Пт? Рассадник





I ОБЫКНОВЕННАЯ

I и

Н ЕОБЫКНО ВЕНН®



Ю. П. Рассадкин

ВОДА
ОБЫКНОВЕННАЯ
И
НЕОБЫКНОВЕННАЯ

Москва 2008
УДК 543.3

ББК 24.4

Рассадкин Ю.П.

Р 24 Вода обыкновенная и необыкновенная. - М.: «Галерея СТО»,
2008. - 840 с.

I8В^ 978-5-900504-62-Х

В книге рассмотрен широкий круг вопросов, связанных со свойства-
ми воды. Создана и излагается комплексная теория процессов, проис-
ходящих в жидкой воде, позволяющая описывать и объяснять многочис-
ленные ее свойства. Книга интересна своей многоплановостью. С одной
стороны, ее можно рассматривать и использовать как Справочник
явлений, связанных с водой, или как Энциклопедию ВОДЫ. С другой сто-
роны, в книге делается попытка объяснить огромный массив явлений с
участием воды с единых позиций - значительной роли процессов, во мно-
гих случаях неравновесных, идущих на колебательных, вращательных и
поступательных степенях свободы молекул Н2О. Книга будет интересна
не только ученым и специалистам, занимающимся исследованиями фи-
зических и химических свойств воды и водных растворов, но и широкому
кругу инженеров, технологов, специалистам водоочистки, изобретате-
лям, а также найдет применение в биологии и медицине.

В дизайне обложки использован интернет-рисунок №571а4е157
886(101СЬ8558164е 166068а, Океанская волна.

Защищено законом РФ об авторском праве. Никакая часть данной книги не
может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме без письменного раз-
решения владельца авторских прав.

18В1Ч 978-5-900504-62-Х

<15 Рассадкин Ю.П., 2008
Рассадкин Юрий Павлович

1939 года рождения, окончил Московский физико-
технический институт в 1967 г., кандидат техниче-
ских наук, автор более ста научных работ и двадцати
пяти изобретений и патентов. Является специалистом
в газовой динамике, термодинамике, теплообмене и
теплопередаче, квантовой механике, колебательной
неравновесной кинетике, физике, химии, газовых лазе-
рах, свойствах воды.
Памяти отца
Рассадкина Павла Михайловича
и матери
Рассадкиной Валерии Александровны
посвящаю
Милая водица -

Дай света твоего напиться,
Чтобы сил набраться
И в гору подняться.

Русская народная пословица
Все начинают от удивления...

Аристотель М.

Узкий специалист подобен флюсу - он
односторонен.

Козьма Прутков
Заключительная победа (над проблема-
ми воды) будет достигнута русскими,
которые ближе к Природе...

Виктор Шаубергер

ВВЕДЕНИЕ

Вода - самое распространенное, самое уникальное и удивитель-
ное вещество в природе. Среди всех веществ, присутствующих на
земле, вода благодаря особым своим квантово-механическим, хими-
ческим и физическим свойствам занимает исключительное положе-
ние в природе и играет особую роль в существовании органической
жизни. Вода - единственное вещество, встречающееся в огромных
количествах в естественных условиях во всех трех агрегатных со-
стояниях - твердом, жидком и газообразном. Именно благодаря
тому, что основная масса воды на планете Земля находится в жид-
ком состоянии, идут все геологические процессы, включающие рас-
плав вещества литосферы земли, образование и разрушение горных
пород, вулканизм, подвижку материковых плит, а также явления в
гидросфере и атмосфере. Покрывая около % поверхности нашей
планеты, жидкая вода является не только колыбелью образования
жизни всех живых существ и растительности на Земле, но постоян-
но ее поддерживает уже миллиарды лет. Это происходит не только
за счет свойств универсального растворителя большинства веществ,
среды существования растительных и живых клеток, участия прак-
тически во всех органических и неорганических реакциях, но и
благодаря ее уникальным свойствам быть энергоносителем и источ-
ником базовых резонансных частот всех биологических процессов,
происходящих в растениях и живых организмах. Как подчеркивал
Вернадский, нет такого компонента, который мог бы «сравниться
с ней по влиянию на ход основных, самых грозных геологических
процессов. Нет земного вещества - минерала, горной породы, жи-
вого тела (растения), которое ее не включало. Все земное вещество
под влиянием свойственных воде частичных сил, ее парообразного
состояния, ее вездесущности в верхней части планеты (а также в ги-
дросфере и литосфере) - ею проникнуто и охвачено». Вода обладает
многообразием форм взаимодействий с окружающими твердыми,
жидкими и газообразными веществами. В одних случаях она входит
в состав веществ за счет химических связей, в других - гидратирует
ионы благодаря электростатическим силам, в третьих - заполняет
микропоры и микроканалы вследствие энергии взаимодействия с
активными (гидрофильными) элементами, в четвертых - благодаря
межмолекулярным связям молекул Н2О образует жидкость, в пятых
- за счет внутренней энергии жидкой воды растворяет различные
жидкие, твердые и газообразные вещества.

Чем глубже наука изучает свойства этого удивительного, пол-
ного загадок и невероятных свойств вещества, тем больше возника-
ет нерешенных вопросов и тонкостей, требующих не только самых
совершенных методов исследований, но также пересмотра некото-
рых, казалось бы «незыблемых» постулатов квантовой механики,
межмолекулярных и межатомных взаимодействий, химии и физики
водных растворов. Еще академик Н.Н. Семенов писал «Чем глубже
ученые постигали природу воды, тем больше убеждались в ориги-
нальности ее поведения, в неочевидности ее свойств, в новых, еще
не до конца раскрытых, ее структурных особенностях». Известный
физик Г.С. Ландсберг так писал о жидкостях и, в частности, о воде:
«Следует отметить, что мы имеем гораздо менее отчетливые пред-
ставления о строении жидкостей, чем о строении газов и строении
кристаллических тел, что объясняется гораздо большей сложностью
явлений, характеризующих жидкости». С момента этих высказыва-
ний великих ученых прошло более шестидесяти лет, но ситуация
изучения свойств жидкостей, в особенности жидкой воды, осталась
фактически на прежнем уровне. В этом плане можно перечислить
следующие нерешенные проблемы, связанные с жидкой водой: не-
ясна окончательно ее структура, непонятно откуда берется энергия
для ее поддержания, нет теорий на квантово-механическом уровне
межмолекулярных взаимодействий, растворения твердых и жидких
веществ, электролитов, взаимодействия воды с твердым гидрофиль-
ным веществом, гидратации ионов, полупроницаемых мембран и яв-
ления осмоса, образования потенциала нулевого заряда на металле,
контактирующим с водой, образования коллоидных частиц, капил-
лярных эффектов и менисков на поверхностях, разделяющих различ-
ные фазовые состояния воды, объяснения немонотонных зависимо-
стей физических свойств воды от температуры, фазовых переходов
второго рода, сильного влияния очень слабых акустических, электро-
магнитных, световых воздействий на физические свойства жидкой
воды. Такая ситуация, по мнению автора, не менее чем на столетие
затормозила развитие биологии и медицины, когда до сих пор оста-
ются непонятными многие процессы, происходящие на уровне жи-
вой клетки, и связанные со свойствами жидкой воды, такие, напри-
мер, как проникновение через мембрану в большей степени одних
ионов и в меньшей - других, наличие разности потенциалов на ней
с напряженностью электрического поля вплоть до 106 В/см и т.д. До
сих пор нет фундаментальных теорий: процессов дыхания в легких
человека, кровообращения в микрокапиллярах, энергизации клеток,
влияния лекарств на организм человека, всех видов терапевтических
лечений (инфразвуком, ультразвуком, лазерным КВЧ и ультрафиоле-
товым излучением), гомеопатии, и этот перечень можно продолжить
большим списком. Отсутствие комплексной теории жидкой воды до
сих пор не позволяет понять, например, уникальных экспериментов
Н. Тесла по воздействию электромагнитных волн на окружающее
воздушное пространство и работу «вечных» двигателей, созданных
Р. Клеммом и В. Шаубергером.

Такая ситуация с изучением свойств жидкой воды связана, с
одной стороны, действительно, с очень сложной проблемой ком-
плексного влияния большого количества факторов на ее состояние, а
с другой - слишком узкой специализацией ученых во всем мире, за-
нимавшихся исследованием воды. Как правило, каждый специалист
- химик, спектроскопист, технолог, инженер, изобретатель, метео-
ролог и многие другие, рассматривает изучаемый вопрос со своей
узко-специальной «колокольни». Многие исследователи «копают
свои научные ямы», погружаясь в которые и достигая в их глуби-
не высот профессионализма и научного знания, они в то же время
уже не в состоянии «высунуть голову» и окинуть взглядом окружаю-
щий мир, чтобы соотнести глубину своей ямы с глубиной соседних
и более далеких или пригласить заинтересованных соседей для со-
вместных исследований. Такой ограниченный взгляд не позволяет
выявить сущность процессов, выходящих за рамки знаний «узких»
специальностей, и понимания общей проблемы достичь не удается.

Как показал опыт работы над комплексной теорией процессов,
происходящих в жидкой воде и изложенной в настоящей книге, необ-
ходимо было привлекать знания из следующих областей науки: кван-
товой механики - о строении электрона, атомов, молекул, структурах
электронных, колебательных и вращательных уровней, энергии их
взаимодействия и деформации; молекулярной физики - о всех видах
сил взаимодействия между молекулами в жидкости; лазерной фи-
зики - о квантовых переходах между колебательно-возбужденными
молекулами воды и испускания ими фотонов света, а также поглоще-
ния различных видов излучения в жидкой воде; химии равновесных
реакций в газовой и жидкой фазах с участием молекул воды; химии
колебательно-неравновесных цепных реакций в чистой жидкой воде
с выделением энергии на колебательные степени свободы молекул;
физики взаимодействия колебательно возбужденных молекул воды с
веществом; электростатики и электромагнетизма; кавитации и обра-
зования пузырьков в жидкости; гидродинамики и газовой динамики;
теплообмена и теплопередачи. В процессе работы над этой книгой
было использовано и проанализировано огромное количество лите-
ратурных источников, относящихся к воде в ее различных состоя-
ниях и к процессам, идущих в воде или с участием воды. В пред-
лагаемой книге автор собрал из разных областей знания доступные
ему работы, связанные с водой, и попытался объяснить неясные или
неправильно (с точки зрения автора) трактуемые результаты экспе-
риментальных данных с принципиальной позиции термодинами-
чески неравновесных процессов, идущих в жидкой воде с участием
колебательно-возбужденных молекул. Начало изучения и понимания
механизма таких неравновесных реакций и процессов было положено
лауреатом Нобелевской премии академиком Н. Семеновым при изу-
чении реакции окисления фосфора, в которых впервые были развиты
взгляды о цепных химических реакциях. Вторая основа настоящей
работы - неравновесные процессы на колебательно-вращательных
степенях свободы молекул, начала внимательно изучаться при ис-
следованиях двух очень узких вопросов: поглощения и рассеяния
ультразвуковых волн в газе и химических реакций в газовой фазе с
участием колебательно-возбужденных молекул реагентов. Наиболее
полно весь этот круг знаний по первой проблеме нашел применение
при исследовании и создании химических лазеров с различными ра-
бочими телами, а по второму - проводилось только теоретическое
исследование некоторых химических реакций в газовой фазе. Но
этими направлениями науки тоже занимается сравнительно мало ис-
следователей, которые изучают свои, достаточно узкие вопросы.

Краткая сущность комплексной теории процессов, происходя-
щих в жидкой воде, заключается в следующем. Фундаментальное
положение, лежащее в основе ее, связано с тем фактом, что жидкая
вода не является термодинамически равновесной системой ее моле-
кул и других элементов, находящихся в ней. Считается, что суммар-
ная энергия, например, двух изолированных атомов больше полной
энергии молекулы, образовавшейся из этих атомов, причем разность
этих энергий рассеивается в пространстве. На самом деле значитель-
ная часть этой энергии идет на сжатие электронных орбиталей ато-
мов (их деформацию), она никуда не теряется, а запасается в энергии
межатомных связей. При этом, вследствие закона квантования и ан-
гармонизма электронных уровней в атомах, объединенных в моле-
кулу, перестраиваются не только внешние валентные орбитали, но и
все внутренние, поэтому атом, находящийся в молекуле, переходит
из равновесного в некоторое возбужденное состояние. Точно также
все атомы, присутствующие в твердых кристаллических и аморф-
ных веществах, находятся в возбужденном состоянии, причем сте-
пень возбуждения будет сильно зависеть от энергии взаимодействия
между атомами. В жидкостях, в частности, в жидкой воде, благодаря
энергии межмолекулярных связей (теплота испарения), молекулы
деформируются: уменьшается полярный угол между связями О-Н и
длина этих связей по сравнению с соответствующими величинами
молекулы воды в газовой фазе. Это приводит к значительной пере-
стройке структуры колебательных и вращательных уровней молекул
Н2О, а, следовательно, к переходу их в колебательно-возбужденное
состояние. Степень деформации молекулы и, как следствие, энергия,
в основном, колебательного возбуждения сильно зависят от агре-
гатного состояния воды (жидкая, лед, в пленке, гидратированная на
ионах, связанная с активными гидрофильными веществами и т.д.)
и может меняться от энтальпии испарения жидкой воды до энергии
диссоциации ее на радикалы ОН и Н. Вследствие постоянных пере-
ходов молекул из одного возбужденного состояния в другое в жидкой
воде образуются фотоны света от инфракрасного до ультрафиолето-
вого диапазона, которые практически резонансно поглощаются теми
же молекулами Н2О, и таким образом осуществляется перераспреде-
ление запасенной колебательной энергии по всему объему воды. Бла-
годаря колебательному возбуждению молекул существенно интенси-
фицируются химические реакции в чистой жидкой воде между всеми
элементами, состоящими из атомов О и Н, а также ионов и электро-
нов (О, О2, О3, ОН, НО2, Н2О2, Н2О, ОН-, Н+, е ), причем скорости не-
которых из них при комнатной температуре могут возрастать, напри-
мер, до 1015 раз. В результате взаимного влияния всех этих элементов
и степени энергонасыщенности создаются условия протекания цеп-
ных колебательно-неравновесных экзотермических химических ре-
акций, когда на входе, например, одного цикла из молекул О2 и Н2О
образуются молекулы Н2 и Н2О2, а другого - из молекул Н2О соот-
ветственно Н2. При этом, выделяющаяся энергия в этих реакциях,
запасается на колебательных степенях свободы всех молекул жидкой
воды и за счет переизлучения в виде фотонов света перераспределя-
ется по всему объему воды. В этих процессах выделяющаяся энергия
получается за счет энергии межатомных и межмолекулярных связей
молекул воды, то есть сами молекулы воды выступают в качестве
топлива, при этом подчеркнем, что закон сохранения энергии систе-
мы частиц выполняется, а происходит ее перераспределение между
всеми степенями свободы частиц: электронными, колебательными,
вращательными, поступательными и связями между ними. Структу-
ра воды, в состав которой входят «свободные» молекулы, кластеры,
клатраты, пузырьки, ионы, молекулы растворенных газов и других
веществ, является вторичным фактором и сильно зависит от степе-
ни энергизации всех ее элементов. Эта теория позволяет объяснить,
описать и рассчитать, в том числе количественно, практически все
свойства воды, а также, приведенные в книге, экспериментальные
данные, связанные с жидкой, газообразной и аэрозольной водой, на
основании существующих фундаментальных законов квантовой ме-
ханики, физики и химии без привлечения «революционных» теорий
«новых» частиц, влияния «энергии вакуума», гравитации, космиче-
ского излучения, влияния «высшего разума» и т.д.

Книга включает в себя десять глав, и в первой главе рассматрива-
ются некоторые проблемы квантовой механики сил взаимодействия
атомно-молекулярных систем, структура электрона, типы связей
между атомами в молекулах и кристаллической решетки. Делается
вывод, что все виды связей между атомами и молекулами фактически
можно отнести к одному типу - дисперсионных сил, определяемых
флуктуациями зарядовой плотности электронов и соответствующих
собственных резонансных частот колебаний электронов, атомов и
молекул. На основании достаточно простых формул делаются рас-
четы относительной величины прочности кристаллических веществ
64-х элементов периодической таблицы, а также абсолютных вели-
чин энергии связи и деформации различных двухатомных молекул,
сравнение с экспериментальными данными которых показывает удо-
влетворительное согласие. Анализируются все виды межмолекуляр-
ных связей в жидкой воде, показывается, что они также могут быть
классифицированы как дисперсионные.

Во второй главе детально анализируются вопросы деформации
молекул воды в различных агрегатных состояниях. С помощью спе-
циальной методики, проверенной на опытных данных, рассчитыва-
ются геометрические характеристики молекул воды (длина связи
О-Н, полярный угол между связями, эквивалентный радиус молеку-
лы, момент инерции относительно трех осей) для различных агре-
гатных состояний и восемнадцати значений энергии сжатия межмо-
лекулярных взаимодействий в диапазоне от нуля до 500 кДж/моль.
Исследуется воздействие различных факторов на геометрические
характеристики молекулы воды, а также показывается сильное влия-
ние энергии сжатия на величину первых колебательных уровней
симметричной, асимметричной и деформационной мод.
Третья глава посвящена теоретическому исследованию спек-
тральных характеристик жидкой воды. Приводится сводная таблица
экспериментальных литературных данных по резонансным часто-
там жидкой воды. Описывается расчетная методика анализа инфра-
красных спектров с учетом уширения спектральных линий и ангар-
монизма колебательных уровней. На основе экспериментальных
данных определяется минимальный вращательный квант энергии
жидкой воды, а также вычисляются первые колебательные уровни
и величины ангармонизма всех трех мод для различных агрегатных
состояний воды. С помощью этой методики рассчитывается система
колебательных уровней молекул Н2О для конкретной опытной спек-
трограммы чистой не дистиллированной воды и определено, что в
воде присутствуют колебательно возбужденные молекулы с первого
по одиннадцатый для симметричной и асимметричной мод, а также
с первого по седьмой деформационной моды. При этом оказалось,
этот спектр колебательных уровней существенно отличается от со-
ответствующего для молекул газовой фазы, а сравнение квантов из-
лучения, образующихся в результате одноквантовых и двухкванто-
вых переходов между уровнями, показало хорошее совпадение со
всеми экспериментальными частотами резонансного поглощения в
жидкой воде. Представлена система всех возможных резонансных
квантовых переходов с симметричной моды на деформационную и
обратно, а также с асимметричной моды на деформационную и об-
ратно с минимальным дефектом энергии между ними (меньше кине-
тической энергии молекул), по которым с наибольшей вероятностью
и происходит перераспределение колебательной энергии между мо-
лекулами. Анализируются релаксационные процессы колебательной
энергии в тепло в жидкой воде и показывается, что они на многие
порядки меньше, чем в газовой фазе. Теоретические расчеты срав-
ниваются с экспериментальными данными различных известных
типов излучений (сонолюминесценция, хелюминесценция, криолю-
минесценция, флуоресценция) и показывается их хорошее совпаде-
ние, кроме того, приведена сводная таблица экспериментальных и
расчетных резонансных частот жидкой воды.

В четвертой главе анализируются все возможные химические
реакции, которые могут идти в чистой жидкой воде. Детально иссле-
дуются причины и сам процесс диссоциации и ионизации молекул
Н2О в зависимости от температуры, а также образование нейтраль-
ных радикалов. Приводятся расчеты энергии свободного электрона,
его гидратации, кроме того, квантово-механические реакции колеба-
тельного возбуждения радикала ОН и растворенных в воде газов О2,
М2, Н2. Детально анализируются все возможные реакции, протекаю-
щие в жидкой воде, делается из них отбор наиболее вероятных по
критерию максимальных экспериментальных скоростных коэффи-
циентов при комнатной температуре с учетом для некоторых из них
также колебательно-возбужденных молекул реагентов. Показывает-
ся, что все они могут идти только с участием в акте взаимодействия
молекул воды при условии минимального дефекта энергий теплово-
го эффекта реакции и поглощенного (излученного) колебательного
кванта энергии молекулой Н2О. Из общей системы химических реак-
ций сделана выборка возможных экзотермических цепных реакций
(водородного типа) с выделяющейся энергией от 30 до 316 кДж/моль,
которая перераспределяется по колебательным степеням свободы
молекул. Точно также показана возможность протекания эндотерми-
ческих цепных реакций (кислородного типа) в случае подвода энер-
гии с колебательных уровней молекул воды. Показано, что известная
диаграмма Пурьбе разделяет область состояния жидкой воды на три
части: область экзотермических реакций с выделением водорода, а
при условии большого подвода энергии и самоподдерживающего-
ся распада воды; область эндотермических реакций с выделением
кислорода при условии повода энергии извне; область устойчивого
состояния воды. В этой же главе исследуются различные внешние
воздействия на протекание химических реакций, а также приводится
большое количество экспериментальных данных, подтверждающих
наличие неравновесных химических реакций в жидкой воде.

