деле всё выглядит наоборот, отсутствие примесей совсем не говорит о свойствах электропроводности воды. Не понимая этого, некоторые люди, «убивают» аккумуляторные батареи ещё на этапе их заправки электролитом, подменяя дистиллированную воду на талую, или просто очищенную через угольный фильтр. Как правило, заправленный аккумулятор, который куплен на автомобильном рынке служит меньше, чем тот, который вы купили сухозаряженным и разбавив серную кислоту дистиллированной водой, заправили его сами. Это лишь потому, что «готовый» электролит, или заправленный аккумулятор – это в наше время средство заработка, а чтобы определить какая вода использовалась, надо провести дорогую экспертизу, никто этим не заморачивается. Торгашу не важно, сколько прослужит аккумулятор на твоём авто, а Вам тоже, возиться с кислотой не очень хочется. Зато, я Вас уверяю, аккумулятор, над которым попотеете Вы, при минусовых температурах будет намного бодрее, чем заправленный из уже готового бутылочного электролита.
Продолжим!
В воде кластеры периодически разрушаются и образуются снова. Время перескока составляет 10-12 секунд.
Так как, строение молекулы воды несимметрично, то центры тяжести положительных и отрицательных зарядов ее не совпадают. Молекулы имеют два полюса — положительный и отрицательный, создающие, как магнит, молекулярные силовые поля. Такие молекулы называют полярными, или диполями, а количественную характеристику полярности определяют электрическим моментом диполя, выражаемым произведением расстояния l между электрическими центрами тяжести положительных и отрицательных зарядов молекулы на заряд e в абсолютных электростатических единицах: p = l·e
Для воды дипольный момент очень высокий: p = 6,13·10-29 Кл·м.
Кластеры воды на границах раздела фаз (жидкость-воздух) выстраиваются в определенном порядке, при этом все кластеры колеблются с одинаковой частотой, приобретая одну общую частоту. При таком движении кластеров, учитывая, что входящие в кластер молекулы воды являются полярными, то есть, имеют большой дипольный момент, следует ожидать появления электромагнитного излучения. Это излучение отличается от излучения свободных диполей, так как диполи являются связанными и колеблются совместно в кластерной структуре.
Частота колебаний кластеров воды и соответственно, частота электромагнитных колебаний может быть определена по следующей формуле:
где a — поверхностное натяжение воды при заданной температуре; М
— масса кластера.
где V — объем кластера.
Объем кластера определяется с учетом размеров фрактальной замкнутой структуры кластера или по аналогии с размерами домена белка.
При комнатной температуре 18°С частота колебаний кластера f равна 6,79·109 Гц, то есть длина волны в свободном пространстве должна составлять λ = 14,18 мм.
Но что, же будет происходить при воздействии на воду внешнего электромагнитного излучения? Поскольку вода является самоорганизованной структурой и содержит как упорядоченные в кластеры элементы, так и свободные молекулы, то при воздействии внешнего электромагнитного излучения будет происходить следующее. При сближении молекул воды (расстояние изменяется от R0 до R1) энергия взаимодействия изменяется на большую величину, чем при их взаимном удалении (расстояние изменяется от R0 до R2).
Но, поскольку молекулы воды имеют большой дипольный момент, то в случае внешнего электромагнитного поля, они будут совершать колебательные движения (например, от R1 до R2). При этом в силу приведенной зависимости приложенное электромагнитное поле будет больше способствовать притяжению молекул и тем самым организованности системы в целом, т.е. образованию гексагональной структуры.
При наличии же примесей в водной среде, они покрываются гидратной оболочкой таким образом, что общая энергия системы стремится принять минимальное значение. И если общий дипольный момент гексагональной структуры равен нулю, то в присутствие примесей гексагональная структура вблизи них нарушается таким образом, чтобы система приняла минимальное значение, в ряде случаев шестиугольники преобразуются в пятиугольники, и гидратная оболочка имеет форму близкую к шару. Примеси (например, ионы Na+) могут стабилизировать структуру, делать ее более устойчивой к разрушению.
