Каким продуктом взаимодействия является водород
Описание
Содержимое в человеческом организме
Биологическая роль
Источники
Суточная потребность
Недостаток и избыток
Токсичность
Описание
(вернуться к оглавлению)
Водород обладает атомом с простейшим строением. Он содержит один электрон и один протон. В периодической системе элементов водород занимает первое место. Водород – наиболее распространенный элемент во Вселенной, так как его атомы сосредоточены в межзвездном пространстве (88,6% атомов, 11,3% атомов приходится на гелий, и только 0,1% – атомы всех остальных элементов). Это пространство не однородно. Водород сконцентрирован в скопления в виде огромных облаков. Помимо этого, водород составляет больше половины массы солнца и большинства звезд. Водород составляет около 1% от общей массы земной коры.
Простое вещество состоит из молекул Н2. При обычных условиях водород представляет собой бесцветный газ, не имеющий запаха, по свойствам приближающийся к идеальному газу. Межмолекулярные взаимодействия в водороде слабы, и поэтому он имеет очень низкие температуры плавления (-259°С) и кипения (-253°С).
Водород взаимодействует практически со всеми простыми веществами, как с металлами, так и с неметаллами. Способность молекулярного водорода реагировать с другими веществами существенно зависит от температуры. Энергия связи в молекуле Н2 (436 кДж/моль) достаточно велика, это позволяет при комнатной температуре (и в темноте) существовать смесям водорода, например, с кислородом или хлором. Но уже при 200-400°С водород проявляет высокую химическую активность.
Из всех соединений водорода наибольшее значение имеет его оксид Н2О, называемый водой. Общее количество воды на Земле, включая связанную в минералах литосферы и мантии, оценивается в 1,6?106 км3, в том числе пресной воды — 9?107 км3. Вода — непременный участник всех процессов жизнедеятельности. В живых организмах она составляет от 50% до 90% их общей массы.
Пресная вода содержит в среднем 35 г/л растворенных солей. В основном это хлористый натрий NaCL (27 г/л). Установлено, что океанская вода содержит в той или иной форме практически все элементы периодической системы.
Вода обладает уникальной химической связью, которая обуславливает ее уникальные химические свойства – увеличение плотности воды при плавлении. Она обладает значительной способностью реагировать с другими веществами. Вода реагирует со многими простыми веществами, как металлами, так и неметаллами, с оксидами, галогенидами и другими классами веществ. Наконец, вода является прекрасным катализатором большинства окислительно-восстановительных реакций.
Помимо оксида, водород образует еще одно соединение с кислородом – пероксид водорода Н2О2. Возможность его образования и свойства в большей мере определяются свойствами кислорода, чем водорода.
Взаимодействие кислорода и водорода протекает достаточно сложно, при этом скорость взаимодействия сильно зависит от температуры. Вода при непосредственном столкновении молекул Н2 и О2 не образуется. Важно то, что при появлении каждого нейтрального атома водорода образуется не одна, а несколько молекул воды. Взаимодействие водорода и кислорода может происходить не только под воздействием температуры, но и под влиянием катализатора, особенно платины.
Содержание в человеческом организме
(вернуться к оглавлению)
Водород входит в состав почти всех органических соединений, из чего следует, что в организме человека он распространен. Он входит в состав аминокислот, составных частей белков, представляющих основу жизнедеятельности. Помимо этого, водород является компонентом жиров и углеводов, веществ, обеспечивающих процесс жизнедеятельности живых организмов.
Помимо этого, водород присутствует человеческом организме в виде воды. Вода выступает в качестве главной среды процессов жизнедеятельности. В ней растворяется большинство веществ, участвующих в процессах метаболизма. Ниже указано содержание воды в органах и тканях человека.
Содержание воды в организме человека
Орган, ткань, биологическая жидкость | Содержание воды, % |
Головной мозг | 83 |
Спинной мозг | 74,8 |
Почки | 82 |
Сердце | 79 |
Легкие | 79 |
Мышцы | 75 |
Кожа | 72 |
Печень | 70 |
Скелет | 46 |
Желудочный сок | 99,5 |
Слюна | 99,4 |
Плазма крови | 92 |
Моча | 83 |
Желчь | 75 |
Слезная жидкость | 99 |
Биологическая роль
(вернуться к оглавлению)
Как уже было сказано выше, водород входит в состав органических соединений, из которых состоят органические формы жизни. Он входит в состав белков (10%), жиров (4,9%), углеводов (6,18%), нуклеиновых кислот, гормонов, ферментов, витаминов, то есть можно сказать, что водород в той или иной степени важен для всех органов и систем живого организма, и всех, протекающих в них процессов, поддерживающих его жизнедеятельности.