Пятая глава посвящена влиянию молекул воды в химических ре-
акциях газовой фазы. Изложена теория и приведена полная система
реакций колебательного обмена и релаксаций молекул газов в сово-
купности с системой колебательно-неравновесных химических ре-
акций горения окиси углерода в присутствии паров воды при низких
температурах 60(Н900°К. Теория и большое количество приведен-
ных экспериментальных данных показывают, что полное выгорание
окиси углерода (практически до нуля) происходит потому, что моле-
кулы воды разваливаются на радикалы ОН, Н, и возникает самопод-
держивающаяся взрывная реакция. Кроме того, приведены системы
химических реакций и большой экспериментальный материал по
нейтрализации окислов азота при низких температурах без присут-
ствия твердых катализаторов. Описана действительная теория влия-
ния твердых катализаторов на реакции сжигания окиси углерода и
нейтрализации окислов азота при низких температурах с подтверж-
дением на основе большого экспериментального материала. Создана
и описана теория процессов, происходящих в закрученном потоке
влажного воздуха, объясняющая выделение энергии за счет тех же
явлений развала молекул воды и появления излучений, которая по-
зволяет объяснить многие экспериментальные данные. Создана и
описана теория процессов, происходящих при взрыве аэрозолей под
действием слабых внешних воздействий, позволяющая объяснить
многие опытные факты.

Физические свойства жидкой воды исследуются в шестой гла-
ве. Подробно описана структура воды с обоснованием большого
объема экспериментальных данных и показана степень влияния на
ее характеристики различных внешних воздействий. Излагается тео-
рия колебательных процессов всех составляющих элементов воды и
на основании опытных данных делается вывод, что жидкая вода как
комплексная колебательная общность частиц относится к нелиней-
ным системам по признакам кратности резонансных частот и неизо-
хронности колебательной системы, то есть зависимости ее основных
частот и гармоник от амплитуды или энергии колебаний. Дается
определение аттрактора жидкой воды, и показываются его возмож-
ные варианты существования: стационарный, автоколебательный и
стохастический. С привлечением теории фазовых переходов второго
рода в жидкостях, изложенной в трудах Л.Д. Ландау, а также закона
квантования энергии взаимодействия диполей рассчитываются соот-
ветствующие критические температуры этих переходов для жидкой
воды в диапазоне от - 77°С до 100°С, которые находятся в хорошем со-
гласии с большим числом опытных данных. Подробно описываются
и объясняются температурные зависимости всех физических свойств
жидкой воды с привлечением большого экспериментального мате-
риала. Изложенная теория процессов, происходящих в жидкой воде,
позволила описать на основе фундаментальных законов квантовой
механики явления, существующие в полупроницаемых мембранах
(явление осмоса), взаимодействие молекул Н2О с гидрофильными эле-
ментами и веществами. Созданы и описаны с привлечением законов
квантовой механики, лазерной физики, колебательно-неравновесной
кинетики теории растворения солей, кислот и щелочей в жидкой
воде. На основании этих же положений с новых позиций описаны и
объяснены физико-химические свойства электролитов и неэлектро-
литов, электрическая проводимость жидкой воды, строение и про-
цесс образования коллоидных частиц в водном растворе.

В седьмой главе приведен большой фактический материал по
влиянию различного типа внешних воздействий, таких как: приме-
сей, температуры, структуры воды, переменного магнитного и элек-
тромагнитного поля, акустических колебаний, монохроматического
и КВЧ излучений, энергии взаимодействия с гидрофильными веще-
ствами на характеристики жидкой воды и параметры ее аттрактора.
Объяснено и показано с применением конкретных расчетов сильное
влияние очень слабых воздействий, например, слабого переменного
магнитного поля с амплитудой напряженности в 8000 раз меньше
геомагнитного поля земли или плотности КВЧ излучения величи-
ной ПУ8 Вт/см2 на характеристики жидкой воды. Создана и описана
теория физико-химических процессов, протекающих в закрученном
потоке жидкой воды, позволяющая объяснить большое количество
существующих экспериментальных фактов.

Практическое использование неравновесных процессов, про-
исходящих в газообразной и жидкой воде, в устройствах и изобре-
тениях изложено в восьмой главе. Конкретно описаны изобретения
по нейтрализации вредных примесей в выхлопных газах вредных
производств без использования катализаторов, а также химико-
газодинамического СО2- лазера с хорошими техническими, физиче-
скими и эксплуатационными характеристиками. Описаны физиче-
ские явления, происходящие в генераторах механической энергии,
использующих эффект закрутки влажного воздуха, в двигателях
внутреннего сгорания, работающих на эффекте окисления атмос-
ферного азота, в устройствах по интенсификации сжигания угле-
водородных топлив. Проанализированы и объяснены процессы,
происходящие в жидкой воде, при ее электролизе за счет слабых
внешних воздействий, использовании ее в качестве топлива вме-
сто углеводородных соединений в двигателях внутреннего сгорания
и других устройствах. На большом экспериментальном материале
описаны конструкции теплогенераторов, работающих на принци-
пе получения энергии за счет развала молекул воды при интенсив-
ной закрутке воды и кавитационных явлениях, а также объяснены
физико-химические и квантово-механические процессы, идущие
в ней. Объяснен принцип слабых внешних воздействий в конкрет-
ных устройствах на водонефтяные эмульсии, а также их влияние
на процессы, происходящие в нефтеносных пластах горных пород.
Объяснены все эффекты, связанные с закруткой воды, и получен-
ные в свое время в изобретениях В. Шаубергера, Н Тесла и другими
изобретателями. Описан принцип работы и объяснены квантово-
механические и физические процессы, связанные с распадом во-
дных аэрозолей, в «вечных» двигателях и генераторах механической
энергии, созданных Р. Клеммом, В. Шаубергером и изобретателем в
СССР. Описана теория релятивистских эффектов получения энергии
из массы вещества рабочего тела в двигателях, использующих эф-
фект взрывающихся капель аэрозолей. На основе многочисленных
экспериментальных данных описаны процессы рентгеновских и
гамма-излучений, возможных ядерных реакций, а также получения
трития в жидкой воде при низких температурах.

Роль воды в биологических процессах живых организмов опи-
сывается в девятой главе. Описывается и объясняется что такое
связанная вода в органических молекулах, клетках, их мембранах и
ее влияние на протекание биологических и химических процессов
в тканях живого организма. Детально рассматривается структура
мембраны живой клетки и показывается, что процессы, идущие в
связанной воде, находящейся в порах, совершенно аналогичны по-
лупроницаемым мембранам, содержащих активные гидрофильные
элементы. Анализируется и объясняется прохождение основных ви-
дов ионов, присутствующих в межклеточной жидкости, через мем-
брану, а также повышенная концентрация одних ионов в клетке и
пониженная - других.

Исследуются химические и биологические реакции, идущие в
клетке, и объясняются их высокие скорости. На примере реакций
образования АТФ и АДФ соединений показывается, что они явля-
ются, с одной стороны, приемниками всех видов излучений, идущих
от окружающих молекул воды и глобул, а, с другой - излучателями
узкополосного спектра, необходимого для активации органических
реакций. Делаются следующие фундаментальные выводы: управле-
ние биологическими процессами в живой клетке осуществляется
не на основе статистических вероятностных законов, а благодаря
строгому алгоритму управляющих сигналов, испускаемых молеку-
лой ДНК, и острорезонансных химических и биологических реакций,
происходящих во всем объеме клетки. Конкретно описываются про-
исходящие явления в связанной воде органов тел человека при облу-
чении его различными видами излучений: лазерное, КВЧ и ультра-
фиолетового диапазонов, переменного магнитного поля и звуковых
колебаний. На большом фактическом материале анализируются про-
цессы воздействия излучений и биополей человека на воду и воды
на человека. Раскрываются физические и квантово-механические
принципы левитации человека в воздухе. Описывается новая теория
о влиянии молекулярного кислорода в биологических процессах жи-
вого организма и физики дыхания атмосферного воздуха в легких
человека. Показывается, что частоты всех трех типов легочного ды-
хания живых существ: верхнего грудного, гипоксического и эндоген-
ного в точности совпадают с тремя фундаментальными частотами
жидкой воды - 0,078; 0,04; 0,014 Гц. Предлагается новая теория кро-
вообращения в микрокапиллярных каналах тканей органов живого
существа и влияние углекислого газа, находящегося в атмосферном
воздухе, на здоровье человека.

Десятая глава посвящена анализу характеристик питьевой воды,
которая необходима человеку в соответствие не только обычным
стандартным требованиям нормального баланса солей и минералов,
отсутствия вредных веществ и болезнетворных микробов, но и со-
ответствующего аттрактора со спектральными характеристиками,
заложенными в генетическом коде молекулы ДНК его организма.
Излагается теория аттрактора воды, благоприятного для человека,
имеющего спектральные характеристики близкие к соответствующим
параметрам для связанной воды с молекулами кремнезема (8Ю2), в
среде которого и зарождалась органическая жизнь на земле еще 3,5+4
миллиарда лет тому назад. Оказывается, что основные резонансные
частоты всех здоровых органов человека совпадают с базовыми ре-
зонансными частотами такой воды. В этом плане предлагается ме-
тодика лечения отдельных органов и оздоровления всего организма
человека, путем воздействия различными типами излучения на свя-
занную воду в тканях органов, и которая неявным образом уже была
проверена многочисленными терапевтическими методами. Анализи-
руются различные способы очистки воды в бытовых условиях, опи-
сываются действительные физические процессы, происходящие при
этом, и даются рекомендации по выбору наилучшего способа. Иссле-
дуется влияние водопроводных сетей из стальных труб и делается
фундаментальный вывод: водопроводная вода имеет аттрактор со
спектральными характеристиками, определяемыми гидратирован-
ными молекулами окислов железа, которые не соответствуют за-
ложенным в генетическом коде молекул ДНК человека. Рассматрива-
ются различные способы активации питьевой воды, такие как талая
вода, обработка кремнем, шунгитом, серебром, с помощью специ-
ального корректора и даются рекомендации по выбору наилучшего.
Объясняется действие излучений на биологические объекты, метал-
лы, кристаллы и жидкую воду, концентрируемых четырехгранными
равнобедренными пирамидами, а также геопатогенных зон.

Автор благодарен Афанасьеву В.М., кандидату физико-
математических наук, за обсуждение и дискуссии по многим разде-
лам книги, за тяжелый труд корректировки и исправления ошибок
научно-технического текста и консультации. Автор выражает боль-
шую благодарность Аванесяну В.П., кандидату технических наук,
за ценные замечания, многочисленные советы, обсуждение некото-
рых научных проблем и помощь в поиске научной литературы. Ав-
тор признателен также Бритвину Л.Н., доктору технических наук,
академику Академии Космонавтики России за обсуждение многих
научных задач, советы по некоторым техническим проблемам и по-
стоянную моральную поддержку. Автор выражает большую благо-
дарность Намазову М.О., кандидату технических наук, за финансо-
вую поддержку издания настоящей книги.
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

X, V, 2 - декартовы координаты;

т М  7, Ь  V V с'  1	-	масса атома, молекулы, капли, тела;  -	молярная масса молекулы;  -	момент инерции молекул, кластеров;  -	длина, расстояние, высота столба жидкости;  -	линейная скорость частицы, тела;  -	тангенциальная скорость газа, жидкости, тела;  -	скорость света;  -	время;
т Ь.й к  р П, 1, ]	-	характерное время релаксации параметров жидкости;  -	постоянная Планка;  -	постоянная Больцмана;  -	число Авогадро;  -	классический импульс частицы;  -	квантовые числа электронных и колебательных уровней атома и молекулы;
Т  т  V  0	-	поступательная температура жидкости, газа;  -	колебательная температура молекул;  -	характеристическая колебательная температура первых колебательных уровней молекул;
Т" р  Кг Р ч  Рэ  Ч  Р  Ум Ср я	-	температура торможения газа;  -	давление жидкости, газа;  -	универсальная газовая постоянная;  -	плотность жидкости, газа;  -	динамическая вязкость жидкости, газа;  -	удельная электропроводность жидкости;  -	удельная теплопроводность жидкости;  -	сжимаемость жидкой воды;  -	молярный объем жидкой воды;  -	теплоемкость жидкой воды;  -	электрический заряд частиц, а также вкладываемый в жидкость в процессе электролиза;
а	- поляризуемость атомов, молекул, вещества;
а	- поверхностное натяжение жидкости;
ез ео  п	-	статистическая диэлектрическая проницаемость вещества;  -	статистическая диэлектрическая проницаемость вакуума;  -	оптический показатель преломления воды;
И О  X	-	дипольный момент молекулы, кластера, домена вещества;  -	единица измерения дипольного момента В=1018электро-статич. ед.» см;  -	длина электромагнитной волны;
V  Г	-	частота колебаний атомов, молекул, электромагнитной волны излучения;  -	частота колебаний электромагнитных и акустических волн внешнего воздействия;
ш	- угловая частота электромагнитных колебаний;
4	- полууширенис спектральной линии, функции распределения частиц по энергиям и по пространству;
к Кон <₽0 г д С, [АВ] «р К,	-	радиус атома, молекулы, расстояние между ними в веществе;  -	длина связи между атомом кислорода и водорода в молекуле воды;  -	полярный угол между связями О-Н в молекуле воды;  -	радиус капли, пузырька, тела вращения;  -	диаметр частицы, отверстия, размер щели;  -	концентрация растворенных веществ;  -	концентрация газов;  -	равновесный скоростной коэффициент химических реакций;  -	микроскопический скоростной коэффициент химических реакций с участием колебательно-возбужденных молекул реагентов;
КРН	- неравновесный скоростной коэффициент химических реакций с участием колебательно- возбужденных молекул реагентов;
«с  «о  2  е  ё(Ц), 8(К) и  п	-	силовая постоянная молекулы;  -	коэффициент усиления (поглощения) излучения активной средой;  -	заряд атомного ядра;  -	заряд электрона;  -	обозначение электрона;  -	функции распределения частиц по энергиям и в пространстве;  -	энергия кванта излучения и колебательно-вращательного уровня молекул;
X,	- величина ангармонизма различных мод колебательных уровней молекул;
в  АН,, ДО,	-	минимальное значение энергии вращательного кванта молекулы;  -	энтальпия испарения воды;  -	энергия взаимодействия молекул воды между собой, с ионами, с атомами твердых частиц;
и,	- энергия межмолекулярных взаимодействий в жидкой воде и водных растворах;
Ч.  ДЕл	-	энергия водородных связей;  -	разность (дефект) энергий между поглощаемым (излучаемым) квантом и колебательным уровнем молекулы;
днг°  Р1  ЕА  Е-> Нв  Ру	-	теплота химической реакции;  -	изменение энтальпии образования молекул из простых веществ;  -	потенциал ионизации атома, молекулы;  -	сродство атома, молекулы электрону;  -	напряженность электрического поля;  -	напряженность магнитного поля;  -	вероятности процессов квантовых переходов, релаксации колебательной энергии;
I  О с  рн	-	относительная величина изменения параметров;  -	плотность мощности излучения.
ГЛАВА 1

ВОЗБУЖДЕННОЕ СОСТОЯНИЕ АТОМОВ И
МОЛЕКУЛ ВЕЩЕСТВ В РАЗЛИЧНЫХ АГРЕГАТНЫХ
СОСТОЯНИЯХ И СИЛЫ МЕЖМОЛЕКУЛЯРНЫХ

ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ В ЖИДКОЙ ВОДЕ

Необходимость написания данной главы по анализу некоторых
положений квантовой механики в книге, посвященной исследова-
нию свойств и физико-химических процессов, протекающих в сре-
дах с участием парообразной и жидкой воды, возникла не случайно.
В процессе исследования информации из большого объема научной
литературы по жидкой воде и ее свойствам выяснилось, что общей
теории, описывающей квантово-механические и физико-химические
процессы, происходящие в ней, не существует. В связи с этим оста-
ются необъяснимыми и непонятными многие экспериментальные
факты и явления, связанные с водой, имеющие очень важное практи-
ческое применение в различных областях человеческой деятельно-
сти. Причем оказалось, что основные причины вызваны некоррект-
ными положениями, лежащими в основе описания межатомных и
межмолекулярных сил взаимодействия в твердых кристаллических
веществах и жидкостях. К таким положениям можно отнести:

1.	Полагают, что в соответствие с законом стремления системы
частиц к минимальному значению потенциальной энергии, разность
потенциальных энергий свободных атомов и молекул, образован-
ных из этих атомов, рассеивается в окружающем пространстве. На
самом деле часть этой энергии идет на деформацию внутренних
электронных орбиталей тех же атомов, что создает условия перехода
их в некоторое возбужденное состояние, когда, вследствие фунда-
ментального закона квантовой механики - квантования энергии, все
электронные энергетические уровни атомов перестраиваются.

2.	Предполагается, что в твердых и жидких веществах все атомы
и молекулы находятся в термодинамически равновесном состоянии,
а их структура и геометрические размеры остаются практически та-
кими же, что и у свободных частиц. Эти положения не соответству-
ют действительности, и далее будет показано, что атомы в твердых
кристаллических веществах и молекулы в жидкостях деформирова-
ны (сжаты) и находятся в возбужденном состоянии, причем степень
этого возбуждения определяется энергией их деформации.

3.	Считается, что жидкая вода в отсутствии внешних воздействий
является термодинамически равновесной системой молекул, атомов,
ионов, электронов. На самом деле все молекулы в ней колебательно-
вращательно возбуждены, они обмениваются постоянно квантами
энергии путем излучения фотонов света. Кроме того, в жидкой воде по-
стоянно идут разнообразные квантово-механические и колебательно-
неравновесные химические реакции по разложению молекул Н2О с
образованием радикалов, ионов, молекулярного водорода, кислорода
и других соединений. Выделяющаяся при этом энергия запасается, в
основном, на колебательных степенях свободы молекул, и в таком со-
стоянии жидкая вода может находиться неопределенно долго.

4.	Не определены точно все силы межмолекулярного взаимодей-
ствия в жидкой воде. Много научной литературы посвящено водо-
родным связям между молекулами, но энергия их взаимодействия
составляет Ц =20+25 кДж/моль, в то время, как суммарная энергия
всех связей (теплота испарения) равна ДНи=40+44 кДж/моль. Оцен-
ки межмолекулярного взаимодействия с привлечением электроста-
тических ориентационных сил, индукционного взаимодействия и
дальнодействующих Ван-дер-Ваальсовских сил не дают полной яс-
ности, какие из них являются определяющими. С другой стороны
анализ показывает, что все виды связей в веществе (твердом или
жидком) между атомами и молекулами, такие как: ковалентная, ион-
ная, донорно-акцепторная, водородная являются составляющими
главных сил - дисперсионных, поэтому возникает задача строго до-
казательства этого факта с возможностью использования в дальней-
шем этих закономерностей для расчета характеристик жидкой воды.

Все эти положения исследуются и обосновываются в данной
главе, на базе которых в последующих главах развивается и излага-
ется полная теория процессов, происходящих в жидкой воде.

1.1.	Проблемы квантовой механики определения сил
взаимодействия атомно-молекулярной системы

К настоящему времени накопилось большое количество экспе-
риментальных данных в таких областях науки, как химия органи-
ческих и неорганических соединений, катализ химических реакций,
исследование структур твердых тел и жидкостей, межмолекулярных
и межатомных взаимодействий, влияния различного вида воздей-
ствий: электромагнитных, акустических полей, монохроматическо-
го излучения на вещество и в некоторых других разделах науки и
техники, которые неудовлетворительно или совсем не объясняются
разделом квантовой механики, описывающей строение и взаимодей-
ствие атомов и молекул. Показательна в этом смысле статья автора
работы [1.1]. Когда не удается объяснить механизм образования ме-
тастабильных фаз в водных растворах на основании существующих
постулатов квантовой механики, он пишет следующее: «Образова-
ние химической связи можно рассматривать как самосогласованный
процесс организации молекул, сопровождающийся релаксацией
атомных орбиталей (АО) (а не получением более выгодного состоя-
ния системы с меньшей энергией). Мнение, что в образовании хими-
ческой связи играют роль только валентные АО, является неправиль-
ным, играют существенную роль и внутренние АО. При помещении
атома в кристалл внутрь атома будет попадать электронная плотность
соседних атомов, следовательно, экранирование во внутренней об-
ласти атома обязательно возрастет по сравнению со случаем изоли-
рованного атома. Это приведет к сдвигу всех уровней атома вверх, а
так как нет механизма, компенсирующего этот проигрыш в энергии,
то будет происходить увеличение полной энергии, что невыгодно.
Чтобы его уменьшить атомы должны перестроить валентные обо-
лочки, то есть перейти в любое другое состояние, которое в обще-
принятой терминологии называется возбужденным. Таким образом,
атомы в кристалле должны находиться в возбужденном состоянии,
причем потенциалом, вызывающим их возбуждение служит экрани-
рующий потенциал, обусловленный «хвостами» электронных плот-
ностей соседних атомов».

По сути, выводы автора работы [1.1] правильные, но сформу-
лированы они расплывчато, не совсем корректно и требуют кон-
кретных обоснований именно с позиций квантовой механики. Для
того чтобы фундаментально осветить этот вопрос, изложим вкратце
квантово-механическую модель водородоподобного атома, молеку-
лы водорода Н2 и других многоэлектронных молекул следуя, напри-
мер, материалу, хорошо изложенному в монографиях [1.2, 1.3, 1.41],
с некоторыми комментариями.

1.1.1.	Квантово-механическое описание атома

Приведем вначале основные постулаты квантовой механики вза-
имодействия частиц, лежащих в основе всей современной атомно-
молекулярной физики.

1.	Атомная система устойчива только для определенной сово-
купности состояний (стационарных состояний), которые в общем
случае соответствуют дискретной последовательности значений
энергии атома. Каждое изменение этой энергии связано с переходом
атома (молекулы) из одного состояния в другое (постулат Н. Бора).