Самоорганизованная система воды при воздействии электромагнитного излучения не будет перемещаться как единое целое, но каждый элемент гексагональной, а в случае примесей локально и другого вида, структуры будет смещаться, т.е. будет происходить искажение геометрии структуры, т.е. возникать напряжения. Такое свойство воды очень напоминает полимеры. Но полимерные структуры обладают большими временами релаксации, которые составляют не 10-11–10-12 с, а минуты и больше. Поэтому энергия квантов электромагнитного излучения, переходя во внутреннюю энергию организованной водной структуры в результате её искажений, будет накапливаться ею, пока не достигнет энергии водородной связи, которая в 500–1000 раз больше энергии электромагнитного поля. При достижении этой величины происходит разрыв водородной связи, и структура разрушается.
Это можно сравнить со снежной лавиной, когда происходит постепенное, медленное накапливание массы, а затем стремительный обвал. В случае с водой происходит разрыв не только слабой связи между кластерами, но и более сильных связей — в строении молекул воды. В результате этого разрыва могут образовываться Н+, ОН–, и гидратированный электрон е–. Голубой цвет чистой воды обязан наличию именно этих электронов, а не только рассеянию естественного света.
Заключение
Таким образом, при воздействии электромагнитного излучения с водой происходит накапливание энергии в кластерной структуре до некоторого критического значения, затем происходит разрыв связей как между кластерами, так и других, происходит лавинообразное освобождение энергии, которая может затем трансформироваться в другие типы.
В следующей статье«Разрыв молекул воды на водород и кислород. Закон Ома и Ячейка Мэйера», мы определимся с условиями разрыва молекул воды и разберёмся, как Закон Ома препятствует «нашим желаниям».
1
2 ответа:
2
0
Вода — самое распространенное сложное вещество на планете Земля и самое удивительное, так как не подчиняется законам природы, т.е. аномальна. Если бы вода не обладала этими свойствами, то не было бы жизни на планете Земля. Эти свойства воды заключаются в строении молекулы воды. В ней образуются две сильно полярные связи -ОН, направленное в пространстве под углом 105 градусов, сама молекула тетраэдрическая, тк. атом кислорода находится spз-гибридизации, где в вершины тетраэдра направлены две сигма-связи -ОН и две орбитали с неподеленными парами электронов атома кислорода. Все связи в пространстве отталкиваются на угол 105 градусов, поэтому молекула воды полярная и представляет собой диполь. В жидкой воде , как и в твердой(лед) между молекулами образуются слабые водородные связи, образуя агрегаты состава (Н2О)n, где n= 2-9 число молекул воды в агрегате. Поэтому-то вода при обычных условиях жидкость, а не газ, как все водородные соединения неметаллов (СН4,SiH4, NHз, PHз, H2S,HF,HCl и т.д.) — газы, хотя молярная масса воды ниже многих этих газообразных соединений. И все остальные свойства воды тоже аномальны. Например: лед легче жидкой воды ( практически у всех веществ плотность твердых веществ больше плотности вещества в жидком состоянии), т.к. структура льда — это не плотная упаковка молекул, а благодаря, образующимся полостям, в результате образования межмолекулярных водородных связям, в этих полостях содержится воздух, что делает лед легче воды. Это имеет большое биологическое значение опять, т.к. водоемы не промерзают зимой до дна, что способствует сохранению флоры и фауны подо льдом зимой в морях, реках, озерах, прудах.
1
0
Структурированность воды — это и есть одно из свойств воды. К основным свойствам воды так же относятся РН уровень (должен быть не менее 7.5) и положительный или отрицательный заряд. Положительный заряд — это мертвая вода, а отрицательный заряд — это вода живая.