Помимо этого, водород входит в состав воды, которая составляет 60% от массы тела и является основой жизни.
Источники
(вернуться к оглавлению)
Основными источниками водорода являются вода и пища, состоящая все из тех же органических веществ – белков, жиров, углеводов и других. При попадании в организм эти вещества под действие пищеварительной системы распадаются до мономеров, которые в дальнейшем используются нашим организмом для собственных нужд. В основе этого процесса лежат соединения, в состав которых входит водород.
Суточная потребность
(вернуться к оглавлению)
Суточная потребность водорода не нормируется, но существуют нормы потребления вышеперечисленных органических веществ с пищей, в состав которых входит водород.
Помимо этого, существует суточная норма потребления воды, как необходимого для жизни вещества, она составляет 3 л.
Недостаток и тзбыток
(вернуться к оглавлению)
Вряд ли, представляется возможным оценить, как на организм влияет недостаток или избыток водорода, поскольку он входит в состав почти всех необходимых человеку веществ. Поэтому можно оценивать влияние нехватки или избытка лишь конкретных его соединений.
Особенное значение стоит уделить нехватке воды. Так как вода является основой живого организма, то ее недостаток отрицательно влияет на все происходящие в нем процессы. Недостаток воды приводит к такому патологическому состоянию как обезвоживание, которое может быть смертельно при потере воды 20-25% от общего количества воды в организме. Это может быть вызвано как недостаточным поступлением воды в организм человека, так и чрезмерной ее потерей, в следствии различных физиологических нарушений (например, диарея).
Токсичность
(вернуться к оглавлению)
Сам по себе водород не токсичен, но он является весьма распространенным веществом, входящим в состав множества токсичных химических соединений. Например, водород является частью бензола C6H6, вещества, стоящего на втором месте по токсичности согласно данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ). Или, например, так называемая тяжелая вода D2O, представляющая собой соединение изотопа водорода дейтерия и кислорода, так же является токсичным веществом.
Часть 1.7. Принцип образование водорода.
Водород является доминирующим веществом в нашей Вселенной, как по массе, так и по количеству атомов. Именно образующие водород частицы — протоны и электроны, стали основой для появления «стабильных» нейтронов и всей остальной видимой материи — элементов таблицы Менделеева. Образование атомов водорода может происходить по четырем вариантам (схемам):
1.7.1. Вариант—1. Путем присоединения одиночного электрона (рис. 10) к одиночному протону (рис.9). Однако в этом случае необходимо определиться с масштабами образования одиночных протонов и электронов и оценить вероятность их результативных встреч.
1.7.2. Вариант—2. Образование атомов водорода при взаимодействии СВЧ-волны с позитронием (см. рис.11).
Рис. 11. Схема образования атома водорода на позитронии.
Образование атома водорода происходит в следующей последовательности:
б) на «поверхности» позитрона или «впритирку» с ним образуется электрон-позитронная пара;
в) в первую очередь взаимодействуют два позитрона с антипараллельными спинами. В результате взаимодействия появляется «сдвоенная» частица, а затем образуются три частицы с зарядом +2/3;
г) во вторую очередь происходит частичная аннигиляции электрона и одной частицы (+2/3) с образованием частицы с зарядом -1/3 и выделением энергии. В результате взаимодействия образуется комбинация из трех частиц: двух частиц с зарядом +2/3 и одной частицы с зарядом -1/3;
д) из материи СВЧ-волны (или фотонов поступающих в зону реакции) образуется электронейтральный глюон, который вначале «обволакивает» дробные частицы, в результате чего образуются кварки, а затем формирует «тело» протона. Этот протон совместно с имеющимся электроном образует атом водорода.
Однако позитроний является короткоживущей системой и поэтому сомнительно, чтобы именно этот вариант образования водорода был основным при рождении материи.
1.7.3. Вариант—3. Образование атомов водорода при взаимодействии «лоб в лоб» двух СВЧ-волн (см. рис.12). Этот вариант интересен тем, что позволяет автоматически («одним действием»), без всяких дальнейших маловероятных «встреч» одиночных протона и электрона (см. пункт 1.7.1) получить атомы водорода. При этом практически исчезают некоторые допущения при образовании «сдвоенной» частицы, (см. пункт 1.2.4).
Рис.12. Схема образования водорода при взаимодействии двух СВЧ-волн.