2.	Способность атома (молекулы) поглощать и испускать излу-
чение подчиняется закону, по которому излучение, связанное с пере-
ходом, должно быть монохроматическим и иметь частоту со, опреде-
ляемую из соотношения ЙсоЧДрЦ, где Ь - постоянная Планка; VI и
VI - энергии стационарных состояний (постулат Н. Бора).

3.	Диапазон изменения импульса движения микрочастицы и
пространства ее местонахождения подчиняется соотношению нео-
пределенностей: А/?Дх> Л/2. Это соотношение приводит к важному
следствию: микрочастицы не могут покоиться, поэтому, во-первых,
в атомах и молекулах при температуре 0°К сохраняется движение
электронов около ядра, а ядер друг относительно друга в молекулах
(нулевые колебания). Во-вторых, чем меньше область пространства
нахождения частицы, тем большая энергия требуется для их удержа-
ния (соотношение неопределенностей В. Гейзенберга).

4.	При описании поведения микрочастиц не пользуются поня-
тиями скорости и ускорения, поскольку эти понятия тесным образом
связаны с понятием траектории, которая в квантовой механике опре-
деляется вероятностью нахождения частицы в определенном месте
пространства.

5.	Не сохраняется понятия силы, действующей на микрочасти-
цу, так как нет определенной точки приложения этой силы. Сохра-
няются только понятия потенциала, потенциальной и кинетической
энергии.

6.	Описание поведения микрочастиц осуществляется чисто фор-
мально путем сопоставления (заменой) их некоторой волне (волна
вероятности), длина которой определяется соотношением: Х=2лЛ/р
(волна де Бройля), где р - классический импульс частицы. Волна
имеет чисто математический смысл, и представление о ней нужно
только для описания распределения частиц в пространстве. Волна де
Бройля так же как и волна вероятности сама по себе принципиально
не наблюдаемая и служит лишь удобным средством описания пове-
дения микрочастиц. Поведение микрочастиц в устойчивых образо-
ваниях (атомах и молекулах) описываются стоячими волнами веро-
ятности. Для этих волн применим принцип суперпозиции, который
означает, что результат действия двух или более волн может быть
получен путем суммирования (скалярного или векторного) действий
каждой из волн по отдельности.

7.	В связи с формальным описанием частиц пункта №6 их вну-
тренняя структура при взаимодействии в атоме или молекуле, напри-
мер, электрона не рассматривается.

8.	Утверждается, что закон Кулона взаимодействия заряженных
частиц, полученный изначально как результат обобщения макроско-
пических экспериментов (опыт с крутильными весами Кулона и с
определением электростатического поля внутри заряженной сферы
Кавендиша), сохраняет свое действие и на расстояниях порядка 10’5
А. Считается, что в атомах и молекулах главным типом взаимодей-
ствия между электронами и ядром, между электронами и между ядра-
ми является лишь кулоновское взаимодействие заряженных частиц.

9.	Потенциальная функция взаимодействия электрона и ядра в
атоме зависит только от величин зарядов и расстояния между ними.

10.	Считается, что движение электрона по поверхности сферы в
атоме никак не отражается на его потенциальной энергии и его мож-
но рассматривать как свободное вращение электрона вокруг ядра.
Соответствующие такому движению уровни энергии являются дис-
кретными, причем они сближаются по мере того, как растет радиус
вращения, т.е. электрон приближается к краям потенциальной ямы,
задаваемой радиальной потенциальной функцией.

11.	Всякая микросистема (атом, молекула), если она обладала
избыточной энергии, самопроизвольно переходит в состояние с наи-
меньшим запасом энергии, т.е. в основное состояние. Если никакого
воздействия извне не было, то избыток энергии выделяется в виде
электромагнитного излучения.

12.	Величина К^ОгМг, определяющая вероятность обнаружения
частицы (электрона) в окрестности <1г точки г, расположенной на за-
данном расстоянии от ядра, заменяется функцией у=х2ехр(-2ах), где
а - некоторая константа. Соответствующее расстояние г0, при кото-
ром эта функция имеет максимум, называется боровским радиусом и
для атома водорода он равен ао=О,529 А.

13.	В атоме в одном и том же состоянии, описываемом про-
странственной волновой функцией с квантовыми числами п, /, т;,
не может находиться более двух электронов (принцип Паули). Этот
принцип связан с наличием у электрона специфического квантового
свойства, которое по аналогии с классической физикой может быть
названо собственным моментом импульса электрона - спином.

14.	В атоме на уровне энергии с главным квантовым числом п
размещается максимальное число электронов 2п2.

15.	Распределение электронной плотности в свободных атомах
всегда сферически симметрично из-за вырождения, связанного с
возможностью произвольного ее вращения в пространстве.

16.	Суммарная энергия свободных, не связанных друг с другом
частиц, всегда больше энергии после их объединения в атом, моле-
кулу, в твердое или жидкое вещество. Атомы при сближении стре-
мятся объединиться в молекулы, а молекулы и атомы в вещество
вследствие стремления системы частиц к минимуму потенциаль-
ной энергии взаимодействия между ними.

17.	Для атомов с большим числом электронов, при образовании
химических связей в молекулах за счет электронов, находящихся на
их внешних орбиталях, электроны внутренних оболочек не прини-
мают участие в этом процессе. Молекула существует за счет ком-
пенсации сил ядерного отталкивания силами электронно-ядерных
притяжений.

18.	Факт существования молекул и их пространственных форм
объясняется на основании представлений о специфическом волно-
вом движении микрочастиц, соответствующего аппарата квантовой
механики и на основании предположения о кулоновских взаимодей-
ствиях между частицами, составляющих молекулу.

В квантовой механике изначально вводится постулат, что, по-
скольку атом является устойчивой динамической системой, то энер-
гия ее должна быть ниже, чем суммарная энергия составляющих ее
электронов и ядра, которая обычно принимается за начало отсчета,
то есть за нуль, и энергия атома в этом случае оказывается отрица-
тельной. Для описания поведения и местоположения микрочастицы
в пространстве используется, так называемая, волновая функция Т,
которая имеет смысл вероятностного предсказания (волна вероятно-
сти). При этом постулируется, что молекулярные системы стацио-
нарны, поскольку молекулы и атомы являются стабильными объек-
тами. В этом случае полагается, что функция Т зависит только от
пространственных координат и не зависит от времени. В этом случае
величина 1Т (х,у,г)|2 означает плотность вероятности обнаружения
частицы в заданной точке пространства, а вероятность пребывания
частицы в некоторой замкнутой области пространства определяется
интегралом I Т2ёУо, взятым по всему объему, отвечающему этой об-
ласти. В дальнейшем эта функция будет описывать распределение
электронной плотности (распределение заряда в электронном обла-
ке) в пространстве вокруг ядер атомов и молекул.

В общем случае, когда состояние системы характеризуется вол-
новой функцией Т, зависящей от координат и времени, для того
чтобы определить характеристики системы, необходимо решать
дифференциальное уравнение Шредингера для совокупности взаи-
модействующих частиц с потенциальной энергией 11 и массами шк:

-(Ь2/2) У [д2Т/5хк2+д2У/5ук2+д2Т/дгк2]/тк+ПЧ'=1 Ь 54751, (1.1)
*=1

где суммирование ведется по всем частицам и 1=(-1)|/2 - мнимая
единица. Если потенциальная энергия не зависит от времени, то
решением уравнения (1.1) является функция кР(х,у,2,1)=Ч'(х,у,2)х
ехр(-1Р1/й). В этом случае квадрат модуля |'Р|2 не зависит от време-
ни, а, следовательно, вероятность обнаружить частицу в некоторой
области пространства также не зависит от времени, а только от
места расположения этой области в пространстве. Такое состояние
называется стационарным и уравнение (1.1) принимает следующий
вид:
и

4й2/2) У [а2'Р/ахк2+а2т/аук2+а2'Р/агк2]/тк+ит=р'Р, (1.2)
*=1

где параметр Р есть собственные значения стационарного уравнения
Шредингера, имеет дискретные значения и обозначает уровни энер-
гии системы частиц.

Это стационарное уравнение Шредингера и используется для ре-
шения задачи нахождения энергетических уровней водородоподоб-
ного атома. В атоме водорода мы имеем всего две частицы: положи-
тельно заряженную - протон и отрицательную - электрон. Главным
типом взаимодействия считается лишь кулоновское взаимодействие
частиц. Считается, что простота данного объекта обеспечивает воз-
можность точного решения задачи о движении электрона вокруг тя-
желого ядра или даже более сложной системы: движение объектов
протон - электрон вокруг общего центра масс. Это позволяет вы-
числить положения соответствующих уровней энергии и, с учетом
второго постулата Бора, устанавливающим соответствие между по-
ложениями уровней и спектральными данными, сопоставить теоре-
тические расчеты с экспериментальными данными. На основании
совпадения теоретических расчетов с экспериментом, получаемых с
высокой точностью в предположении кулоновского взаимодействия
зарядов, делается фундаментальное утверждение, что такое взаимо-
действие не меняется при переходе к атомно-молекулярным объек-
там при соответствующих расстояниях между частицами.

При решении этой задачи находят вид простейших атомных
волновых функций, которые в дальнейшем используются для более
сложных систем в виде их линейных комбинаций (снова не зависящих
от времени). Затем с использованием законов классической физики
электростатического стационарного взаимодействия зарядов, вклю-
чая равномерно распределенные по объему электронные плотности,
определяют стационарную картину их размещения в пространстве.
Для атома водорода, поскольку (как считают) никаких взаимодей-
ствий между ядром и электронами, кроме кулоновского притяжения
нет, потенциальная энергия зависит только от расстояния электрона
до ядра, то есть от радиальной координаты, и имеет вид:

П=-Хее2/(4лЕ0Е),	(1.3)

где - величина заряда ядра; е - заряд электрона; В. - расстояние от
центра ядра атома до центра электрона.

Движение электрона по поверхности сферы никак не сказывает-
ся на величине потенциальной энергии и его можно рассматривать
как свободное вращение электрона вокруг ядра в любой азимуталь-
ной плоскости, то есть вероятность нахождения электрона в любой
точке сферической поверхности данной орбитали в любой момент
времени равна единице. Соответствующие такому движению уров-
ни энергии будут дискретными, причем они сближаются по мере
того, как растет расстояние до ядра, то есть электрон приближается
к краям потенциальной ямы, задаваемой радиальной потенциальной
функцией. Уровни энергии электрона в атоме водорода образуют
последовательность, сходящуюся к определенному пределу, после
которого наблюдается непрерывный спектр, отвечающий энергии
ионизации атома. Решая уравнение Шредингера для стационарного
состояния системы и чисто кулоновского взаимодействия, находят
закон распределения дискретных значений уровней энергии элек-
трона в виде:

ип=-гп2 2е4/(8с02 Ь2п2),	(1.4)

где п=1,2,3,...^ - главное квантовое число; т - масса электрона.

Квантовое число п .	1	2	3	4	5	6	7	8	СО
К. р.сч Л	0,7845	3,138	7,06	12,552	19,61	28,24	38,44	50.21	00
иг-	0.31 + 0,46								
(Ц,-и^СЧ'	0	6,805	10,586	11,909	13,066	13,232	13,332	13,397	13,61
	0	10,199	12,088	12,749	13,055	13,221	13,321	13,386	13,595
Табл. 1.1. Зависимость расчетных (1.4, 1.5) и экспериментальных [1.6, 1.16] значений энергий и расстояний основного и возбужденных электронных уров- ней атама водорода.									

Положение стационарных орбит вращения электрона вокруг
ядра определяют так же путем решения в сферических координатах
стационарного уравнения Шредингера и представления волновой
функции, описывающей поведение электрона, в виде произведения
двух независимых функций, зависящих только от радиальной коор-
динаты и двух углов. Решение в аналитической форме дает выраже-
ние для 8 - орбитали любого п-го уровня атома водорода в виде:

Кпоо=ЗпЧ/(22),	(1.5)

где а0- Боровский радиус электронной орбиты, равный 0,529 А.

Расчетные величины энергии (1.4) и положения орбиталей (1.5)
основного и возбужденных уровней атома водорода, а также их экс-
периментальные значения приведены в табл. 1.1.
Комментарии.

1.	Изначально на основе общего анализа можно сказать, что в
квантовой механике заложено очень много постулатов, некоторые из
которых никак не обоснованы, например, такие как №5+10,12,15,16,17
(см. список выше).

2.	Решается стационарное уравнение Шредингера, и опреде-
ляются соответственно стационарные уровни энергии частиц, хотя
достоверно известно, что система ядро-электроны в атоме является
принципиально динамической и стационарное решение должно по-
лучаться в виде частного варианта общего решения, что принципи-
ально невозможно сделать.

3.	Анализ данных таблицы 1.1 показывает, что расчетные значе-
ния возбужденных энергетических уровней атома водорода вплоть
до пятого очень сильно отличаются от экспериментально измерен-
ных спектроскопических данных. Рассчитанные по формуле (1.5)
радиуса возбужденных электронных орбиталей на несколько поряд-
ков отличаются от измеренных ковалентных радиусов атома водо-
рода. Эти данные прямо говорят, что действительная зависимость
потенциальной энергии электрона от радиуса его расположения на
орбитали должна быть более резкой, чем по формуле (1.3). Поэтому
можно сделать вывод, что на близких расстояниях между электро-
ном и протоном атома водорода преобладающими силами взаимо-
действия между ними являются не кулоновские, а какие-то другие.
При этом в пределе, при удалении электрона от ядра атома в бес-
конечность, энергия его отрыва (потенциал ионизации) для обоих
типов сил становятся близкими.

4.	Существенное отличие расчетных данных табл. 1.1 от экс-
периментальных связано с использованием постулата №6 представ-
ления микрочастицы, в данном случае электрона атома водорода, в
виде волны вероятности. По мнению автора данной книги необходи-
мо учитывать конкретную структуру самого электрона, что позволит
определить и тип взаимодействия между электроном и протоном в
атоме водорода отличный от кулоновских сил. Это связано с тем фак-
том, что на малых расстояниях между частицами (протоном и элек-
троном) (0,3-Ю,4 А) необходимо учитывать их конечные размеры.
При таких взаимодействиях не точечных, а протяженных заряжен-
ных образований между электронным облаком и сферическим ядром
атома, вследствие неравномерного распределения электронной плот-
ности возникают, так называемые, дисперсионные силы, связанные с
ее пульсациями за счет взаимной поляризации заряженных частиц.

5.	Поскольку к настоящему времени в научной литературе нет
объяснений многим противоречиям, которые имеются в квантовой
механике, переходящим из одних учебников и монографий в дру-
гие, можно предположить, что ошибка в исходной постановке о во-
дородоподобном атоме заключается в не учете каких-то эффектов,
связанных со структурой электрона и вращением его вокруг ядра.
Концепция вращения электрона как частицы вокруг ядра атома со-
держит в себе фундаментальное противоречие, на которое в кванто-
вой механике до сих до сих пор нет ответа: при движении электрона
как частицы по искривленной траектории в атоме вокруг ядра под
действием атомно-ядерных сил он должен излучать кванты све-
та - чего не происходит. И хотя в квантовой механике планетарная
модель водородоподобного атома отвергнута, но при анализе взаи-
модействий в атомах и молекулах между ядром и электроном везде
полагается, что он вращается вокруг ядра по электронной орбита-
ли. На основании этого можно сделать вывод, что природа связей
электрона и ядра в атоме базируется не на чисто кулоновских силах,
а принципиально другая.

1.1.2. Квантово-механическое описание молекулы

Рассмотрим схему расчета атомных и молекулярных орбиталей
молекулы водорода Н2. Молекулой считается электрически нейтраль-
ное образование, которое состоит из нескольких ядер и соответству-
ющего числа электронов. Молекула Н2 включает в себя два протона
и два электрона,
*	I	д	причем расстоя-

ние между ядрами
протонов состав-
ляет 0,741 А. Бу-
1	’	дем считать элек-

троны общими для
Рис. 1.1. Значения функций У'=(У'+Ч'1)/2” и Ч>=(^-Ч>)/2' д молеКуЛЬ1.
на плоскости, проведенной через связь в молекуле Н,: черные
кружки - места расположения протонов [1.3].	Существование

стабильной моле-
кулы можно объяснить только тем, что взаимное отталкивание про-
тонов компенсируется их притяжением к электронам. Чтобы такое
электронно-ядерное притяжение компенсировало ядерно-ядерное
отталкивание, должна быть достаточно большая степень вероятно-
сти нахождения электрона между ядрами. Если атомную орбиталь
каждого атома водорода в отдельности (когда они удалены друг от
друга на большое расстояние) можно описать сферическими волно-
выми функциями Ч'1!.<|) и Ч>18<2) (здесь значок 18 означает невырожден-
ное квантовое состояние с главным квантовым числом С=0), то для
описания двух молекулярных орбиталей молекулы Н, используют их
линейные комбинации:
4х=Р|4х1ч»"+Г24х|/2»,	4Х2=Г)4ХЬ(”-Р24ХК‘2’.

Из условий симметрии функций и нормировки вычисляют ко-
эффициенты Рр Р, и определяют две возможные волновые функции
молекулы Н,:

т =(Т|!>"’+т|;2»)/(2+2§)1'2,	4х2=(4х|; 1 »-ть|2|)/(2-2§)'2.

где 8=[ 4х|5(|*4хь(2)(1Уу - интеграл областей перекрывания волновых
функций. В случае приближенного решения пренебрегают интегра-
лом перекрытия и определяют электронную плотность для функций
4х, и 4х,:

4Х|2=[(4Х, ,|’)2+2Т| (|,4Х| <2>+(4х, (2>)2)]/:2;
^22=[(т|/|))2-2Ч'|/|>т|/2»+(т|;2>)2)]/2.

Рельефные изображения этих функций и их квадратов приведе-
ны на рис. 1.1, I-2 [1.3].

В связи с тем, что для функции 4х значения функций 4х,111 и 4х|ч|2)
всюду положительны, в межъядерной области к электронной плот-
ности, получающейся за счет наложения их квадратов, добавляется
положительная электронная плотность 24ХЬ||’4Х| (2), в результате чего
увеличивается ее плот-
ность. Наоборот, для к	.

функции 4х, электрон-
ная плотность между
ядрами, создаваемая за

счет перекрытия функ- Рис / 2 Значения фу„Кцийч)=<ч)+ч)у/2и 'Р=ср,- ч>у/2
ций 4х|5,|) и 4хь(2), умень- на плоскости, проведенной через связь в молекуле Н,
шается на величину ЛЛ/

24Х|5(|,4Х15,2). Ядра могут удерживаться друг около друга только за счет
притяжения к электронному облаку, сосредоточенному между ними.
При этом простое перекрытие волновых функций (4х,(|))2 и (4Х15<2))2
не может создать достаточной для этого межъядерной электронной
плотности. Чтобы возникла стягивающая атомы сила, необходимо
появление между ядрами добавочной электронной плотности. Поэ-
тому делается вывод, что система будет устойчива для функции 4х, и
неустойчива для 4Х2. Функция первого типа получила название свя-
зывающей молекулярной орбитали и второго типа - разрыхляющей
молекулярной орбитали.

Детальный расчет показывает, что и уровень энергии для функ-
ции 4х1=(4хь(|)+4х|5(2))/(2)|/2 меньше по своему значению, чем уро-
вень энергии, отвечающий функции 4х2=(4х|,1)-4х|5,2))/(2)1'2. В свою
очередь, по энергиям эти уровни находятся соответственно ниже и
выше уровней энергий невзаимодействующих атомов водорода. Та-
кой результат позволяет понять почему два атома водорода, находясь
близко один около другого, «стремятся» объединиться в молекулу
Н2 - при этом соединении получается выигрыш в энергии. Состоя-
ние, соответствующее собственной волновой функции Т2 и энергии
VI, имеет большую энергию, чем суммарная энергия двух атомов Н,
поэтому его относят к возбужденному состоянию системы и для мо-
лекулы Н2 оно неустойчиво.

Еще один результат заключается в том, что, если первоначально
имелись два одинаковых энергетических уровня с функциями Ч/|5(|)
и Т^12*, принадлежащих различным атомам, то объединение их в си-
стему приводит к появлению двух новых уровней энергии. Таким
образом, первоначальное дважды вырожденное состояние расще-
пляется на два уровня с большей и меньшей энергией по сравнению
с энергией, отвечающей невзаимодействующим атомам. Чтобы элек-
тронное облако за счет электронно-ядерного притяжения было спо-
собно компенсировать отталкивание ядер, плотность электрического
отрицательного заряда между ядрами должна быть достаточно вели-
ка. Такая плотность создается именно тогда, когда атомные орбитали
в пространстве между ядрами складываются между собой с некото-
рыми коэффициентами, при этом, если ядра одинаковые, то такие
коэффициенты оказываются одинаковыми. Так в качестве примера
на рис. 1.3 приведено рельефное изображение электронной плотно-
сти молекул М2 и ЫГ, взятого из монографии [1.3]. Если ядра сильно
различаются по заряду, система несимметрична и наибольшая элек-

тронная плотность сдвинута в сторону одного из ядер, что и видно

Рис. 1.3. Распределение валентного электронного облака в .моле-
кулах Ы, и иг [1.3].