Читайте также
Наверно интересно узнать, почему некоторые вещества получили свое название — галогены, а если попытаться узнать его значение, то оно происходит от дух латинских слов — «галос»- это переводится как соль и «генус», это — рождать.
Вот как раз способность химических веществ взаимодействуя с металлом, образовывать соли и послужило их общему определению, как галогены.
Если касаться истории открытия химических веществ — галогенов, то:
- Фтор (от греческого слова «фторос- гибель), хоть и был известен еще в 18 веке, но в чистом виде был получен химиком-французом Муассаном, только в 1886 г. За это открытие этот ученый был даже удостоен Нобелевской премии.
- Хлор впервые получен в 1774 году К.Шееле, правда он сам не считал, что этот газ является химическим самостоятельным элементом, но все-таки за этим ученым осталось роль первооткрывателя хлора. Название «хлор», означает с греческого, как желто — зеленый.
Бром своим открытием обязан французскому ученому А.Белару, который выявил это вещество в 1825 году. Тут правда тоже есть одна особенность, так как изначально бром получил Ю. Либих, но он посчитал, что это не отдельный газ, а смесь других веществ — йода и хлора. Название «бром» переводится с греческого, как «зловонный».
Йод, открыл в 1811 году химик из Франции Б.Куртуа. Если верить легенде, то причиной открытия йода послужила кошка, которая опрокинула емкость с серной кислотой на вещества, оставшиеся при получении селитры. При случившейся химической реакции стал выделяться фиолетовый пар, поэтому не случайно этот химический элемент имеет название — йод, вед это слово тоже греческие и переводится как фиолетовый.
Да, Вы все написали правильно. Реакция называется поликонденсация. Вот только одна неточность. над стрелкой в уравнении реакции Вы написали «-Н2О», а нужно написать «-n Н2О», т.е. количество солей выделяющейся воды равно количеству молей вступивших в поликонденсацию молей глюкозы.
Эмульсии— это жидкости, в составе которых находятся взвешенные частицы других, нерастворимых в них жидкостей. Типичные примеры природных эмульсий- молоко и кровь, нефть.Эмульсии обычно являются неустойчивой средой, в них происходит самопроизвольное слияние частиц однородной среды друг с другом (этот процесс называется коалесценция), приводящее к расслаиванию эмульсии на составляющие её жидкости ( молоко-сыворотка- творог).
Искусственные эмульсии получают путем механического диспергирования одной жидкости с другой, представленной в большем объёме, чем первая, с присутствием эмульгаторов, веществ, предотвращающих процесс расслаивания эмульсии. Эмульгаторами служат белки, различные каучуки, щелочноземельные металлы.
Самый простой пример искусственной эмульсии- это майонез, состоящий из нескольких взаимно нерастворимых веществ (растительное масло,сметана, яичный желток), маргарин, различные косметические мази, масла, лекарственные препараты, витамины , медицинские свечи.
Из минеральных, т.е. неорганических кислот (обычно упоминаемых, встречающихся в школе, в техникумах, в ВУЗАХ и обычных производственных лабораториях) к сильным относятся серная, азотная, соляная, бромистоводородная, иодистоводородная, хлорная, бромная, иодная. Из органических сильной является пожалуй только пикриновая. Правда есть ещё карборановая, но я с ней не знаком, поэтому не знаю, насколько она сильна (как кислота). Обычно слабые кислоты являются и слабыми электролитами.
Основные химические элементы, из которых состоит сахарный песок (сахароза) — это углерод, водород и кислород. А в очень малых количествах в сахарном песке есть атомы всех элементов таблицы Менделеева (кроме последних десятков, полученных искусственно). Еще в 1909 году замечательный ученый Владимир Иванович Вернадский сказал, что в каждой капельке, в каждой пылинке вещества на Земле по мере увеличения чувствительности методов аналитической химии ученые будут открывать все новые и новые элементы.
сказал Вернадский.