В этом варианте образование атомов водорода происходит в следующей последовательности:
а) при взаимодействии двух СВЧ-волн происходит образование двух электрон-позитронных пар. При этом, в первую очередь образуются частицы с параллельными спинами и только затем, «на поверхности» или «впритирку» с ними — частицы с антипараллельными спинами;
б) в первую очередь происходит взаимодействие двух позитронов с антипараллельными спинами. В результате взаимодействия появляется «сдвоенная» частица, а затем образуются три частицы с зарядом +2/3. Один из электронов не принимает участия в реакциях образования частиц («отходит в сторону»);
в) во вторую очередь возникают условия для взаимодействия (частичной аннигиляции) электрона и одной частицы (+2/3) с образованием частицы с зарядом -1/3 и выделением энергии;
г) в результате взаимодействия образуется комбинация из трех частиц: двух частиц с зарядом +2/3 и одной частицы с зарядом -1/3;
д) из материи СВЧ-волны образуется электронейтральный глюон, который вначале «обволакивает» дробные частицы, в результате чего образуются кварки, а затем формирует «тело» протона;
е) этот протон и «отошедший» электрон формируют атом водорода.
1.7.4. Вариант—4. Образование протонов и далее водорода «обходным способом» — через нейтроны. Схемы процессов образования нейтрона и водорода очень похожи, а свободный нейтрон является нестабильной частицей и через 886 секунд распадается на протон, электрон и антинейтрино. В дальнейшем эти протон и электрон могут образовать полноценный атом водорода по варианту-1. Более подробно этот вариант рассмотрен в части 1.8. «Нейтрон».
1.7.5. Теоретически, образование видимой материи в той или иной степени могло происходить по всем вариантам. К сожалению, оценить эти варианты и сделать правильный выбор в данной работе не представляется возможным.
Часть 1.8. Нейтрон.
1.8.1. Нейтрон является последней из четырех основных частиц (электрон-позитрон, протон-нейтрон) наличие которых определило появление элементов таблицы Менделеева. Однако вопрос об участии нейтрона в процессе образования видимой материи довольно неоднозначный. С одной стороны:
а) схемы процессов образования нейтрона и водорода очень похожи, однако процесс образования нейтрона более энергозатратный, чем протона;
б) на данной стадии нейтрон не нужен, поскольку при появлении видимой материи образование сложных ядер элементов таблицы Менделеева не происходит, а для процесса образования звезд вполне достаточно одного водорода. Поэтому (по логике) в период образования материи Природе нет никакого смысла тратить время и энергию на «производство» энергозатратных короткоживущих промежуточных частиц. Вполне достаточно одного процесса образования водорода.
С другой стороны:
а) свободный нейтрон является нестабильной частицей и через 886сек распадается на протон, электрон и нейтрино. Поэтому процесс распада нейтрона интересен тем, что в период образования видимой материи возможен вариант образования протонов и далее водорода «обходным способом» — через нейтроны.
Процесс образования нейтрона возможен только при участии двух электрон-позитронных пар и может происходить по двум вариантам:
а) при взаимодействии СВЧ-волны с электрон-позитронной парой (позитронием);
б) при взаимодействии «лоб в лоб» двух СВЧ-волн.
Рис.13. Схема образования нейтрона на позитронии.
1.8.2. Вариант—1. Образование нейтрона при взаимодействии СВЧ-волны и электрон-позитронной пары практически аналогично процессу образования протона. Разница заключается лишь в том, что с тремя дробными частицами +2/3 должны взаимодействовать два электрона, (см. рис.13). В результате появляется комбинация из одной частицы (+2/3) и двух частиц (-1/3), на основании которых образуются комбинация кварков uddи далее нейтрон. Однако образование нейтрона при взаимодействии СВЧ-волны и электрон-позитронной пары возможно, по-видимому, только теоретически. Практически, из-за сравнительно короткой жизни позитрония этот процесс в реальности маловероятен. Кроме того существуют очень большие неясности в поведении второго электрона, который должен переместиться в зону реакции в строго определенное время. В связи с этим можно констатировать, что в реальности этот довольно сложный процесс в заметных количествах происходить не может.
1.8.3. Вариант—2. Процесс образования нейтрона при взаимодействии «лоб в лоб» двух СВЧ-волн, см. рис.14.
Рис.14. Схема образования нейтрона при взаимодействии двух СВЧ—волн.
Следует обратить внимание на то, что схемы образования нейтрона и водорода при взаимодействии «лоб в лоб» двух СВЧ-волн очень похожи. При этом процесс образования нейтрона «технически» более прост, чем водорода (нет проблемы «отходящего в сторону» электрона). И можно предположить, что именно нейтрон был главным поставщиком частиц (протонов и электронов) и являлся главным «действующим лицом» при образовании видимой материи (водорода).