•тая»—"»г——

на примере мо-
лекулы ЫЕ

Атомы всех
элементов, кроме
водорода - мно-
гоэлектронные.
Их волновые
функции и уров-

ни энергии можно было бы найти, если бы удалось решить уравне-
ние Шредингера для каждого из них. Однако точное решение его для

многоэлектронных систем невозможно, поскольку каждый электрон

в этом случае движется уже в поле создаваемом ядрами и всеми
остальными электронами. В некотором приближении стационарную
задачу для таких систем решают методом согласованного поля (ССП
- метод Хартни-Фока), когда действие всех электронов на данный
электрон заменяют усредненным полем, эффект которого прибли-
женно равен действию остальных электронов и зависит от коорди-
нат только данного электрона, а в качестве волновых функций атома
с п электронами выбирают функцию в виде х=Ч/|Ч/2 - Усреднение
выполняют по волновым функциям отдельных электронов и в ну-
левом приближении выбирают водородоподобные функции. Далее
осуществляют итерационный процесс до совпадения предыдущего
и последующего приближений волновых функций. Такое решение
уравнения Шредингера называют орбитальным или одноэлектрон-
ным приближением. На основе обобщенных квантово-механических
расчетов идеализированная картина движения электрона (как пишут
в учебниках и монографиях, а на самом деле только его расположе-
ния) происходит в атомном остове, состоящем из М-1 электронов
вместе с ядрами, и реальный потенциал всех зарядов, действующий
на данный электрон, заменяют суммой потенциала ядер и усреднен-
ного потенциала остальных электронов. Этот эффективный заряд
ХеЭф, действующий на электрон, рассчитывают, например, по прави-
лу Слеттера [1.2].

Комментарии.

Необходимо отметить следующие особенности изложенного ма-
териала.

1.	Задача об определении вида электронных молекулярных ор-
биталей решается в очень грубом приближении: нет строгого до-
казательства, что сферические волновые функции водорода можно
брать в качестве базисных при определении волновых функций мно-
гоэлектронных атомов. Выбирается самая простая линейная комби-
нация функций, пренебрегают интегралом перекрытия волновых
функций и т.д.

2.	В данной постановке задачи учитываются только статиче-
ские электростатические кулоновские силы взаимодействия каждо-
го электрона с неким средним потенциалом, создаваемым ядром и
остальными электронами.

3.	Поскольку распределение электронных энергетических уров-
ней в водородоподобных атомах имеет существенный ангармонизм
(11п~ 1/п2), то при сильнейшем воздействии на данный атом другого
атома (напряженность электрического поля на расстояниях между
атомами ~1 А достигает величин Еэ = 108 В/см) его собственный
электрон может перейти на более высокий энергетический уровень.
За счет энергии связывающих орбиталей и перестройки верхних
электронных энергетических уровней вследствие закона квантова-
ния и ангармонизма все остальные уровни, входящих в состав мо-
лекулы атомов, должны перестроиться. Эта ситуация в излагаемой
модели никак не обсуждается и не комментируется (предполагается,
что электроны в атомах находятся на самых нижних энергетически
невозбужденных уровнях).

4.	Совершенно некорректным, бездоказательным является пред-
положение, что два атома водорода, находясь близко один около
другого, «стремятся» объединиться в молекулу Н2, поскольку они
«знают», что это приведет к выигрышу энергии. Атомы могут объ-
единиться в молекулу только под действием каких-либо сил. В соот-
ветствие с предположением, что в атоме водорода электрон свободно
вращается вокруг ядра по сферической поверхности в любом ази-
мутальном направлении, следует, что вероятность нахождения его в
любой точке этой сферической орбиты одинакова и близка в едини-
це. Поэтому при сближении таких частиц взаимодействовать между
собой будут только электронные плотности сферических оболочек
атомов, имеющие отрицательный заряд, экранируя друг от друга
влияние положительного заряда ядра партнера. Таким образом, эти
частицы должны отталкиваться и не вступать во взаимодействие с
образованием молекулы.

6.	Из представленных рисунков 1.1 -И .3 распределения электрон-
ной плотности видно очень сильное влияние ядра атома соседа на
электронную плотность данного атома (поляризация), поэтому мож-
но предположить, что волновые функции Ч/|5(|) и Ч/|5(2) очень сильно
зависят друг от друга, что совершенно не учитывается.

7.	При решении задачи о нахождении энергетических уровней
для многоэлектронного атома путем итерационного процесса сходи-
мости вида и значений волновых функций нет никакого доказатель-
ства, что таким путем получают истинное и однозначное решение
уравнения Шредингера.

8.	Усреднение влияния отдельных электронов и ядра путем за-
мены реального электрического поля, создаваемого всей системой
зарядов электронов и ядра, неким средним потенциалом является
достаточно грубым приближением.

1.1.3. Теория строения электрона

По мнению автора данной монографии одной из главной причин
наличия противоречий в теории строения атомов и молекул в кванто-
вой механике является существующая неопределенность внутренней
структуры электрона, который считается неким сгустком электрон-
ной плотности (субстанции) без детализации его формы и структу-
ры. Поэтому попытаемся с учетом материала, отмеченного в выше
приведенных комментариях, а также новой информации по этому во-
просу, имеющейся в научной литературе, изложить теорию строения
электрона, основываясь на постулатах квантовой механики.
В соответствие с дуализмом представления частиц и, в частно-
сти, электрона как электромагнитной волны (квант света) - частицы

следует, что сво-
бодные электро-
ны «ведут» себя
подобно кван-
там (фотонам)
света. Этот факт
подтверждается
эксперимента-
ми прохождения

Рис. 1.4. Интерференционная картина при прохождении фото-
нов света через круглое отверстие и две щели.

Рис. 1.5. Интерференционная картина при прохож-
дении пучка электронов через кристаллическую ре-
шетку серебряной фольги и две щели.

электронов через
малые отверстия, щели и
образованием интерфе-
ренционных картин на
экране. Так на рис. 1.4
приведены интерферен-
ционные изображения на
экране при прохождении
света через круглое отвер-
стие и от двух щелей. На
рис. 1.5 показаны интер-
ференционные картинки

при прохождении пучка электронов через тонкую серебряную плен-
ку (отверстия в кристаллической решетке А§) и интерференцию от
двух щелей. Видно, что свободные электроны ведут себя совершенно
аналогично фотонам света, то есть имеют волновую природу.

С другой стороны, электрон как частица обладает массой, заря-
дом и размерами (с учетом принципа неопределенности квантовой
механики), энергией и спином, интерпретируемым как собственным

внутренним механическим моментом количества движения, с кото-
рым связан и его магнитный момент. Установлено, что энергия элек-
трона подчиняется зависимости 11=Ьу, где V - частота колебаний его
электромагнитной волны. Наглядным примером природы дуализма
электрона является электронный микроскоп, когда вместо линз ис-
пользуются магнитные катушки и при прохождении электрона через
магнитное поле он ведет себя как заряженная частица. Но при рас-
чете, так называемой, разрешающей силы электронного микроскопа
необходимо учитывать длину волны электрона из выражения Ы=Ьу.
Из этой связи следует: чем больше энергия электрона, тем выше ча-
стота его электромагнитной волны. Кроме того, электрон как волно-
вое замкнутое образование должно быть компактной формы и суще-
ствовать неопределенно длительное время.
Автор данной монографии предполагает, что электрон пред-
ставляет собой цуг электромагнитных волн, сформированный в виде
тора. В объеме тора вдоль его замкнутой кольцевой оси этот цуг
распределяется в виде стоячей волны с пучностями (сгустками) и
разряжениями электронной плотности с периодом соответствующей
частоте, зависящей, в свою очередь, от энергии электрона (Ы=Ьу).
Интересно отметить, что такое образование удовлетворяет всем по-
стулатам квантовой механики. Так, электромагнитные волны в виде
таких цугов-торов действительно могут существовать, примером
чего могут служить торроидальные магнитные волны, излучаемые
трансформатором Н. Тесла [1.25]. Здесь, очевидно, можно отожде-
ствить электромагнитную волну в других терминах - фотон, отно-
сящийся к классу частиц-бозонов, и электрон, являющийся, как из-
вестно, фермионом.

Такие крупномасштабные волны могут распространяться на зна-
чительные расстояния с малыми потерями энергии. Этот цуг-тор об-
ладает массой вещества-энергии как солитон с постоянным средним
отрицательным зарядом, но меняющимся распределением электрон-
ной плотности во времени в каждой точке его объема с частотой,
определяемой общей энергией электрона. Это образование обладает
собственным внутренним механическим моментом количества дви-
жения, то есть спином и связанным с ним магнитным моментом. В
зависимости от направления распространения электромагнитной
волны вдоль кольцевой оси тора относительно центральной оси: по
часовой стрелке или против меняется и вектор спина электрона.

Попадая в атом, электрон - тор располагается таким образом,
что его центр совпадает с центром ядра атома, кольцевая ось ста-
новится осью электронной орбитали, а распределение электронной
плотности по всему ее объему и кривизна оси орбитали определя-
ется силами взаимодействия между ним, ядром и другими электро-
нами атома. В этом случае размеры тора (его диаметр) будут напря-
мую зависеть от энергии электрона: чем меньше энергия, то есть
частота, тем больше длина волны и больше диаметр тора. Принцип
запрета размещения на одном энергетическом уровне атома не бо-
лее двух электронов с противоположными спинами (принцип Па-
ули) также выполняется для таких образований. В этом случае на
одном энергетическом уровне (на одной сферической поверхности)
размещаются два тора, имеющие одинаковую частоту колебаний
электромагнитной волны, причем их кольцевые оси оказываются
перпендикулярными друг другу в точках их пересечения, а вектора
спинов направлены в противоположные стороны. Такое размещение
торов, наверное, получится при решении волнового уравнения Шре-
дингера для данной задачи.
Эти выводы почти полностью совпадают с теорией строения
электрона изложенной в книге Ф.М. Канарева [1.27]. При спорности
и необоснованности некоторых постулатов и выводов, выдвигаемых
автором в ней, некоторые теории и предположения заслуживают при-
стального внимания и обсуждения специалистами, поскольку они
достаточно корректно и достоверно описывают фундаментальные
понятия квантовой механики, снимающие существующие противо-
речия в ней. С этой точки зрения интересна предлагаемая автором ра-
боты [ 1.27] модель существования фотона света в виде цуга плоского
«шестигранного кольца», состоящего из шести замкнутых кольцевых
образований электромагнитных волн, причем длина волны фотона
оказывается равной среднему радиусу кольца. Используя известные
соотношения П=Иу; т=И/(Кф2у); Х=Кф=С/у, где О - энергия фотона;
V - частота колебаний; X - длина волны света; Кф - средний радиус
кольца фотона; т - масса фотона, можно определить минимальные
и максимальные параметры фотонов света. Для инфракрасного диа-
пазона излучений света (реликтового космического излучения) с ча-
стотой V = 10" Гц получаются значения параметров Пт.п=6,6х 10'23 Дж;
т = 0,736^1038 кг; X =КЛ = 3х 10'3 м, а для гамма-фотона соот-
ветственно: у=1024 Гц; 0 = 6,6х 10 10 Дж; т = 0,736х 1028 кг; X =
Кфт.=Зх10-|4м.

Для свободного электрона автором [1.27] предлагается модель
его существования в виде тора, показанного на рис. 1.6. Предпола-

гается, что электромаг-
нитное поле (ЭМП) или
субстанция, обладающая
распределенной плотно-
стью массы и заряда, об-
разует полый тор с радиу-
сом (до кольцевой оси)
и радиусом окружно-
сти поперечного сечения
тора Кр. Автор [1.27] по-
лагает, что на основании
электрических, магнит-
ных свойств электрона
и наличия углового мо-
мента, ЭМП вращается

Рис. 1.6. Схема тороидальной модели электронц: Я
- радиус окружности поперечного сечения тора: Я -
радиус тора (до кольцевой оси); ша~угловая скорость
вращения ЭМП вокруг кольцевой оси; ш -угловая ско-
рость вращения вокруг центральной оси [1.27].

вокруг кольцевой оси тора с угловой скоростью сор, а вокруг цен-
тральной оси со скоростью со., причем соотношения между величи-
нами скоростей следующие: сор=6сое. Он присваивает названия по-
тенциальной энергии электрона вращения ЭМП вокруг кольцевой
оси и кинетической - вокруг центральной оси, при этом полагает,
что 11=0,514+0,51^. Тогда для значения полной энергии свободного
электрона Ое=5,111х105 еу на основании соотношения Т1к=0,5Ц.=
0,5^юеМ),5теКе2сос2=0,5йсо., где: 4- момент инерции тора, опреде-
ляется частота «кинетического» вращения ЭМП со =1,236* 1020 Гц и
радиус тора К.=2,4263016* 1012 м, величина которого приравнивается
длине волны электрона и =К . Интересно отметить, что эта величи-
на длины волны электрона прекрасно совпадает с экспериментально
измеренной величиной А. Комптоном при рассеянии рентгеновских
лучей на кристаллических структурах. С использованием формулы А.
Комптона АХ= Хе( 1- со§Р) [1.28], где АХ - сдвиг волны рентгеновского
излучения после отражения; X. - длина волны электрона; р - угол от-
ражения излучения от поверхности: Хе (ЭКСП = 2,4263089*1012 м. Если
за Е. взять комптоновскую длину волны электрона X, то получается
как раз Хс= 1,236* 1020 Гц.

Проводя аналогию строения фотона и электрона и того факта,
что их импульс описывается одной формулой р=Ь/Х=Ь/К, автор пола-
гает, что при излучении электроном фотона длины их волн должны
совпадать, а также в структуре тора электрона должны быть шесть
замкнутых ЭМП. Описанные условия оказываются выполненными,

если допустить, что угловая частота со «кинетического» вращения
в шесть раз меньше угловой частоты сор «потенциального» враще-
ния. В предположении, что
линейная скорость движения
ЭМП относительно кольце-
вой и центральной осей (в
неподвижной системе коор-
динат, связанной с централь-
ной осью) одинакова и равна
скорости света в вакууме:

Рис. /. 7. Схема электромагнитной модели
электрона: / - тор ЭМП: 2 - секция вихря
ЭМП; 3 - кольцевая ось; 4 - центральная ось;
5 - магнитные силовые линии; 6 - электрические
силовые линии.

со К^со рс=С можно опреде-
лить частоту 0^=7,416*102"
Гц и радиус К =4,043* 10 13
м. Таким образом, торои-
дальная структура электрона
включает в себя шесть коль-
цевых вихрей ЭМП. при этом
шаг между центрами вихрей

равен радиусу тора Ке или его длине волны X,. Такой модели элек-
трона, показанной на рис. 1.7, придерживаются также авторы работ
[1.29+1.32].

Если за счет внешних воздействий происходит ускорение или
торможение вращения тора относительно центральной оси, то в та-
кой модели электрона на экваториальной поверхности образуется
шесть вихревых радиально направленных ЭМП. Внешние части этих
шести вихрей выходят за пределы тороидальной поверхности, при
этом, поскольку их окружная скорость оказывается больше скорости
света, то эта часть ЭМП отрывается от тора электрона и, отставая
от его вращательного движения, формирует шесть уже хордоидаль-
но расположенных вихрей ЭМП с разноименными полюсами на их
концах. Эти вихри сразу соединяются в шестиугольник и, поскольку
находятся в состоянии движения, то вокруг них образуется шесть
замкнутых друг с другом магнитных вихревых полей. Так как со-
вокупность электрических и магнитных полей может существовать
только в движении, то такая структура ЭМП сразу начинает двигать-
ся в пространстве в виде электромагнитного образования, которое
называется фотоном [1.27]. Оставшаяся часть электрона восстанав-
ливает свое вихревое-кольцевое движение, изменив соответственно
угловые частоты сое, сор и радиусы К., Ер. При этом за счет умень-
шения энергии электрона снижается частота сое, а, следовательно,
увеличивается радиус электрона К, то есть его длина волны X. В
случае, когда свободный электрон поглощает энергию фотона, его
радиус и длина волны уменьшаются. Здесь необходимо помнить, что
при полной энергии свободного электрона Пс=5,111 * 105 еу энергия
его связи, например, на первом уровне атома водорода составляет
13,6 еу, и, в случае его отрыва от ядра атома, радиус тора и длина
воны изменяться незначительно.

В данной модели важно подчеркнуть одну особенность - нали-
чие чередования вдоль кольцевой оси тора пучностей и разряжений
электронной зарядовой плотности, что принципиально обеспечива-
ет дисперсионные связи между ядрами атомов и электронами, меж-
ду атомами в молекулах, между атомами и молекулами в твердых и
жидких веществах за счет пульсаций электронной плотности и вза-
имной поляризации ядер атомов и электронов.

Такая схема строения электрона очень хорошо удовлетворяет
всем его известным свойствам:

1.	В свободном состоянии электрон - это устойчивое образование,
обладающее как свойствами частицы, так и электромагнитной волны.

2.	Попадая в атом, он остается таким же устойчивым объектом,
меняя только свои параметры (размер, частота колебаний) в зависимо-
сти от того получает ли он дополнительную энергию или теряет ее.

3.	Отпадает вопрос об излучений фотонов света электроном при
вращении его по криволинейной траектории вокруг ядра атома.

4.	Основными силами взаимодействия между ядром атома и
электроном становятся не кулоновские, а дисперсионные, связанные
с пульсациями электронной плотности и взаимной поляризацией за-
ряженных частиц.
5.	Присутствие электрона-тора около ядра атома создает осцил-
лятор изменения электронной плотности в каждой точке тора отно-
сительно положительного ядра с заданной частотой.

6.	Для многоэлектронного атома получается система с большим
числом осцилляторов, каждый из которых имеет собственную ча-
стоту.

7.	Электрон, находящийся на связывающей орбитали двух или
нескольких атомов (молекулы), имеет сильно деформированную
форму, существенно отличающуюся от идеального тора, в виде «ган-
тели», причем «перетяжка» ее находится между атомами, обеспечи-
вая дисперсионную связь между ними.

8.	Взаимодействие электромагнитных волн-торов с разными
частотами приводит к перераспределению энергии между электро-
нами и появлению новых резонансных частот, которые в квантовой
механике связывают с расщеплением вырожденных электронных
энергетических уровней на несколько новых, когда «включается»
отталкивание электронов при объединении их в молекуле.

9.	При воздействии на многоэлектронный атом сильного магнит-
ного поля (то есть когда энергия взаимодействия его с внутренним
электростатическим полем достигает заданного кванта энергии) она
добавляется электронам-торам, и возникают новые частоты (биения)
электронной плотности осцилляторов, что в квантовой механике на-
зывают тонким расщеплением электронных уровней энергии.

10.	При поглощении кванта света электроном-тором в атоме его
энергия увеличивается, возрастает частота электромагнитной волны
и уменьшается размер этого тора. В связи с этим все электронные
уровни перестраиваются, и атом переходит в возбужденное состоя-
ние. Когда размер тора-электрона в этой ситуации становится слиш-
ком малым и не укладывается в структуру энергетических уровней
атома, то происходит отрыв этого электрона от атома.

11.	При фотоэлектрическом эффекте, когда под действием пада-
ющих лучей света из фотоэлемента выбиваются электроны, а также
прохождении электронов высокой энергии через фольгу металла, на-
пример, в устройствах предионизации разряда в газоразрядных ла-
зерах, эффективность прохождения электронов через кристалличе-
скую решетку металлов определяется не только величиной энергии
электрона, но и тем фактом, что размер его уменьшается.

Предложенная модель электрона позволяет корректно описать и
объяснить многочисленные экспериментальные данные взаимодей-
ствия электронов с ядрами атомов, а также атомов и молекул между
собой. С другой стороны, в квантовой механике постоянно исполь-
зуется терминология «вращение электронов вокруг ядра атома» и
поэтому в дальнейшем будем пользоваться ею, подразумевая, тем не
менее, что электрон представляет собой электромагнитную волну в
виде тора.

1.2. Типы связей между атомами в молекулах и в
кристаллической решетке

Проанализируем теперь, как в квантовой механике объясняют
различные типы связей в молекулах и кристаллических решетках
веществ. Химические связи в молекулах и веществах традиционно
принято разделять на несколько видов, хотя деление это условное.

Ковалентная связь. Ковалентная связь создается «коллективи-
зированном» электронов всеми ядрами вещества, когда между ними
образуется электронная плотность, связывающая их (см. рис. 1.3). В
основе этой связи лежат квантово-механические «волновые» свой-
ства электронов [1.2, 1.4]. Если бы во взаимодействии электрона с
ядрами отсутствовал квантово-механический эффект «обмена» со-
стояниями электрона и взаимодействие сводилось бы только к клас-
сическому кулоновскому, то обменный интеграл энергии перекрытия
волновых функций был бы равен нулю, откуда следовало невозмож-
ность образования устойчивой молекулы.

Донорно-акцепторная связь. Данный тип связи основан на том
эффекте, когда при образовании молекулы, например, из двух атомов
один из них (донор) отдает свой электрон на общую молекулярную
орбиталь молекулы, где вращается вокруг двух центров (ядер). При
этом на доноре возникает некоторый избыточный положительный
заряд (электроны смещаются в разрыхляющую электронную ор-
биталь). Акцептор частично принимает на себя электрон на более
низкую свободную орбиталь и получает избыточный отрицательный
заряд. Донорно-акцепторная связь по своей природе является кова-
лентной связью с той или иной степенью поляризации.

Ионная связь. При очень высокой степени поляризации элек-
тронный заряд на связывающей орбитали уже не распределяется рав-
номерно между ядрами, а большей частью сосредоточен в области
одного ядра (см., например, рис. 1.3 для молекулы ЫЕ). В этом случае
вокруг одного ядра сосредотачивается избыточный отрицательный
заряд, а на другом ядре положительный заряд. Приближенно эта связь
описывается электростатической теорией взаимодействием ионов, в
которой происходит перенос электрона с одного атома на другой. Об-
разуются положительно и отрицательно заряженные ионы, удержи-
ваемые в молекуле электростатическими силами притяжения.

Ионная связь в кристалле. Электрическое поле, создаваемое ио-
ном, имеет сферическую симметрию, и все находящиеся в этом поле
другие ионы испытывают его действие. Ионы в кристалле образуют
бесконечную трехмерную решетку, в узлах которой правильно череду-
ются положительно и отрицательно заряженные ионы. Создается ре-
шетка плотной упаковки ионов, которые связаны ионной связью с по-
мощью дальнодействующих электростатических сил взаимодействия
разноименных зарядов (отталкивания и притяжения). Любой ион в
такой решетке непосредственно окружен ионами противоположного
заряда (число которых зависит от типа кристаллической решетки), а
одноименные ионы расположены за ними, и такое чередование со-
храняется во всей решетке. Поэтому кулоновская энергия притяжения
преобладает над кулоновскими силами отталкивания [1.2].

Ковалентная связь в металлах. У металлов или металлических
кристаллов ковалентная связь усиливается и приводит к тому, что
плотность электронов между остовами ионов достигает заметных
значений, а электроны, осуществляющие связь между ионами, прак-
тически теряют всякую связь с ионами, от которых они произош-
ли и могут рассматриваться как общие электроны всего кристалла.
В кристалле образуется электронный газ, а возникающая при этом
связь называется «металлической» [1.4]. Электронные оболочки
атомов в кристалле металлов сильно взаимодействуют друг с дру-
гом, в результате чего нельзя уже говорить об уровнях энергии от-
дельных атомов, а лишь об энергетических уровнях совокупности
электронных оболочек всех атомов вещества в целом, при этом ха-
рактер электронного спектра различен для разных твердых тел [1.5].
В металле связь возникает не между соседними атомами, а является
свойством всего кристалла. Валентные электроны принадлежат не
одному- двум атомам, а всему кристаллу в целом. Каждый атом вкла-
дывает свой электрон в общий запас электронов, и положительно
заряженные атомные ионы, как бы, плавают в океане отрицатель-
ных электронов. Электронный океан, подобно клею, удерживает
ионы вместе. Поскольку в металлах нет особых связей в каком-то
определенном направлении, там связь слабо зависит от направления.
Однако металлы - это еще и кристаллические тела, потому что пол-
ная энергия принимает наименьшее значение, когда ионы образуют
упорядоченную систему, хотя энергия наиболее выгодного располо-
жения ненамного ниже энергий других возможных расположений. В
первом приближении атомы многих металлов подобны маленьким
шарикам, упакованным с максимальной плотностью [1.26].

Одно из главных фундаментальных положений классической
физики гласит, что представленная самой себе сложная система,
способная рассеивать энергию в пространстве, стремится принять
такое состояние, при котором ее потенциальная энергия оказывает-
ся наименьшей. Этот принцип сохраняется и в микромире, только
надо говорить не о потенциальной, а о полной энергии, поскольку
квантовая частица, согласно принципа неопределенности, ни при ка-
ких условиях не может находиться в состоянии покоя. Поэтому она
всегда обладает, как потенциальной, так и кинетической энергией,
и всякая микросистема (атом, молекула), если она обладает избы-
точным запасом энергии, самопроизвольно переходит в состояние
с наименьшим запасом энергии, то есть в основное состояние. Если
никакого воздействия извне на систему не было, то избыток энергии
выделяется в виде электромагнитного излучения.

Это свойство ярко проявляется при построении молекул из ато-
мов, поскольку присутствие одного атома около другого создает вы-
деленное направление и появление направленных свойств атомных
орбиталей, что видно в гибридных состояниях при линейной комби-
нации атомных орбиталей различных типов. Эти орбитали распола-
гаются под вполне определенными углами друг к другу, и электрон-
ная плотность сдвигается в одном из направлений. Например, если
связь образуется наложением двух орбиталей разных атомов, у кото-
рых ядра расположены на прямой, отвечающей гибридной орбитали,
то имеются все основания для того, чтобы электронная плотность в
промежутке между двумя атомами имела максимальное значение. В
этом случае и связь будет наиболее прочной, потому что притяжение
двух ядер к сосредоточенному между ними значительному электрон-
ному заряду максимальна по величине.

Объяснить существование молекул и их пространственную
форму [1.3] удается на основании представлений о специфическом
волновом движении микрочастиц, с применением соответствую-
щего аппарата квантовой механики в предположении кулоновских
взаимодействий между частицами, составляющих молекулу. Можно
поэтому сказать, что молекулы состоят из частиц, движущихся по
квантовым законам, но взаимодействующих между собой по зако-
нам классической электростатики.

Молекула существует за счет компенсации сил ядерного оттал-
кивания силами электронно-ядерных притяжений и, по сути, весь
анализ исследований этого объекта в квантовой механике посвя-
щен ей как статической системе, взаимодействующей по законам
классической электростатики. Но такая электростатическая система
(молекула) согласно теореме Ирншоу находиться в состоянии устой-
чивого равновесия не может. Посмотрим как в квантовой механике
«обходят» этот вопрос.

Однако (как говорят авторы монографии [1.3]) никакого про-
тиворечия на самом деле не существует. Теорема Ирншоу справед-
лива для совокупности точечных постоянных зарядов в отсутствии
внешних воздействий, но если расстояния между ядрами меняются,
то электронное облако меняет свои свойства. Например, при сокра-
щении расстояния между ядрами электроны начинают, как бы, вы-
талкиваться из межатомного пространства, в результате электронная
плотность уменьшается, и стягивающая сила уже не может преодо-
леть ядерного отталкивания. В самом деле, чем меньше расстояние
между ядрами, тем труднее удержать электроны между ними с помо-
щью кулоновских сил притяжения этих электронов к ядрам. Конеч-
но, чем больше расстояние между ядрами, тем легче попадают элек-
троны в межъядерный промежуток, но до известного предела. Если
это расстояние значительно увеличивается, то перекрытие атомных
орбиталей, образующих волновую функцию данной связи, начинают
обращаться в ноль. Таким образом, ядра удерживаются у своих поло-
жений устойчивого равновесия потому, что изменение их взаимных
расстояний приводит к необходимой соответствующей перестройке
электронного облака. Такая перестройка не принимается во внима-
ние при формулировке теоремы Ирншоу.

Для того чтобы каким-то образом все-таки объяснить некоррект-
ность постановки задач в квантовой механике и неполноценность
их решения вводят принцип дополнительности и неопределенности
[1.3]: для создания наглядной картины объекта путем введения раз-
ного рода моделей требуется пренебречь деталями и, следовательно,
неизбежно отойти от математической точности. Казалось бы, только
решение уравнения Шредингера в полной постановке может дать
почти абсолютное, лишь с незначительной погрешностью согласие
с экспериментом. Но адекватным этому уравнению является весьма
неконкретное представление о молекуле, как о совокупности связан-
ных заряженных частиц. Расчет, например, спектра любой модели
молекулы к полному согласию с экспериментом привести, в прин-
ципе, не может, но зато эти модели создают тот сложный осязаемый
образ молекулы, которым и оперирует современная наука. Вот здесь
и проявляется принцип дополнительности, который можно сформу-
лировать так: попытка точного математического описания явления
затрудняет ясное понимание. Если под «истиной» понимать то, что
молекула есть устойчивая система, состоящая из электронов и ядер,
а это действительно так, то, высказывая эту истину, полностью теря-
ем ясность. Чтобы получить эту ясность, необходимо отойти от ис-
тины и оперировать моделями молекул, ни одна из которых не явля-
ется истинной, а только отражает одно из удобных и приближенных
представлений об объекте [1.3].

В монографии [ 1.3] после детального анализа всех положений и
постулатов квантовой механики, исследующей как объект атом или
молекулу, делаются следующие достаточно правильные выводы.
Поскольку принципы дополнительности и соответствия приводят к
необходимости для достижения «ясности» использовать при иссле-
довании микромира разного рода молекулярные модели, ни одна из
которых не является истинной, то следуют выводы:

1.	Попытки построения «точной» модели, не использующей вооб-
ще никаких «подгоночных параметров», практически бессмысленны,
потому что, во-первых, получающиеся на классе измеряемых величин
отображения вообще нельзя будет сопоставить с экспериментом, а во-
вторых, может быть полностью потеряна возможность определения
характеристик, необходимых опять же для достижения ясности.

2.	Теория и методы расчета, базирующиеся на принятых в науке
о строении вещества моделях молекул, могут быть только полуэм-
пирическими.

3.	Полное согласование результатов расчетов с экспериментом
достижимо только с помощью решения соответствующих обратных
задач.

4.	Неизбежный при решении подобных задач субъективизм,
проявляющийся в выборе, как молекулярной модели, так и началь-
ных значений ее параметров и штрафных функций приводит к воз-
можности существования множества взаимодополняющих решений
и нарушению требования доказательности.

5.	Сравнение результатов измерений одних и тех же молекуляр-
ных параметров, но на основе разных методов и моделей имеет смысл
лишь для выявления области разброса значений параметров, вызван-
ного, если пренебречь собственно погрешностью эксперимента, осо-
бенностями моделей, постановкой и решением обратных задач.

6.	Могут существовать взаимодополняющие, но не сводимые
одна к другой теории и модели, пригодные для интерпретации одних
и тех же экспериментов.

7.	Число физически значимых чисел в величине молекулярных
параметров ограничивается не только погрешностью эксперимента
и особенностями решения обратных задач, но и областью их суще-
ствования, ограниченной принципом неопределенности импульса и
координаты положения частицы.

Может показаться, что пункты №2 и 3 противоречат громадному
опыту решения квантовых задач с помощью методов аЬ тНю, когда
не пренебрегают интегралами перекрывания волновых функций, а
вычисляют их с удовлетворительной точностью, учитывают макси-
мально полно взаимодействие всех электронов и ядер. Действитель-
но, с помощью этих расчетов в очень многих случаях получаются
значения геометрических параметров молекул лишь незначительно
отличающихся от найденных в результате, например, дифракцион-
ных экспериментов. Однако не следует забывать, что такие расчеты
также не свободны от эмпиризма. Это проявляется не только в выбо-
ре базисных волновых функций (в научной литературе имеется боль-
шое количество статей, посвященных вопросу о том, какой базис
лучше при реализации геометрических задач, причем этот вопрос
решается чисто эмпирически путем сравнения с экспериментом), но
и в выборе начального расположения ядер, экспериментально изме-
ренных расстояний, углов, зарядов и т.д. для последующей процеду-
ры поиска равновесной геометрии молекулы. Опыт же применения
расчетов аЬ 1пШо в молекулярной спектроскопии со всей определен-
ностью показал, что получающиеся значения параметров, вообще
могут быть использованы лишь в качестве исходных приближений,
подлежащих дальнейшему уточнению именно средствами решения
обратных задач: от спектроскопических экспериментов - к опреде-
лению геометрии молекулы и ее характеристик. Решаемая задача о
движении (фактически положения в пространстве) электронов в
поле неподвижных ядер сама по себе является модельной. Никакие
математические ухищрения ничего здесь поделать не могут. Непо-
средственное сравнение результатов расчетов с экспериментом всег-
да обнаруживает неустранимые расхождения. Чтобы приблизить
результаты теоретических расчетов к экспериментальным данным,
приспосабливая расчет, например, к решению геометрических ха-
рактеристик молекул, прибегают к варьированию базисных волно-
вых функций, то есть фактически включают полуэмпирические эле-
менты (поправочные коэффициенты) [1.3].

Комментарии.

1.	Если внимательно проанализировать все типы связей атомов
в молекулах и веществах, которые отличаются друг от друга различ-
ной степенью перераспределения электронной плотности по всему
объему молекулы, либо это можно назвать степенью поляризации,
то, по сути, они описывают один вид - назовем ее ковалентной свя-
зью. Это наталкивает на мысль, что природа физических взаимодей-
ствий между атомами во всех случаях также одна и та же. И если
в монографии [1.3] категорично говорилось о чисто кулоновских
взаимодействиях, то в учебнике [1.2] и монографии [1.41] кроме
кулоновского упоминается, что в основе ковалентной связи лежат
«квантово-механические волновые свойства электронов». Это более
правильный вывод и, как говорилось выше, если электрон обладает
волновыми свойствами, то возникают резонансные взаимодействия
колеблющихся осцилляторов, в роли которых выступают: электрон-
электрон, атом-электрон, атом-атом, электрон-атомный остов, со-
стоящий из ядра и остальных электронов.

2.	На основании анализа научной литературы по квантовой ме-
ханике можно сделать вывод, что кроме общих слов, изложенных
выше относительно связей между атомами кристаллических реше-
ток металлов и других веществ, обладающих высокой прочностью,
ничего фактически нет. Если в литературе, например, [1.2, 1.3] много
данных по связям между ионами металлов и другими элементами в
органических соединениях, то о связях между атомами в металлах
ничего нет, а в других источниках [1.4, 1.26, 1.41] - только общие
фразы. На основании этого можно сделать определенные выводы,
что кулоновским взаимодействием атомов в металлах их высокую
прочность объяснить нельзя, что лишний раз подтверждает необ-
ходимость поиска других физических принципов взаимодействия
между атомами в таких системах.

3.	Если в классической физике и термодинамике закон стрем-
ления сложной системы к состоянию с наименьшей потенциальной
энергией подтвержден громадным количеством эмпирических дан-
ных, то применение его в микромире не так очевидно, как излагается
в большом количестве научных работ по квантовой механике. Раз-
берем этот вопрос несколько подробнее.

Общие положения закона о том, что если частице (атому, мо-
лекуле) придали избыток кинетической энергии, то при наличии
среды, обеспечивающей ее поте-
ри, эта энергия будет стремиться
к минимуму - не вызывает сомне-
ния. То же можно сказать, когда
в атоме, молекуле возбуждаются
электронные, колебательные, вра-
щательные уровни энергии за счет
резонансного поглощения квантов
монохроматического излучения
или воздействия высокоэнерге-
тических частиц. В этом случае
атом, молекула стремятся перейти
в основное невозбужденное состо-

яние, излучив квант энергии, хотя
для этого варианта не все так про-

сто И, В принципе, МОЖНО создать />ис /Упрощенная схема заполнения
условия, когда ОДИН раз, например, молекулярных орбиталей в молекуле Н,О
колебательно возбужденная систе- пРи образовании ее из атамов водорода
и кислорода.

ма молекул может существовать

неопределенно долго. Примером подобной системы является вода в
жидкой фазе, что будет показано и подробно обосновано ниже.

Очень важным утверждением в квантовой механике, основан-

ном только на расчетах и никак не подтвержденных эксперимен-
тально, является принцип соединения атомов в молекулы благодаря
уменьшению потенциальной энергии молекулы по сравнению с сум-
марной энергией соединяющихся атомов. Типичную картину пре-
образования энергетических электронных уровней атомов в уровни
молекулы обычно представляют так, как, например, показано на рис.
1.8 для молекулы Н,О, образующейся из атома кислорода и двух ато-
мов водорода.

На рисунке на правой вертикальной линии отмечены энергетиче-
ские электронные уровни кислорода (18, 28, 2Р), заполненные элек-
тронами, а на левой - двух атомов водорода (18). При объединении
атомов в молекулу Н2О нижележащие уровни атома 0(18, 28), как
полагают, остаются прежними, а три верхних уровня атома О и два
уровня атомов Н преобразуются в пять уровней молекулы Н2О (1Ь2,
За,, 1Ь,, 4а,, 2Ь2), из которых электронами заселяются соответственно
1Ь2, За,, 1Ь,. Причем, согласно расчетов, получается, что энергети-
ческие уровни 1Ь2 и За( оказываются ниже (по величине энергии),
чем в атомах Н(18) и О(2Р). Главный вывод о том, что электронные
уровни молекулы Н2О 1Ь2 и За, ниже по энергиям уровней 18 (Н) и
2Р (О) основан на спектроскопических измерениях квантов энергии,
излучаемых с этих уровней при их возбуждении внешними источ-
никами. Действительно эти измеренные кванты энергии молекулы
Н2О с уровней За, и 1Ь, меньше квантов излучения с уровней атомов
Н( 18) и О(2Р), но означает ли это, что электронная энергия молекулы
воды меньше, чем сумма электронных энергий атомов Н и О?

Анализ этой проблемы в космологическом масштабе приводит
к следующим выводам: во-первых, поскольку все атомы стремятся
объединиться в молекулы, а затем в твердые и жидкие вещества и
при этом безвозвратно рассеивается значительная часть энергии, то
в космическом масштабе за миллиарды лет существования косми-
ческих объектов должна была наступить их «тепловая смерть». Во-
вторых, поскольку энергия диссоциации и ионизации большинства
устойчивых молекул, а также теплота испарения твердых веществ
достаточно высока (300+1000 кДж/моль), то маловероятен был бы
их самопроизвольный распад на атомы, ионы, электроны, радикалы
и т.д. В этом случае невозможны были бы безбарьерные туннельные
переходы состояний атомов и молекул, которые, например, наблюда-
ются в полупроводниках. В то же время в газах, жидкостях, растворах
на практике наблюдается присутствие в значительных концентраци-
ях атомов, ионов и радикалов при низких температурах ~300°К. Так,
например, для той же воды в жидком состоянии в диапазоне темпе-
ратур 0+100°С присутствуют ионы Н' и ОН в концентрациях ~10'7
молярного объема, при этом энергия диссоциации и одновременной
ионизации для этой реакции развала молекул воды в газовой фазе
составляет —1200 кДж/моль. В-третьих, на основании закона кванто-
вания энергетических электронных, колебательных и вращательных
уровней атома и молекулы, если при объединении атомов в молекулу
изменяются значения верхних энергетических уровней, то должны
перестроиться все остальные нижележащие уровни.

В то же время экспериментальные данные спектроскопических
измерений энергетических электронных уровней молекулы Н,О и
составляющих ее атомов можно объяснить следующим образом.
Предположим, что в процессе образования молекулы воды из атомов
энергия их внешних электронных оболочек затрачивается на энер-
гию связи молекулы, остальная часть (возможно не полностью) идет
на деформацию внутренней электронной оболочки в данном случае
атома кислорода. Тогда суммарные размеры системы Н,О (ее ради-
ус) должен уменьшаться по сравнению с суммарными размерами
невозмущенных атомов, из которых она образуется (что, между про-
чим, наблюдается для всех известных веществ). То есть внутренние
электронные орбитали атома О (1а, и 2а,) оказываются сжатыми, а
электроны атомов водорода становятся двухцентровые (объединен-
ными двух ядер О и Н). Внутреннее сжатие молекулы Н,О приведет
к переходу внутренних электронных оболочек атома кислорода из
основного состояния в некоторое возбужденное с большими значе-
ниями энергии. В то же время вновь образовавшиеся электронные
уровни энергии, принадлежащие молекуле Н,О 1Ь„ Зар 1Ьр оказы-
ваются невозбужденными. Вследствие сильного ангармонизма элек-
тронных уровней атомов Н и О (например, разность энергий между
электронными уровнями атома Н составляет 10,2; 1,89; 0,66; 0,306....
еу, для атома О - 11; 1,36; 0,52... еу; 9,52; 2,41; 0,77.... еу и т.д. [1.6])
для молекулы Н,О основные (невозбужденные) электронные уров-
ни оказываются расположены выше еоответствующих уровней ато-
мов О и Н. Поэтому излучаемые (поглощаемые) кванты энергии при
переходе молекулы Н,О в возбужденное состояние и обратно будут
меньше по сравнению со свободными атомами О и Н, что и наблю-
дается в эксперименте.

Таким образом, подводя итог выше изложенному, можно утверж-
дать, что значительная часть электронной энергии свободных атомов
О и Н при соединении их в молекулу Н2О не рассеивается, а преоб-
разуется в энергию их связей и энергию сжатия (деформации) вну-
тренних электронных оболочек атомов. При диссоциации молекулы
Н,О энергия связи атомов и энергия деформации переходит обратно
в электронную энергию невозбужденных атомов О и Н. В этой си-
туации в случае каких либо селективных резонансных воздействий
на молекулу возможна ее диссоциация на радикалы О и ОН без
больших затрат энергии (так называемые туннельные, безбарьерные
переходы системы).
4.	Существующие модели атомов и молекул в квантовой меха-
нике, основанные на кулоновских силах взаимодействия, действи-
тельно не удовлетворяют условиям теоремы Ирншоу и объяснения,
приводимые авторами монографий [1.2, 1.3], по этому вопросу не-
корректны. Объективно решается со всеми оговорками и допущени-
ями стационарная задача для волновых функций электронов атомов
и молекул только с учетом кулоновских сил между зарядами. Далее
только за счет теоретических рассуждений объясняют динамику ко-
лебательных процессов системы ядер-электронов в молекуле. Та-
кого типа объяснения не являются доказательством происходящих
физических процессов, поскольку необходимо решать нестацио-
нарную задачу, включающую колебания ядер молекулы и волновых
функций электронов, зависящих от времени. После решения такой
задачи необходимо доказать единственность полученного реше-
ния, если не строго теоретически, то хотя бы с помощью матема-
тического эксперимента, просчитав большое количество «спусков»
в потенциальную яму гипергеометрической поверхности. Но глав-
ное - эти теоретические объяснения о том, что электронное облако
в пространстве между колеблющимися ядрами молекулы изменяет
свою плотность, не соответствует экспериментальным данным. Так,
например, для молекулы Н,О частота колебаний ядер атомов ОН со-
ставляет 1,4><1014 Гц, то есть период их равен 0,72x1014 сек, а время
перестройки молекулярных орбиталей Ю’^Ю’7 сек [1.7]. Отсюда
следует, что молекулярные орбитали, а, следовательно, электронная
плотность между ядрами никак не могут отслеживать за колебатель-
ным процессом ядер атомов и распределение электронной плотно-
сти для осциллятора ядер О-Н остается постоянной осредненной
за время ~107 периодов колебаний. Поэтому применимость теоре-
мы Ирншоу к системе электростатических кулоновских сил между
ядрами атомов и электронами остается в силе и находится в противо-
речии с существующими положениями квантовой механики в этом
вопросе. Таким образом, снова из этого факта следует, что за связь
между атомами в молекуле ответственны не только кулоновские, но
и какие-то другие силы.