1.8.4. Однако сделать однозначный вывод по варианту образования протонов и далее водорода «обходным способом» (через нейтроны) в данной работе не представляется возможным. В любом случае, появление нейтронов (а росле распада — протонов и электронов) может реально ускорить процесс появления видимой материи (см. пункт 1.2).
1.8.5. «Устойчивые» нейтроны, необходимые для построения химических элементов таблицы Менделеева, могут появиться только в недрах звезд первого поколения, где созданы вполне комфортные условия для их появления в энергогзатратных процессах бета-плюс-распада или электронного захвата и имеются возможности для их «сохранения» в составных ядрах.
Часть 1.9. Гелий.
1.9.1. Участь гелия предопределена последовательностью (вариантами) образования протонов и нейтронов, поэтому:
а) в период образования материи (в открытом Космосе) образование гелия из одиночных частиц (протонов и нейтронов) — исключается, поскольку процесс образования видимой материи из СВЧ-волн является «холодным» процессом;
б) теоретически существует вариант «одномоментного» образования гелия при взаимодействии «лоб в лоб» двух СВЧ-волн. Но при этом потребуется одновременное образование «впритирку» восьми электрон-позитронных пар, из которых в определенной последовательности должны появиться: два нейтрона + два протона + два электрона. Это маловероятно и также исключается.
1.9.2. Таким образом:
а) в период образования видимой материи в Космосе не существует реальных условий для последовательного или «одномоментного» образования гелия (а также дейтерия и трития) из СВЧ-волн в заметных количествах;
б) на первых этапах развития Вселенной гелий является в принципе «бесполезным» элементом, поскольку на первых этапах жизни звезд не принимает в термоядерных реакциях никакого участия. Поэтому в период образования материи Природе нет никакого смысла тратить силы и энергию на его «производство».
в) весь существующий на данный момент гелий является продуктом следующих этапов видоизменения материи (например: «горячего» протон-протонного цикла) происходящих в звездах. То есть: весь гелий, а затем и другие химические элементы, начали образовываться только в звездах или впредзвездных процессах (если они происходили) в результате нуклеосинтеза и только после появления «устойчивых» нейтронов.
Часть 1.10. Материя и антиматерия.
1.10.1. Внастоящее время в Космосе антиматерии в заметных количествах не наблюдается и ее общее количество ориентировочно определено в размере 0,0004%. Регистрируется лишь небольшое количество реакций, косвенно указывающих на наличие позитронов. Однако эти позитроны появились не при первоначальном процессе образования видимой материи, а образуются в настоящее время при текущих реакциях превращения элементов таблицы Менделеева и при взаимодействии квантов между собой или с веществом.
1.10.2. Таким образом, Природа дала четкий и однозначный ответ на эту «не решаемую» задачу (см. Барионная асимметрия Вселенной) — антиматерии в Космосе нет. И решение этой задачи кроется в особенностях процессов взаимодействия СВЧ-волн между собой и с частицами, и частиц между собой.
1.10.3. На всех стадиях появления материи существуют несколько вариантов взаимодействия образовавшихся частиц (электронов и позитронов) между собой и, безусловно, что теоретически образование материи и антиматерии должно было происходить с одинаковой долей вероятности — 50% на 50%. Однако фактически, образование материи возможно (и реально происходило) лишь по одному из двух вариантов.
1.10.4. Один из этих вариантов представлен в данной работе. Согласно этому варианту-1: в первую очередь образуются частицы с параллельными спинами и только затем, «впритирку» с ними, образуются частицы с антипараллельными спинами.При этомскорости реакций взаимодействия между частицами находятся в диапазонах, указанных в пункте 1.4.3. В этом варианте происходит образование сдвоенной частицы из двух позитронов, «сохраняется» электрон и появляется материя.
1.10.5. Указанная последовательность возникает «самопроизвольно» из-за имеющейся Природной особенности при образовании электрон-позитронных пар, а именно: образование ортопозитрония (спины параллельны) происходит в три раза чаще, чем парапозитрония (спины антипараллельны) и возможен самопроизвольный переход ортопозитрония в парапозитроний.
Поэтому, можно предположить, что в этом случае образование частиц и античастиц, без учета самопроизвольного перехода ортопозитрония в парапозитроний, также могло происходить в пропорции 3:1. При этом «чистый выход» материи мог составить 50%.
1.10.6. Также вполне возможно возникновение ситуации, при которой «сдвоенная» частица будет образовываться из двух электронов (далее образуются три дробные частицы -2/3 и «сохраняется» позитрон). В этом случае, вместо материи будет образовываться только антиматерия (антиводород, антигелий и т.д.). Но для этого случая имеются разъяснения в пунктах 1.1.1. и 1.1.11. (материя и антиматерия — это условные исторические названия).