5.	«Не от хорошей жизни» в квантовой механике вводят принцип
неопределенности и дополнительности в том понимании, как он изло-
жен выше [1.3]. Поскольку атом или молекула являются очень слож-
ными системами, и мы не можем с удовлетворительной точностью
решить задачу о силах взаимодействия в них, то если все-таки пой-
мем физику явлений и решим задачу, то потеряем ясность понимания
проблемы - это какой-то абсурд. Проблема этой «философии» в дру-
гом, поскольку не определена реальная физика сил взаимодействия
между электронами и ядром в атоме и молекуле, а кулоновские силы
составляют, по-видимому, малую долю (по крайней мере, не основ-
ную) поэтому и получается такая ситуация, что решение прямых задач
определения геометрических, энергетических и других характеристик
атомов и молекул без подгоночных экспериментальных параметров
невозможно. Если бы удалось определить основную составляющую
сил взаимодействия между ядрами и электронами, то все остальные
неточности и проблемы были бы решены значительно проще.

6.	Вышеизложенные замечания в комментариях о настоящем
положении дел в квантовой механике по решению задач о взаимо-
действии между электронами и ядрами в атомах и молекулах под-
тверждаются выводами, изложенными в монографии [1.3]. Фактиче-
ски в настоящее время можно определить характеристики системы
электрон - ядро - атом - молекула только с использованием экспе-
риментальных подгоночных параметров, основанных на спектро-
скопических данных (то есть, чтобы получить удовлетворительные
результаты надо решать обратную задачу).

1.3.	Деформационно-возбужденное состояние атомов
и молекул в различных агрегатных состояниях вещества

Еще в XIX веке для описания реальных газов Ван-дер-Ваальс
модифицировал уравнение состояния Клаузиуса-Клапейрона в урав-
нение, которое носит теперь его имя. Было найдено, что на дальних
расстояниях нейтральные молекулы притягиваются друг к другу и
потенциал Цвдв такого взаимодействия (или энергия связи молекул)
зависит от расстояния, как Цвдв ~ 1/К.дв6, где К.дв - расстояние между
атомами. В дальнейших исследованиях было установлено, что су-
ществуют три механизма Ван-дер-Ваальсова (ВДВ) взаимодействия,
которые могут быть ответственны за притяжение друг к другу ней-
тральных молекул. Это - ориентационное, индукционное и диспер-
сионное взаимодействия. Заметим, что эти механизмы действуют
одновременно, но для отдельных молекул в зависимости от их пара-
метров может преобладать одно из трех типов взаимодействий.

Ориентационное взаимодействие характерно для несимметрич-
ных молекул или для молекул с постоянным дипольным моментом.
Потенциал Ц)р ориентационного взаимодействия дается выражени-
ем Иор=-2ц4/(ЗкТК.дд6), где ц - дипольный момент взаимодействую-
щих одинаковых молекул, к - постоянная Больцмана, Т-температура
среды, К.дд - расстояние между диполями. При малых температурах
этот потенциал можно считать приближенно равным иор=^2ц2/Кдд3.

Индукционное взаимодействие характерно тем, что молекулы
или поляризуют друг друга с поляризуемостью а, или изначально
могут быть полярными. Потенциал индукционного взаимодействия
одинаковых молекул имеет вид 11|П —2ц2а/КЛЛй.

Существуют молекулы, у которых нет, не только дипольного,
но и квадрупольного, октупольного и других электрических момен-
тов, например, одноатомные молекулы благородных газов. Однако
и эти газы при охлаждении под давлением сжижаются и (кроме ге-
лия) отвердевают. Силы, обеспечивающие связи между такими мо-
лекулами и атомами, называются дисперсионными, энергия взаимо-
действия которых, например, для одинаковых частиц определяется
I) =-ЗР1а2/(4К.ЛЛй), где Р1 - потенциал ионизации частицы.

В дальнейшем в 30-е годы прошлого столетия Лондоном [1.8]
и Кзимир-Полячеком дисперсионная теория взаимодействия была
перенесена на взаимодействие квантовых осцилляторов между со-
бой. Изложим вначале те сведения о них, которые имеются в науч-
ной литературе. Дисперсионное взаимодействие в отличие от ку-
лоновского, индукционного, ориентационного электростатических
взаимодействия частиц находит объяснение только в рамках кван-
товой механики. Электроны в атомах и молекулах, поскольку они
вращаются вокруг ядер и на основании их волновой природы, можно
представить колеблющимися около ядра осцилляторами. Согласно
квантово-механическим представлениям электронный осциллятор
даже при абсолютном нуле совершает колебания с так называемой
«нулевой» частотой и энергией Ц=0,5Иу(|, где у((- частота колеба-
ний осциллятора. При сближении осцилляторов возникает чисто
квантово-механический эффект - они начинают взаимодействовать
между собой, объединяясь в устойчивую систему [1.2].

Еще раз повторимся: в связи с неравномерным распределением
электронного облака (плотности) вокруг ядра и внутреннего элек-
тронного остова с постоянно меняющейся формой и распределени-
ем общего заряда на его поверхности, атом можно представить себе
диполем с изменяющимся вектором. Поэтому, когда два таких дипо-
ля (атома) находятся на расстоянии достаточном для взаимодействия
их переменных электростатических полей (что соответствует рас-
стоянию взаимодействия сил ВДВ вплоть до ~ 1000 А), то в случае
совпадения их частот колебаний они постоянно, поворачиваясь друг
к другу противоположными по знаку зарядами (меньшей электрон-
ной плотностью у одного атома и большей у другого) и притягива-
ясь, сближаются до образования молекулы.

В этом плане предлагаемая модель электрона в виде тора с меня-
ющейся периодически по его кольцевой оси электронной зарядовой
плотностью очень хорошо объясняет дисперсионные силы взаимо-
действия между системами электрон - атом - молекула. Они изна-
чально заложены в природе дуализма: частица - электромагнитная
волна, причем не только для частиц, имеющих отрицательный или
положительный заряд, но и при отсутствии такового. Примером та-
ких взаимодействий может служить связь между протонами и ней-
тронами в ядре атома.

Энергия дисперсионного взаимодействия двух одинаковых ато-
мов или молекул равна [1.2]:

и|1=(3/4)Ьу)<х12КАА*.	(1.6)

Для двух разных атомов соответственно:

1}|2=(3/2)Ьу|У2а|а2/[(у]+у2)К.АВ6],	(1.7)

где V , V - частоты колебаний; а , а - поляризуемости атомов; К. ,
Кдв - расстояния между атомами.

Особенностью дисперсионного взаимодействия является его
всеобщность, так как во всех атомах и молекулах есть электроны.
Дисперсионные силы притяжения между воздействующими друг на
друга осцилляторами являются следствием возникновения резонанса
между флуктуациями электронной плотности взаимодействующих
атомов и молекул [1.9].

Эту теорию, в основном, применяют в научной практике при ис-
следовании взаимодействий между молекулами. Использование ее
для расчета характеристик димера воды (Н,О)2 и других молекул в
работе [1.10] дает прекрасные результаты по совпадению с экспери-
ментальными данными. Расчет энергии образования газообразных
гетероядерных Ван-дер-Ваальсовских комплексов с применением
теории дисперсионных сил взаимодействия показал, что тепловые
эффекты их образования пропорциональны разности поляризуемо-
сти компонентов в степени 1,2: ДП=0,2Да'-2, что хорошо согласуется
с экспериментом [1.11]. Применение формулы (1.6) для определения
энергии взаимодействия между молекулами воды в жидкой фазе в
предположении льдоподобной тетраэдрической структуры в класте-
рах, где молекулы колеблются в ее узлах за счет сил водородных свя-
зей с частотой 5,25х 1012 Гц [1.13] и параметров К.АА=2,98 А и а=5х
1О’23 см3 [1.7,1.12] дает значение дисперсионной энергии связи меж-
ду молекулами 469 см1, что очень хорошо совпадает с наблюдаемой
спектральной линией для жидкой воды 470 см 1 [1.7].

Когда во взаимодействии участвует одновременно большое ко-
личество осцилляторов (частиц), то возникают коллективные эф-
фекты, учет которых проведен в работе [1.14]. Если представить
взаимодействие частиц между собой в виде ряда с участием двух,
трех, четырех и т.д. частиц, то формула (1.6) является первым чле-
ном разложения, трехчастичное взаимодействие - вторым членом и
т.д. Анализ показывает, что применение теории возмущений к трем
молекулам приводит к трехчастичному дисперсионному взаимодей-
ствию. Специфической особенностью дисперсионных сил взаимо-
действия по сравнению с электростатическими является тот факт,
что они вызывают только притяжение осцилляторов друг к другу и
дают наибольший вклад в энергию взаимодействия молекул [1.15].

Вообще межчастичное (межмолекулярное) взаимодействие
включает в себя дисперсионные силы, кулоновские ориентационные
(от диполей), индукционные за счет взаимной поляризации молекул.
Но, поскольку все молекулы (диполи) постоянно колеблются друг
относительно друга, то, фактически, и ориентационные и индукци-
онные силы также оказываются знакопеременными, то есть пульси-
рующими. Поэтому имеем, по сути дела, взаимодействие одних и
тех же осцилляторов с некоторым спектром частот дисперсионных
сил. Этот вывод не строгий и не ставит целью навести ревизию на
весь громадный объем научной литературы, посвященной межмо-
лекулярному взаимодействию в жидкостях, а просто высказывается
предположение, которое далее будет проверено.

Второе предположение более фундаментальное и, фактически,
никак не обоснованное, заключается в следующем: полагаем, что
силы взаимодействия электронов в атоме с ядром и между собой, а
также в молекулах между электронами атомов на основе предложен-
ной модели электрона являются дисперсионными, и энергию этого
взаимодействия можно определить по формуле (1.6). Еще раз под-
черкнем, что эти предположения основаны на прелагаемой модели
электрона и интерпретации большого количества эксперименталь-
ных данных по межатомному и межмолекулярному взаимодействи-
ям. Запишем энергию связи (взаимодействия) внешнего электрона с
атомом следующим образом:

П =(3/4)Ьу а 2/К 6,	(1.8)

где ул - частота осцилляций электронной плотности внешнего элек-
трона на данной орбитали; ад - коэффициент поляризации электрон-
ного облака атома; Кдд - характерный средний размер осциллятора.
В качестве характерного размера для атома принимаем ковалентный
радиус атома (по табличным данным).

Энергия межатомных связей двухатомных гомоядерных и гете-
роядерных молекул определяется:

Ом=(3/4)Ьумам2/Кд/,	(1.9)

им=(3/2)ЬудУвадав/[( уд+ув)К.дв6],	(1.10)
Рис, 1,9, Контурные топограммы электронной плотности гомоя-
дерных молекул элементов второго периода [1.2].

где К.ДА, К.дв - межъядерные расстояния в молекулах; уд, ув, ум - ча-
стоты колебаний атомов между собой, которые равны частотам изме-
нения электрон-
ной плотности
внешних элек-
тронов на связы-
вающих орбита-
лях молекулы.

Физическая
сущность этих

предположений основана на том, что благодаря дуализму: частица -
электромагнитная волна за счет флуктуаций (пульсаций) плотности
электронного облака в различных его местах все время возникают
знакопеременные кулоновские силы, разные по направлению и ча-
стоте. Это связано с тем фактом, что при малых расстояниях между
электронами и ядром (0,5+1 А) необходимо учитывать конечные раз-
меры радиуса эффективного взаимодействия электронного облака и
ядра с остовом атома. Кроме того, играет роль и явная несферич-
ность и несимметричность электронных орбиталей, что хорошо вид-
но, например, из топограмм распределения электронных плотностей
даже для гомоядерных молекул, полученных расчетным методом аЬ
тШо (рис. 1.9, [1.2]).

Из этой хаотичной системы колебаний зарядов в пространстве
вокруг атома за счет взаимного влияния наибольшую амплитуду и
энергию будут иметь острорезонансные частоты, соответствующие
максимальной энергии данного электрона. В многоэлектронном ато-
ме должен существовать основной спектр частот соответствующий
энергиям всех электронов (либо электронным орбиталям). В моле-
куле по сравнению с атомом появляются частоты, соответствующие
объединенным двух, трех, четырех и т.д. центровым электронам, за
счет которых и осуществляется межатомная связь. Таким образом,
вокруг атома создается не постоянное кулоновское поле, а пульси-
рующее с высокой частотой, и взаимодействие атомов между собой
может проявляться на значительных расстояниях друг от друга.
Если встречаются одинаковые атомы (одного и того же вещества)
или разные, но в том и другом случае резонансные частоты электрон-
ных пульсаций (по-видимому, внешних электронов или электрон-
ных орбиталей) совпадают или близки по величине, то происходит
объединение их в молекулу. Здесь необходимо подчеркнуть, что в
такой системе пульсирующих электронных оболочек двух атомов,
находящихся рядом друг с другом, снимается вопрос экранирования
электронным облаком одного атома положительного заряда свое-
го ядра от электронного облака другого атома-партнера, о котором
говорилось выше. Фактически атомы становятся диполями, у ко-
торых постоянно меняются полюса. В то же время известно [1.2],
что свободно вращающиеся и рядом находящиеся диполи постоянно

стремятся развернуться друг к другу разноименными полюсами и
суммарная интегральная сила будет всегда притягивающая.

Чтобы проверить эти предположения на практике, необходимо
вычислить энергию взаимодействия и сравнить ее с существующи-
ми экспериментальными данными. Анализ справочной и научной
литературы показывает крайнюю ограниченность информации по
коэффициентам поляризации веществ, а имеющиеся данные силь-
но отличаются друг от друга (для одних и тех же веществ). Кроме
того, обычно коэффициент поляризации в экспериментах определя-
ют косвенным путем и для небольшого диапазона напряженностей

электрического поля на точность результатов оказывают влияние
различные побочные явления. В условиях расстояний, характерных

для атома и молекулы, напряженность электрического поля может
достигать 108 В/см и более. Поэтому измерение коэффициентов по-
ляризации в таких условиях требует особого подхода с учетом экра-

нирования от посторонних электрических зарядов.

Для обоснования изложенной теории дисперсионных сил рас-

считаем энергию связей двухатомных

Рис. 1.10. Распределение колебательных энергети-
ческих уровней в двухатомной молекуле.

гомоядерных молекул всех
веществ, способных их об-
разовывать, и некоторых
гетероядерных двухатом-
ных молекул, а вначале вы-
числим отношения частот
уд/ум для молекулы Н,
и групп ЗА, 4А, 5А, 6А,
7А веществ периодичес-
кой системы элементов
Д.И. Менделеева, образую-
щих устойчивые двухатом-
ные гомоядерные молеку-
лы. Для атома в качестве
энергии связи внешнего
электрона (внешней элек-
тронной орбитали)в левой

части формулы (1.8) принимаем потенциал ионизации внешнего
электрона 1^=?!,, а величины К.д - ковалентный радиус атома. Для
молекулы в качестве энергии связи принимается сумма 1)м=Ц+О,5Ьуо,
где I) - энергия диссоциации молекулы; О,5Ьуо - энергия нулевых
колебаний атомов. Для молекулы за характерный размер принимает-

ся расстояние между атомами Кдд.
Данный выбор сделан не случайно, так как при образовании мо-
лекулы перестраиваются в большей степени внешние (валентные)
электроны атомов и преобразуется именно энергия их связи в энер-
гию связи атомов в молекуле. Какая доля энергии электрона (или двух
электронов) при этом преобразуется в энергию связи молекулы в та-
ком расчете не имеет значения, поскольку, если существует какой-то
фундаментальный закон, то должны получить величину отношения
уд/ум для всех выбранных веществ примерно одинаковую. Это опре-
деляется тем, что в атоме внешний электрон связан с ядром и дру-
гими электронами дисперсионными силами, а в молекуле два атома
также с помощью таких же сил связаны их внешними электронами.
В связи с этим должна наблюдаться некоторая пропорциональность в
энергиях связи атома и молекулы, образованной из этих атомов. Вы-
бор энергии связи мо-

лекулы в виде суммы См=Со+О,5Ьуо обосно- ван тем, что энергия диссоциации отсчи- тывается не от дна по- тенциальной ямы ко- лебательной энергии, а от «нулевого» уров- ня и поэтому необхо- димо учитывать до- бавку О,5Ьуо (см. рис. 1.10). Коэффициент поляризации а имеет размерность объема (см3) и в квантово- механическом пред- ставлении считается, что он равен объему электронного облака	Моле- кула	Р1р еу	ЧЛ0.5Ьу„, еу	км,А	кл, А	
	н.	13.6	4,752	0,741	0,371	0,182
	А1,	5,99	1,23	2,47	1,43	0,344
		8,3	2,965	1,59	0,89	0,396
	С2	11,26	6,355	1,243	0,77	0,4
	м.	14,53	0,906	1,098	0,7	0,428
	о.	13,62	5,214	1,208	0,66	0,28
	г.	17,42	1,718	1,418	0,64	0,344
	р.	10,49	5,082	1,885	0,947	0,328
	82	10,3	4,415	1,889	1,04	0,26
	С1,	12,97	2,515	1,988	0,99	0,324
	Вг,	11,81	2,01	2,284	1,415	0,364
	з.	10,45	1,556	2,667	1,33	0,4
	81,	8,15	3,25	2,25	1,18	0,204
	Табл. 1.2. Отношения частот V/у и дисперсионных сил взаимодействия в гомоядерных молекулах.					

вокруг атома или мо-

лекулы ад=(4/3)лКА3,

ам=(4/3)тгВ.м3 [1.12,1.3]. Сделаем здесь довольно грубое предположе-
ние, что при объединении двух атомов в молекулу объемы электрон-
ных облаков суммируются, т.е. ам=2ад.

Тогда выражение для отношения колебательных частот атома и
двухатомной гомоядерной молекулы, образующейся из этих же ато-
мов, имеет следующий вид:

Уа/УмМР^Ка/К^СоН^Ц,).

(1.И)
Результаты расчетов по формуле (1.11) для элементов групп ЗА,
4А, 5А, 6А, 7А периодической таблицы и молекулы Н, приведены
в табл. 1.2. При этом экспериментальные данные по потенциалам
ионизации атомов, энергии диссоциации молекул, радиусов атомов
и межъядерных расстояний в молекулах брались из справочников
[1.16, 1.6].

Из таблицы видно, что для совершенно разных веществ, если
отнести в особую группу молекулы Н2, 8,, 81, величина уд/ум изме-
няется в незначительных пределах 0,33-Ю,4. Такой факт не является
случайным, а говорит о некой закономерности энергии связи атома и
молекулы. Причем даже этот небольшой разброс отношений частот,
как будет показано ниже, при наложении этих данных на периоди-
ческую таблицу элементов подчиняется некоторому закону. Средняя
величина уд/ум для всех молекул твердых веществ А12, В2, С2, Р2, 82,
Вг2,12, $12 и газов Ы2,02, Е2, С12 составляет ~0,346 и фактически может
быть использована, как универсальная постоянная. При этом удиви-
тельным фактом на первый взгляд является присутствие в этой груп-
пе веществ металлов, неметаллов и газов. Параметр уд/ум определяет
прочность связей молекулы, причем с его уменьшением энергия свя-
зи увеличивается, поэтому его можно использовать для оценки проч-
ностных характеристик молекул, различных материалов и веществ.

1.4.	Расчет параметра прочности уа/ум кристаллической
решетки для элементов периодической системы
элементов Д.И. Менделеева

Проведем расчеты отношения частоты колебаний электронной
плотности внешнего электрона свободного атома к частоте колебаний
электронной плотности внешних электронов связывающих орбиталей
в условиях кристаллической решетки уд/ук для всех чистых кристал-
лических (возможно и аморфных) веществ из периодической таблицы
элементов (за исключением гелия и редкоземельных). За энергию связи
внешнего электрона (орбитали) с ядром и остовом атома принимается
его первый потенциал ионизации, а энергии связи кристаллической
решетки твердого вещества - энтальпию его кипения или сублимации
ДНК. Среднее расстояние между атомами в твердом веществе опреде-
ляется вне зависимости от типа кристаллической решетки на основа-
нии модели плотной шахматной упаковки шаров и равномерного их
распределения по объему с использованием формулы К^^МгПр/р)1'3,
где - номер элемента вещества в периодической таблице; тр - масса
протона; р - плотность данного чистого вещества.

Необходимо отметить, что это достаточно грубое приближение,
но как будет видно далее из расчетных данных, оно оказывает слабое
влияние на общую закономерность изменения отношения уд/ук в за-
висимости от номера элемента. Для кристаллических веществ вид
формулы (1.11) изменится на следующий:

(1.12)

Результаты расчетов отношения уд/ук для всех веществ периоди-
ческой таблицы элементов и всех гомоядерных двухатомных устой-
чивых молекул, которые могут образовывать некоторые из этих
веществ, выполненные по формулам (1.12) и (1.9), приведены в
табл. 1.3.

Таблица построена по подобию периодической таблицы эле-
ментов веществ и в каждой ячейке указаны наименование элемен-
та, значения уд/ук для кристаллического вещества и двухатомной
молекулы. Видно, что для величин уд/ук и уд/ум по периодам 2+6 в
зависимости от расположения в группах элементов веществ наблю-
дается некоторая периодичность, поэтому для наглядности можно
построить графики изменения величин уд/ук и уд/ум по периодам
и в группах. Изменение отношения частот уд/ук в зависимости от
элемента вещества и размещения его в периодической таблице (по
периодам №2+6) для кристаллических структур и некоторых гомо-
ядерных молекул показано на рис. 1.11. Здесь необходимо сделать
замечание, чем меньше величина уд/ук, тем прочнее вещество, по-
скольку оно соответствует отношению энергий связи (Ьуд/Ьук). Из
рис. 1.11 видно, что совершенно нет случайных выбросов величины
уд/ук для всех 67 элементов! Необходимо подчеркнуть, никакой под-
гонки при расчетах не производилось, единственная неопределен-
ность заключалась в том, что в справочниках [1.6, 1.16] было приве-
дено несколько значений ковалентных радиусов некоторых атомов
и приходилось из них выбирать наиболее достоверный, который
наиболее часто употребляется в научной литературе, но таких слу-
чаев оказалось не более шести вариантов. Изменение зависимости
уд/ук от номера элемента для всех пяти периодов строго симбадно
(эквидистантно), когда все максимумы совпадают с максимумами и
минимумы с минимумами. По этим кривым наблюдаются интерес-
ные изменения свойств веществ в зависимости от группы таблицы и
номера элемента. Так для группы металлов 2В: Хп, Сб, Н§ наблюда-
ется резкое увеличение величины уд/ук=1,06+1,18, что характеризу-
ет их как менее прочных из всех металлов, причем переход от наи-
более прочных металлов V, 2г, МЬ, Мо, К.и, Та, XV, К.е, для которых
характерна величина уд/ук =0,2, к менее прочным Мп, Си, А§, Аи
(уд/ук=0,48+0,68) происходит плавно.

Особняком в ряду металлов стоит марганец Мп с низкой проч-
ностью по сравнению с соседними элементами четвертого периода
1А	2А	ЗБ	4Б	5Б	6Б	7Б		8Б		1В	2В	ЗА	4А	5А	6А	7А	8А
Н н, 0,18																	Не
1л 0,61 ы, 0,84	Ве 0,5 Ве, 3,59											В о,1  0,4	С 0,014- 0,048 С2,0,1	К м, 0,43	О О, 0,28	Р Р, 0,34	1Ме  1Ме2 562
№ 0,63 1% 1,33	мё 0,5 мё2 1,26											А1 0,27  А12 0,34	81  0,13  81, 0,21	Р Р, о,'зз	8  8, 0,26	С1 С1, 0,33	Аг  Аг, 93,2
к 0,71 к, 1,26	Са 0,51 Са, 1,72	8с 0,27	Т1  0,24	V 0,18	Сг 0,26 Сг, 2,8'8	Мп 0,46- 0,49	Ре 0,29	Со 0,31	№  0,28	Си 0,52 Си, 0,56	2п  1,06	Са 0,21	Се 0,17 Се, 0,38	Аз Аз, 0,36	8е 8е, 0,2'9	Вг Вг, 0,36	Кг  Кг, 48'
РЬ 0,84 РЬ, 1,42	8г 0,62 8г, 2,08	У  0,28	2г  0,18	МЬ 0,15	Мо 0,19	Тс  0,2	Ни  0,2	кь  0,27	Р<1  0,37	Аё 0,68 Аё, 0,42	СО 1,09	1п  0,42	8п 0,29- 0,18 8п, 0,5'1	8Ь  8Ь2 0,52	Те Те, 0,3'2	I I, 0,4	Хе Хе, 31'
Сз 0,76 Сз2 1,11	Ва 0,68	Та 0,24	НГ  0,23	Та 0,19	0,2	Ре 0,2	Оз 0,23	1г  0,28	Р1  0,34	Аи 0,67 Аи, 0,63	Нё 1,18	Т1  0,71	РЬ 0,27 РЬ, 0,55	В1  В1, 0,48	Ро	А1	Рп
Табл. 1.3. Таблица значений параметра прочности у/у\ и у/ у„ кристазлической решетки вещества и .молекул для элементов периодической системы элементов Д.И. Менделеева.																	
Рис. 1.11. Зависимость параметра прочности \’к кристаллической решетки и гомоядерных двухатомных молекул
для элементов в соответствие с размещением их в периодической таблице (по периодам).
Сг и Ее, что связано, по-видимому, с другой менее прочйой кубиче-
ской структурой кристалла по сравнению с объемноцентрированной
для элементов Сг и Ее. Но переход от элементов V, Сг к марганцу
и от него к элементам Ее, Со происходит плавно. Резкое уменьше-
ние прочности материалов наблюдается при переходе к щелочным
элементам групп 1А и 2А, что и следовало ожидать. Для молекул
щелочных элементов 1л2, Ве2, №,, М§2, К2, Са2, КЬ2, 8г,, С§2 отноше-
ние уд/ум имеет большое значение и изменяется от 0,44 до 3,6, что
говорит о малой энергии связи. Для групп ЗА, 4А, 5А, 6А, 7А, как
для кристаллических веществ, так и двухатомных молекул газов на-
блюдается совпадение минимумов и максимумов друг с другом всех
периодов №2-^6. Периодичность или плавность изменения величины
уд/ук наблюдается и поперек периодов таблицы вдоль одной группы.
Молекулы благородных газов №2, Аг2, Кг2, Хе2, как и следовало ожи-
дать, обладают вообще минимальной прочностью из всех соедине-
ний в периодической таблице, поэтому вероятность их образования
крайне низка. Особняком в периодической таблице стоят олово 8п и
углерод С, которые образуют по две кристаллической модификации,
но их значения величины уд/ук согласуются в периодичности с со-
седними элементами.

Таким образом, с большой степенью достоверности можно ска-
зать, что действительно существует всеобщий фундаментальный
закон взаимодействия дисперсионных сш в электронно-атомно-
молекулярной системе, с помощью которого можно описать и пред-
сказать энергию связей всех веществ в различных агрегатных со-
стояниях.

1.5.	Расчет энергии взаимодействия в двухатомных
гомоядерных и гетероядерных молекулах
различных веществ

Очень часто на практике в различных областях науки и техни-
ки необходимо знать прочностные, электротехнические, магнитные
и другие свойства веществ с возможной заменой или комбинацией
в них практически всех элементов периодической таблицы. Поэто-
му важно иметь наглядные сравнительные графики для некоторых
свойств этих элементов, что позволит группировать их по некото-
рым разделам и быстро без трудоемких расчетов использовать на
практике. С этой точки зрения знание прочностных характеристик
веществ на квантовом уровне, когда можно классифицировать их
по величинам связывающей энергии, а также энергии деформации
внутренних электронных оболочек будет иметь большую важность.
Поэтому далее будет предложена простая методика расчета энергии
связи и деформации электронных орбиталей в гомоядерных и гете-
роядерных двухатомных молекулах всех элементов.

1.5.1.	Расчет энергии взаимодействия в гомоядерных
молекулах

Для того чтобы напрямую вычислить энергию связи по фор-
мулам (1.6-^-1.10) необходимо знать поляризацию атомов и молекул
(ад, с^), а также частоту колебаний осцилляторов (у). Относительно
коэффициента поляризации необходимо внести некоторую ясность.
Общая поляризация атома, молекулы, домена кристалла под дей-
ствием внешнего электрического поля складывается из: ориентаци-
онной, относящейся целиком к молекулам и доменам (кластерам);
ионной, связанной с перераспределением дополнительного заряда
на атоме или молекуле и электронной, определяемой изменением
плотности электронного облака вокруг атома. В научной литерату-
ре и справочниках приводят, в основном, значения ориентационной
поляризации молекул (в жидкостях и газах) и доменов кристаллов в
твердых веществах. Упорядоченная ориентация диполей приводит к
векторному сложению собственных электрических полей и увели-
чению напряженности общего электрического поля. При рассмотре-
нии дисперсионных сил в отсутствии внешнего электрического поля
и ионов будем учитывать только электронную поляризацию, кото-
рая в силу своей размерности (объем), как принято считать [1.12,
1.3], определяется объемом электронной плотности атома (молеку-
лы). Электронная поляризация обычно, по крайней мере, на порядок
меньше ориентационной и вычисляется по формулам:

аА=(4/3)лКА’,ам=(4/3)лКм’,	(1.13)

где Кд, К - радиуса атомов и молекул.

Как уже излагалось выше, а также об этом можно более подробно
ознакомиться в монографиях по квантовой механике, например, [1.2,
1.3, 1.41] энергия связи атомов в молекуле определяется разностью
энергий связывающих молекулярных электронных орбиталей и раз-
рыхляющих (отталкивающих). Представим гомоядерную молекулу
с ее связывающими двухцентровыми электронными орбиталями в
виде сферы, внутри которой находятся два ядра атомов, окруженных
сферами одноцентровых электронных орбиталей и соприкасающих-
ся между собой их поверхностями, как показано на рис. 1.12. Если
сравнить рисунок 1.12с достаточно точно рассчитанными голограм-
мами электронных плотностей для гомоядерных молекул (рис. 1.9),
то можно утверждать, что схема рис. 1.12 удовлетворительно описы-
вает истинную физику строения молекулы.
Следуя принципу связывающих и разрыхляющих (отталкиваю-
щих) орбиталей, запишем для энергии связи молекулы: II =11 -I) г
В связывающей молекулярной орбитали электроны вращаются во-
круг нескольких ядерных центров (многоцентровые электроны). Тог-
да их коэффициент поляризации определяется объемом электронной
плотности молекулы, и энергию связывающих орбиталей можно за-
писать:

1)св =(3/4)ЬУ|п,ам2/Км* =(4/3)л2ЬУ|п,,

(1-14)

где п, - число связывающих электронных орбиталей. При этом со-
гласно многочисленным расчетам, включая и достаточно точные аЬ

Рис. 1.12. Схема расчета го.моядерной
.молекулы: 1 - ядро атама: 2 - одноцен-
тровые орбитали: Л - двухцентровые
орбитат.

1п1Но, на каждой связывающей орби-
тали присутствует по два электрона
с противоположными по знаку спи-
нами [1.2].

Энергия отталкивания атомов в
молекуле определяется взаимодей-
ствием электронных оболочек, в ко-
торых электроны вращаются вокруг
своих ядер (одноцентровые электро-
ны). В этом случае поляризация для
них определяется объемом, зани-
маемым оставшимся электронным
остовом, при этом полагаем, что это
сферы с радиусом равным Кд=Км/2
и энергию отталкивания можно
представить в виде:

Ц)Т=(3/4)Ьу2п2аА2/Км6=л2йу,п2/48,

(1.15)

где п2 - число оставшихся одноцентровых электронных орбиталей.
Тогда получим следующую зависимость для энергии связи в двуха-
томной молекуле:

Мм =(4/3)л2Ь[п1у|-п2у2/64].

(1.16)

Рассмотрим для примера двухатомную молекулу, представ-
ляющую собой гармонический осциллятор, где атомы колеблются
с определенной частотой. При решении уравнения Шредингера для
такой задачи находят частоту, так называемых, основных, нулевых
колебаний, которая зависит от силовой постоянной (Кс), характер-
ной для данной молекулы, и приведенной массы колеблющихся ато-
мов у0=Кс/т)|/2/(2л) [1.2]. Энергия соответствующих колебательных
уровней молекулы определяется Оп=Ьу0(п + 0,5), п=0,1,2,...Поэтому
можно предположить, что в формуле (1.16) частоты, равны между
собой у=у,=у0, поскольку только при полном резонансе колебаний
внешних электронов относительно ядер в двух атомах они могут
объединиться в молекулу. Тогда для двухатомной гомоядерной моле-
кулы окончательно получим:

Пм=(4/3)л2Ьу0[п-(М-п)/64],	(1.17)

здесь п - число связывающих электронных орбиталей (связей), 14 -
атомный номер элемента в периодической таблице.

Необходимо подчеркнуть, что формула (1.17) достаточно при-
ближенная, поскольку не вся энергия внешних валентных электро-
нов затрачивается полностью на связь общих молекулярных орбита-
лей, а из-за областей перекрытия с соседними орбиталями возникают
и отталкивающие силы. Поэтому ее точность должна возрастать с
увеличением числа связывающих молекулярных орбиталей п. Не-
точность формулы (1.17) будет также увеличиваться с возрастанием
отличия формы молекулы от сферы.

Здесь необходимо осветить еще один вопрос: в формуле (1.17) в
члене энергии отталкивания величина (1Ч-п) означает деформацию
всех остальных атомных орбиталей на что любой оппонент может
возразить: поскольку энергия их связи в атоме очень высока, то ма-
лая прибавка энергии сжатия должна относиться только к верхним
орбиталям, следующим за теми, которые стали связывающими. Но
так не может быть, поскольку всякое новое распределение энергии
между электронными уровнями строго квантуется с учетом их
величин ангармонизма, и поэтому всегда в таких новых услови-
ях внешнего энергетического воздействия все электронные уровни
должны перестроиться. Этот вывод подтверждается многочислен-
ными опытными данными по сравнению спектральных характери-
стик атомов и молекул, образовавшихся из этих атомов, для которых
практически никогда нет совпадающих спектральных линий, что
будет показано ниже.

Рассчитанные с помощью формулы (1.17) значения энергии свя-
зей, энергии отталкивания (или энергии деформации электронных
оболочек атомов) и энергии диссоциации для всех двухатомных го-
моядерных молекул, которые могут образовывать элементы из пе-
риодической таблицы, представлены в табл. 1.4. При этом за вели-
чину у0 принимались частоты нулевых гармонических колебаний
атомов в молекулах, данные по которым, а также радиусам молекул
и энергии диссоциации брались из справочников [1.6, 1.16]. Цело-
численное число связей п приближенно определялось из формулы
п=]+1±1, где] - номер периода размещения данного элемента в пе-
риодической таблице Д. Менделеева.
Параметры молекул					Энергия взаимодействия между атомами					
		Ьи0, еу	КМ,А	п	13,, су	13„ су	13, Л3|	Ч>гСУ	ч>>- СУ	п„.%
1	н.	0,546	0,741	0,5	3,59	0,06	0,017	3,53	4,48	22,6
3	Ы,	0,0436	2,673	2	1,1459	0,0089	0,0078	1,137	1,034	9,4
5	В,	0,13	1,589	2	3,42	0,08	0,0234	3,34	2,98	11,3
6	с,	0,23	1,243	2	6,0487	0,189	0,0312	5,86	6,21	5,8
7	14,	0,292	1,098	3	11,52	0,24	0,0208	11,28	9,76	14,5
8	о,	0,196	1,208	2	5,151	0,241	0,0468	4,91	5,12	4,2
9	Г,	0,114	2,352	1	1,497	0,187	0,125	1,31	1,602	19,5
11	14а,	0,0197	3,079	3	0,777	0,032	0,042	0,745	0,737	1,1
12	м8,	0,0063	3,889	1	0,0828	0,0142	0,172	0,0686	0,05	29,5
13	А1,	0,043	2,47	4	1,694	0,088	0,052	1,606	1,86	14,9
14	81,	0,063	2,25	4	3,32	0,13	0,039	3,19	3,22	0,94
15	Р,	0,097	1,893	4	5,11	0,22	0,043	4,89	5,03	2,8
16	8,	0,09	1,889	4	4,731	0,221	0,047	4,51	4,37	3,2
17	С1,	0,069	1,988	3	2,718	0,198	0,0727	2,52	2,48	3,2
19	к,	0,0115	3,925	4	0,604	0,035	0,0585	0,569	0,515	10
20	Са,	0,0081	4,278	2	0,211	0,0296	0,14	0,181	0,131	33
24	Сг,	0,056	1,679	3	2,208	0,242	0,109	1,967	1,56	24
29	Си,	0,033	2,22	5	2,171	0,163	0,0749	2,008	2,03	1,1
32	бе,	0,034	2,44	7	3,129	0,174	0,0557	2,955	2,85	3,6
33	Ав,	0,053	2,103	6	4,184	0,294	0,0702	3,89	3,97	2
34	8е,	0,0477	2,166	6	3,764	0,274	0,0728	3,49	3,41	2,4
35	Вт,	0,0403	2,281	4	2,121	0,257	0,121	1,864	1,97	5,6
37	КЬ,	0,0072	4,21	6	0,568	0,0458	0,0806	0,522	0,487	7
38	8г,	0,0103	4,5	2	0,27	0,0758	0,281	0,194	0,124	46,7
47		0,0239	2,7	6	1,884	0,201	0,107	1,683	1,66	1,4
50	8п,	0,0235	2,75	7	2,163	0,207	0,096	1,956	2,083	6,3
51	8Ь,	0,0335	2,35	8	3,526	0,296	0,084	3,23	3,1	4,2
52	Те,	0,0306	2,558	7	2,812	0,282	0,1	2,53	2,68	5,8
53	I,	0,0266	2,666	5	1,753	0,262	0,15	1,49	1,53	2,7
55	Се,	0,0052	4,648	7	0,479	0,051	0,107	0,428	0,45	5
79	Аи,	0,024	2,472	8	2,53	0,35	0,139	2,18	2,31	5,9
82	РЬ,	0,0136	2,93	6	1,074	0,212	0,198	0,862	0,818	5,2
83	В1,	0,0214	2,661	8	2,249	0,329	0,146	1,92	1,98	3,1
Табл. 1.4. Расчетные данные дисперсионной энергии связи и отталкивания атомов в гомоядерных молекулах и сравнение с экспериментом: и - частота колебаний: Ы - атамный номер: К -расстояние между атамами: п - число связей; Ь', - энергия связей; V, - энергия деформации: (Упр - энергия дис- социации (расчет): 1у11 ; - энергия диссоциации (эксперимент); цо - ошибка.										
Из табл. 1.4 видно, что
наибольшая разница в рас-
четных и экспериментальных
значениях энергии диссоциа-
ции молекул (29,5^-46,7%) на-
блюдается закономерно для
молекул элементов периода
2А (М§,, Са2, 8г2), у которых
количество связывающих мо-
лекулярных орбиталей со-
ставляет 1^2 и очень большие
размеры молекул (3,89-^4,5 А).
Это большие рыхлые и слабо

1(4А) С2	812	Ое2	8п2	РЬ2
2. (5А) М2	Р2	а$2	8Ьз	В12
3. (6А) Оз	82	8е2	Те2	
4. (7А) Г2	С12	Вг2	12	
5 (1В)		Си2	А&	Аи2

Связанные молекулы, имею- Рис.1. 13. Зависимости изменения энергии от-
щие, ПО-ВИДИМОМу, на СВЯЗЬ!- толкования (деформации) внутренних элек-
ВаЮЩИХ ОрбитаЛЯХ не ПО два тронных оболочек молекул по периодам табли-
’ цы Д. Менделеева
а одному электрону и если в

формуле (1.17) вместо целочисленного значения п подставить вели-
чины 0,5 или 1,5, то можно получить удовлетворительное совпадение
с экспериментальными данными. К этому же типу слабых молекул
относятся Е2 и Сг2, поэтому точность вычислений для них составля-
ет соответственно 19,5 и 24%. Для молекулярного водорода из двух

существующих у него электронов один может находиться на связы-
вающей орбитали, а второй - на разрыхляющей и поэтому величи-

1. в2 с2 м2

2. А12	812 Р2

3. Ое2 Ав2

4.	8п2	8Ь2

О2 Г2

82	С12

8е2 Вг2

Те2 1г

Рис. 1.14. Зависимости изменения энергии
отталкивания (деформации) внутренних
электронных оболочек молекул по периодам
таблицы Д. Менделеева.

на связей принята полуцелым
числом. Для него точность вы-
числений также невысока, что
может быть связано с сильным
отличием формы электронного
облака молекулы от идеальной
сферы.

Для остальных гомоядер-
ных молекул всей периодиче-
ской таблицы, с учетом выше
изложенных достаточно про-
стых и грубых предположений,
точность расчетов очень даже
неплохая (0,94-44,9%). В та-
блице также приведены значе-
ния связывающей энергии мо-
лекул и энергии деформации,

причем по порядку величины наибольшей энергии связи молекулы
располагаются в ряд М2>С,>О2>Р2>82>А82>8е2>8Ь2 и т.д. Расчеты
6е2
Ав2
8е2
Вг2

1. (4А) С2
2 (5А) Ы2

3. (6А) Оз

4. (7А) Р2

Рис. 1.15.

РЬ2
В12

812
Р2
82
С12

8п2
8Ьз
Те2

Зависимость энергии связи

элек-

тронных оболочек молекул от типа элемента
вещества.