1.10.7. Поскольку в данной работе сделать однозначный вывод по варианту образования только материи или только антиматерии не представляется возможным, то используются исторические названия: материя — электрон, антиматерия — позитрон.
1.10.8. Таким образом:
а) появление видимой материи обусловлено (определено) возможностью протекания одной единственной реакции взаимодействия между двумя позитронами, в результате которой образуется «сдвоенная « частица. Именно протекание этой реакции дает возможность получить дробные частицы (+2/3) и (-1/3), которые в дальнейшем стали основой кварков, протонов, нейтронов и всей таблицы Менделеева.
б)отсутствие в Пространстве заметных количеств антиматерии (или ее остатков) показывает, что в процессе образования видимой материи все реакции появления антиматерии либо происходили сравнительно редко, либо были полностью подавлены. Это обусловлено природной закономерностью при образовании электрон-позитронных пар: образование ортопозитрония происходит в три раза чаще, чем парапозитрония и возможен самопроизвольный переход ортопозитрония в парапозитроний.
в) вопрос о появлении только материи (материи-минус) или только антиматерии (материи-плюс) не является принципиальным, поскольку материя и антиматерия — это условные исторические названия.
1.10.9. Возможно, что кроме принятого в данной работе варианта есть и другие способы (пути) появления видимого вещества (водорода) из электромагнитных волн, однако все они должны отвечать двум условиям:
1. Материя есть.
2. Антиматерии не было, нет и не будет.
1.10.10. Примечание:
В «Разделе 1» приведены основные принципы образования видимой материи. Однако в Космосе для её появления должны были возникнуть необходимые условия (см. Время пришло. Пункт 2.1.). Последовательность и основные принципы возникновения таких условий будут представлены дополнительно.
1.11. Итого по разделу 1.
1. Образование видимой материи (водорода) возможно только по единственной схеме: электромагнитная волна → электрон-позитронная пара → дробные частицы → кварки, глюон → протон, водород.
2. Появление видимой материи обусловлено (определено) возможностью протекания одной единственной реакции взаимодействия между двумя позитронами, в результате которой образуются три дробные частицы +2/3. Именно протекание этой реакции дает возможность в дальнейшем получить частицу -1/3, а затем протон, нейтрон и всю таблицу Менделеева.
3. В соответствии с требованием минимизации энергии, все «твердые» частицы — электроны, позитроны и дробные частицы должны (обязаны) иметь сферическую форму. Такую же форму имеют окруженные глюоном «составные» частицы — кварки, протон и нейтрон.
4. В процессе образования видимой материи реакции появления антиматерии либо происходят сравнительно редко, либо полностью подавлены. Гарантированное образование материи только одного вида (либо материя либо антиматерия) обеспечивается природной закономерностью при образовании электрон-позитронных пар в соотношении орто/пара =3:1. Объектов из антиматерии (облаков, звезд, галактик и т.д.) в Космосе никогда не было, нет и не будет.
5. По-видимому, наиболее вероятными вариантами появления видимой материи (водорода) являлись варианты ее образования из электромагнитных волн: «вариант-3 («лоб в лоб») и (или?) «обходным способом» (через нейтроны). При этом практически исчезают некоторые допущения при образовании «сдвоенной» частицы.
6. Процесс появления видимой материи является «холодным» процессом, поскольку все процессы образования частиц являются энергозатратными, а «излишки» энергии СВЧ-волн после образования частиц превращаются в кинетическую энергию частиц.
7. В период образования видимой материи в Космосе не существует реальных условий для последовательного или «одномоментного» образования гелия (а также дейтерия и трития) в заметных количествах. Практически весь существующий на данный момент гелий является продуктом реакций, происходящих в звездах.
8. Поскольку из электромагнитных волн могут появиться только две эталонные частицы: электрон и позитрон, то на их основе могут появиться только эталонные протоны и нейтроны. Поэтому вся видимая материя нашей и всех других вселенных состоит из одинаковых химических элементов (таблица Менделеева) и везде действуют единые физические константы и фундаментальные законы, аналогичные «нашим» законам. Появление в любой точке бесконечного пространства «других» элементарных частиц и «других» химических элементов – исключается.
9. Вся видимая материя нашей Вселенной (неорганическая и органическая, включая Homo sapiens) является материализованными электрическими полями и могла образоваться только из материи Времени — электромагнитных волн СВЧ-диапазона. Других «материй» для её образования в Космосе не было, нет и быть не может.