показывают, что энергия де-
формации атомов внутри го-
моядерных молекул изменяет-
ся в диапазоне 0,01 <0,35 еу, то
есть она составляет заметную
величину, причем возрастает с
увеличением атомного номера.
Сравнение найденных чисел
связи для молекул Н2, 1л,, В,,
С,, М,, О,, Е, из таблицы 1.4
с данными точных расчетов,
приведенных в монографии
[1.2] показывает, что они пол-
ностью совпадают.

С помощью данной та-
блицы можно анализировать

свойства молекул, чистых веществ, сплавов и осветить некоторые
вопросы, на которые до сих пор в литературе нет ответа. Так, если
проанализировать потенциалы ионизации (Р^) атомов и гомоядер-
ных молекул, образующихся из этих атомов [1.6], то энергия отрыва
внешнего электрона у некоторых молекул (С,, 14,, Р2, Ак,, 8Ь,) боль-
ше, чем у атомов, а у гомоядерных молекул остальных элементов
наоборот - меньше. По данным таблицы 1.4 видно, что у этих пяти
молекул одна из наибольших энергия связи электронных оболочек
атомов, при этом отношения энергий отталкивания к энергии связи
невелики. Поэтому на основании этих расчетов можно сделать вы-
вод: для данных молекул энергия связей внешних электронов ста-
новится настолько большой, что она оказывается выше энергии их
связи в свободных атомах, чем и объясняются эти эксперименталь-

ные данные.

В таблице 1.4 приведены также отношения энергии сжатия ато-
мов к энергии связи их в молекуле Ц/П,. Видно, что эта величина
изменяется в небольшом диапазоне 0,61 <-0,2, причем и ее изменение
подчиняется некоторым закономерностям размещения элементов в
периодической таблице. Так на рис. 1.13 и 1.14 показано изменение
энергии деформации электронных оболочек атомов в молекулах для
элементов периодической таблицы групп 4А, 5А, 6А, 7А, 1В в ряду
периодов 2, 3, 4, 5. Для всех элементов периодической таблицы на-
блюдается симбадность (эквидистантность) изменения кривых за-
висимостей (то есть когда минимумы совпадают с минимумами, а
максимумы с максимумами). Несколько выпадает из этих зависи-
мостей молекула Е2, но это связано с неопределенностью количе-
ства электронов, находящихся на ее связывающей орбитали. Точно
подтверждают существование	3

значительной энергии оттал-	4

6е2 Аб2 8е2 Вг2

Тез Дз

Рис. 1.16. Зависимость энергии связи элек-
тронных оболочек молекул от типа элемента

кивания внутренних электрон-
ных оболочек атомов в моле-

—	_	вещества.

кулах. Такая большая энергия

отталкивания внутренних орбиталей атомов, связанных в молекулу,
должна приводить к деформациям их электронных оболочек и, как

следствие, к переходу внутренних электронных оболочек атомов из
невозбужденного состояния для случая свободного атома в некото-
рое возбужденное состояние с уровнем энергии как раз равной этой
энергии деформации.

1.5.2.	Расчет энергии взаимодействия в гетероядерных
молекулах

Аналогично вышеизложенному, можно рассчитать энергию свя-
зи, отталкивания и диссоциации для гетероядерных двухатомных
молекул. Для этого рассмотрим схему размещения атомов в молеку-
ле, показанную на рис. 1.17. Принимаем, что	а отношения

радиусов КуГЦ пропорционально отношению радиусов свободных
атомов |Д/К2. Полагаем также, что частота колебаний связы-
вающих и отталкивающих орбиталей для стабильной молекулы рав-
на частоте ее «нулевых» колебаний у0, кроме того, усредняем число
отталкивающих орбиталей величиной (М +М2)/2, тогда аналогично
формуле (1.17) для энергии связи в гетероядерной молекуле можно
записать:

Пм=(4/3)л2Ьу0{п -р,3р23 [(М,+1Ч2)/2-п]},	(1.18)

где р|=1/(1+К.|А/К.2А); р2=1/( 1+К2д/К|А). Результаты расчетов по фор-
муле (1.18) приведены в табл. 1.5, причем выбор двухатомных сое-
динений из таблиц справочника [1.16] осуществлялся произвольно.
Рис. 1.17. Схема расчета гетероя-
дерной молекулы

Несмотря на приближенный характер
формулы (1.18), из девятнадцати сое-
динений только для веществ С^ и АЮ
имеется достаточно большая ошибка,
а для остальных наблюдается хорошее
согласие расчетных и эксперименталь-
ных значений энергии диссоциации.
Видно, что величины энергии отталки-
вания, а, следовательно, и деформации
внутренних электронных оболочек
атомов для рассмотренных веществ из-
меняются в диапазоне 0,033<-0,652 еу.

Для расчетных значений обеих та-
блиц 1.4 и 1.5 видна еще одна общая

особенность: число связей в молекуле сильно зависит от нулевой
частоты гармонических колебаний атомов в молекуле: чем меньше

Параметры элементов и молекул					Энергия взаимодействия между атомами					
Моле- кула	т °<	в , А"	Ьт>(|, су	п	II,, еу	Ц, еу	11./11,	СУ	и,,.,, еу	Чо, %
1ЧО	0,7	0.604	0,236	2	6,207	0,267	0,043	5,94	6,6	10,4
со	0,77	0,604	0,269	3	10.61	0,21	0,02	10.4	11.093	6,5
	0,77	0,7	0,257	2	6,76	0,239	0,035	6,52	7,76	17,7
СС1	0,77	0,99	0,109	3	4,3	0,179	0,042	4,12	4,092	0,7
НЕ	0,37	0.64	0,513	1	6,745	0,345	0,051	6,4	5,865	8,6
НС1	0,37	0,99	0,371	1	4,879	0,304	0.062	4,575	4,434	3,1
НВг	0,37	1,415	0,328	1	4,31	0,652	0,151	3,658	3,757	2,7
80	1,02	0,604	0,143	3	5,64	0,217	0,038	5,423	5,359	1,2
А8С1	1,44	0,99	0,0426	6	3,36	0,204	0,061	3,156	3,224 *	2,1
а8о	1,44	0,604	0,0608	3	2,4	0,18	0,075	2,22	2,23	0,5
АЮ	1,43	0,604	0,121	2	3,18	0,12	0,038	3,06	3,844	22
ВаС!	2,24	0,99	0,0347	10	4,56	0,12	0,026	4,44	4,59	3,3
ВеО	1,13	0,604	0,1844	2	4,96	0,12	0,024	4,84	4,59	5,3
СгО	1,27	0,604	0,111	3	4.38	0.2	0,046	4,18	3,968	5,2
СиС1	1,28	0,99	0,0515	6	4.06	0,172	0,042	3,89	3,931	1,05
КС1	2.36	0,99	0,0348	10	4,58	0,033	0,0072	4,547	4,34	4,7
М8Вг	1.6	1,415	0.0464	6	3,66	0.164	0,045	3,496	3,348	4,4
МпО	1,3	0,604	0,104	3	4,104	0.184	0,045	3,92	3,72	5,3
8Ю	1,18	0,604	0,154	4	8.1	0.16	0,02	7,94	8,26	4
Табл. 1.5. Расчетные данные дисперсионной энергии связи и отталкивания (деформации) в гетероядерных молекулах: и - частота колебаний: п - число связей: V[ - энергия связей; V, - энергия деформации: 1) - энергия диссо- циации (расчет): 1) - энергия диссоциации (эксперимент); цо - ошибка.										
частота - тем больше число связей в ней. Например, для веществ -
соединений металлов с С1 и Вг: А§С1, ВаС1, СиС1, КС1, М§Вг энергия
гармонических колебаний изменяется в диапазоне 0,0347-Ю,0515 еу,
что соответствует изменению числа связей от шести до десяти. В то
же время для галогеноводородов: НЕ, НС1, НВг при больших часто-
тах собственных колебаний, соответствующих энергии 0,328-Ю,513
еу, число связей составляет около одной. Таким образом, чем мень-
ше энергия колебательного кванта гармонического осциллятора, тем
больше требуется в молекуле связывающих электронных орбиталей
и наоборот. Этот факт еще раз подтверждает определяющую роль
дисперсионных сил связи атомов в молекулах за счет процессов, свя-
занных с флуктуациями электронной плотности.

По аналогии взаимосвязей двух атомов в молекуле или в кри-
сталлическом веществе можно предположить, что в свободном ато-
ме энергия взаимодействия каждого электрона с ядром и остовом
остальных электронов, в особенности, находящегося на внешних
орбиталях, должна складываться из его энергии связи и энергии де-
формации остальных электронных орбиталей, вызванной этой свя-
зью. Но тогда для того, чтобы оторвать от атома, например, внешний
электрон, можно подводить к нему энергию не полного (термиче-
ского) потенциала ионизации, а строго резонансно только энергию
связи, которая будет меньше полной термической энергии иониза-
ции. Этот факт подтверждается многочисленными данными фотоио-
низации атомов и молекул, когда энергия кванта излучения обычно
несколько ниже, чем энергия термической ионизации. В следующем
разделе будут приведены некоторые экспериментальных данные,
подтверждающие вышеизложенные выводы.

1.6.	Экспериментальное обоснование дисперсионных сил
взаимодействия между атомами в молекулах и твердых
кристаллических веществах

Конечно, расчетным путем, даже с помощью методов аЬ 1пШо,
практически невозможно доказать факт деформации внутренних
электронных оболочек атомов, связанных в молекулу, поэтому об-
ратимся к эксперименту. Если предположить, что электронные
оболочки атомов в молекулах не деформируются, то электронные
энергетические уровни одноцентровых орбиталей не должны пере-
страиваться. Поэтому при возбуждении электронных уровней, на-
пример, в гомоядерной молекуле в электронных спектрах излучения
(поглощения) должны наблюдаться линии, совпадающие с линиями
электронных спектров свободных атомов, из которых состоит дан-
ная молекула, но на практике такого нет.
В таблице 1.6 приведены экспериментальные данные числа ли-
ний электронного спектрального излучения (поглощения) атомов Н,
М, I, Р, №, 8, Вг, В1 и молекул, образованных из этих атомов Н2, М ,
Д2, Р2, Вг2, В12, взятые из справочников [1.17, 1.6]. Анализ пока-

X, мкм	п	X, мкм	п	X, мкм	п	X, мкм	п
К		к		3		3,	
0,56796	1	0,32-0,43	86	0,58	1	0,342	4
0,68-0,75	4	0,75-0,78	166	1,01	1	0,55-0,58	7
0,8-0,86	3	0,87-0,87	65	1,03	1	0,58-1,01	46
0,87284	1	0,872843	1	1,06	1	1,0274	4
0,91-0,95	4	0,87-0,89	85	1,0972	1	1,0534	1
0,98866	1	0,97-0,97	9	1,10395	1	1,0775	1
1,01385	1	1,04-1,05	22	1,1914	1	1,0788	1
1,06-1,07	3	1,23-1,24	7	1,2432	1	1,11-1,15	14
1,34-2,41	10	3,29-3,47	10	1,315	1	1,20-1,22	2
3,79-8,16	14	8,18161	1	1,38-9,33	36	1,26-1,31	26
8,33-10,48	14	8,2088	1			1,31-1,34	29
	56		463		45		135
Н		Н,		Р		Р,	
0,43-10,74	31	0,12-0,13	14	0,62-0,78	20	0,15748	2
		0,14-0,16	31	0,92-12,39	47	0,15759	1
	31		45		67		3
№				§		8,	
0,43-0,45	4	0,53-0,54	20	0,3219	1	0,365	1
0,54156	1	0,54-0,56	16	0,41-1,09	16	1,086	1
0,59-0,68	5	0,78493	1	1,15	1	1,092-1,1	8
0,7887	1	0,78659	1	1,4-7,24	27	1,1587	1
0,81-3,51	31	0,79-0,81	22				
	41		60		45		11
Вг		Вг,		В1		В1,	
0,32-0,51	3	0,2915	1	0,4722	1	0,59-0,76	29
0,7-0,73	3	0,55-0,68	15	5,3284	1		
0,76-8,12	34	0,75-0,76	4				
	40		20		2		29
Табл. 1.6. Диапазоны и количество спектральных линий электронных перехо- дов атамов и молекул, образованных из этих атомов, п - число линий.							
зывает, что из этого большого количества линий излучения (погло-
щения) (1093) для атомов Н, М, Д, Р, №, 8, Вг, В1 и молекул Н„ М2, Д2,
Р2, №2, Вг2, В12 имеется только одна совпадающая линия 0,87284 мкм
и 0,872843 мкм для атома и молекулы азота, да и та, по-видимому,
определяется случайным совпадением при перестройке всех уров-
ней. Для большинства линий излучения (поглощения) свободных
атомов и молекул не совпадают и диапазоны длин волн, причем для
молекул, по сравнению со свободными атомами, энергия квантов су-
щественно увеличивается, а спектр излучения смещается в коротко-
волновую область.

Это изменение спектральных характеристик свободных атомов
и образованных из них молекул связано с влиянием энергии дефор-
мации атомов в молекулах. Например, энергия деформации атомов
Ни№ молекулах Н2 и М2 составляет 0,06 и 0,24 еу (см. табл. 1.4),
то есть заметную величину, причем изменению в большей степе-
ни подвержены внешние электронные орбитали и в меньшей сте-
пени внутренние, поскольку энергия их связи чрезвычайно высока
(так, у атома азота второй потенциал ионизации достигает 29,6 еу,
а седьмой 667 еу). Вследствие сильного ангармонизма размещения
электронных уровней энергии у атомов, с увеличением их номера
разность энергий между соседними уровнями уменьшается и для са-
мых верхних она становится незначительной. У того же атома азота,
для электронного терма 2Р]2 3 2(пз) с восьмого уровня (считая сверху)
по четвертый разность энергий между соседними уровнями состав-
ляет 0,1; 0,18; 0,33; 0,73 еу, а для терма 2Р°|/23/2(пд) с восьмого по
третий соответственно - 0,06; 0,1; 0,17; 0,32; 0,7 еу [1.6]. С другой
стороны, на один атом азота будет приходиться энергия сжатия 0,12
еу (см. табл. 1.4), и этой энергии будет достаточно, чтобы часть верх-
них электронных уровней атомов слились в один.

В табл. 1.7 приведены значения разностей уровней энергий
между двумя последними электронными уровнями атомов ряда эле-
ментов, взятых из справочника [1.6], а также рассчитанной величи-
ны энергии сжатия электронных оболочек, приходящейся на один
атом, для гомоядерных молекул из таблицы 1.4. В справочнике [1.6]
на диаграммах Гротриана приведены значения энергий атомов не
для всех последних (наружных) электронных уровней различных
термов, а там где имеется тонкое расщепление (Т.Р.) нарисованы
сильно сгущающиеся линии, что означает значительное уменьшение
этой разности энергий между последними электронными уровнями
по сравнению с приведенными в таблице 1.7. На основании данных
этой таблицы видно, что энергия сжатия внешних электронных уров-
ней, приходящаяся на один атом, в гомоядерных молекулах для всех
приведенных элементов будет превышать или равна кванту энергии
между последними (наружными) электронными оболочками, что
достаточно для объединения их в один уровень. В этом случае обя-
зательно вследствие закона квантования энергий в атомах и молеку-
лах все остальные электронные уровни, включая и нижележащие,
должны перестроиться, и поэтому линии спектральных переходов
между внутренними электронными уровнями также изменяться, что
и наблюдается в эксперименте.

Этот вывод можно сформулировать несколько по другому: за
счет внешнего воздействия на наружные электронные оболочки ато-

Элемент, молекула	Разность энергий между двумя послед- ними электронными уровнями, еу	Энергия сжатия, еу
н, н2	0,065 (Т.Р.)	0,03
ы, ц	0,027; 0,032; 0,045	0,0045
В. В,	0,079; 0,066, 0,064 (Т.Р.)	0,04
с,с2	0,08; 0,06; 0,07; 0,04; 0,05	0,0945
Ы, 1М,	0,1; 0,06; 0,07; 0,05	0,12
0.0,	0,18; 0,252; 0,17; 0,1; 0,11	0,12
р,Е2	0,06; 0,14; 0,24	0,935
На, Ка,	0,036; 0,042; 0,045	0,016
м§, м§2	0,054; 0,102; 0,081; 0,085; 0,068	0,071
А1, А12	0,09; 0,093; 0,102 (Т.Р.)	0,044
81, 812	0,112; 0,079; 0,067 (Т.Р.)	0,065
р.р.	0,07; 0,06	0,11
8,82	0,11; 0,173; 0,167; 0,108 (Т.Р.)	0,11
С1, С12	0,26; 0,11 (Т.Р.)	0,099
К, К,	0,034; 0,029; 0,035; 0,032 (Т.Р.)	0,0175
Са, Са2	0,075; 0,087; 0,062; 0,067 (Т.Р.)	0,0186
Си, Си2	0,066; 0,063; 0,064 (Т.Р.)	0,0815
Вг, Вг2	0,074; 0,027; 0,049; 0,067	0,128
КЬ, КЬ2	0,033; 0,035; 0,032 (Т.Р.)	0,023
8г, 8г2	0,072; 0,075; 0,057; 0,066; 0,077 (Т.Р.)	0,038
Ае,Ав2	0,054; 0,066; 0,065 (Т.Р.)	0,1
Л 32	0,063; 0,081; 0,137; 0,095 (Т.Р.)	0,131
Се, с§2	0,032; 0,039; 0,038; 0,037 (Т.Р.)	0,026
Аи, Аи2	0,175; 0,168 (Т.Р.)	0,175
Табл. 1.7. Сравнение разности энергий последних электронных уровней атамов элементов для различных термов [1.6] и энергии сжатия, приходящейся на один атам в гомоядерных молекулах: Т.Р. - тонкое расщепление последних уровней.		
мов, находящихся в молекуле, происходит уширение электронных
уровней, причем величина уширения возрастает настолько, что для
соседних верхних уровней она перекрывается и образуется широ-
кая спектральная полоса, (характерно, например, для атома йода). В
этом случае при возбуждении электронных уровней, например, у мо-
лекул азота и водорода для электронных переходов остаются уровни
с большей разностью энергий между ними, то есть при переходе из
возбужденного состояния молекулы в основное состояние будут из-
лучаться кванты с большей энергией, чем для свободного атома.

Если атомы в твердом кристаллическом веществе находятся в
возбужденном состоянии, то при температурных перепадах, внешнем
сжатии, деформации кристаллической решетки атомы должны излу-
чать кванты энергии. Действительно на практике имеются многочис-
ленные подтверждения таким явлениям, но объяснения им находят
обычно другие, связанные с дислокацией плоскостей кристаллов,
появлением микротрещин и т.д. В работе [1.18] приведены экспери-
ментальные данные, что при фазовых переходах второго рода (когда
перестраивается кристаллическая решетка из одного класса в дру-
гой) для твердых веществ происходит импульсное электромагнитное
излучение, существенная доля которого сосредоточена в диапазоне
частот 104-Ч09 Гц. При исследовании вещества 1л28О4 в процессе его
полиморфного превращения регистрировалось импульсное электро-
магнитное излучение в этом диапазоне частот. Характер излучения
менялся со временем, причем для начального момента времени был
характерен линейчатый спектр, затем он переходил в сплошной и да-
лее снова в линейчатый. При этом отмечались полосы с наибольшей
интенсивностью в частотном диапазоне 18-^22 и 3040 МГц. Как из-
вестно, для большинства электронных спектров веществ существует
тонкое и сверхтонкое расщепление энергетических уровней [1.6]. Из
табличных данных следует, что для элементов 1л и О, из которых
состоит исследуемое вещество, линии сверхтонкого расщепления
лежат в диапазоне 3-^800 МГц. На основании этого можно сделать
вывод, что при полиморфном превращении вещества 1л28О4, когда
изменяется кристаллическая структура, атомы в кристаллах умень-
шают свою степень деформации и переходят из одного электронного
возбужденного состояния в другое возбужденное состояние с наи-
меньшей энергией, излучая квант энергии в диапазоне частот 18-^22
и 3040 МГц.

Естественно предположить, что если в молекулах происходит
деформация электронных оболочек атомов, то с увеличением чис-
ла связей в различных молекулах для одних и тех атомов их экви-
валентный радиус, определяемый электронным облаком, должен
уменьшаться. Действительно, на основании известных литератур-
Атом	Связь			Атом	Связь	
	Одинарная	Двойная	Тройная		Одинарная	Двойная
В	0,88	0,76	0,68	С1	0,99	0,89
С	0,771	0,665	0,602	Ое	1,22	1,12
	0,66	0,56	0,5	Р	0,64	0,54
81	1,17	1,07	1	8п	1,4	1,3
Р	1,1	1	0,93	8Ь	1,41	1,31
8	1,04	0,94	0,87	Те	1,37	1,27
				I	1,33	1,23
Табл. 1.8. Ковалентные радиусы атомов (А ) в зависимости от числа связей в молекулах [1.16,1.2].						

ных данных, ковалентные радиусы атомов уменьшаются с увеличе-
нием количества связей в молекуле, что показано в таблице 1.8 [1.16,
1.2]. Ковалентные радиусы атомов определяются путем измерения
расстояния между ядрами атомов в молекулах в рентгеноструктур-
ных опытах. Видно, что с увеличением числа связей ковалентный
радиус атома уменьшается и довольно значительно, поэтому этот
экспериментальный факт еще раз подтверждает сжатие электронных
оболочек атомов в молекулах.

Анализ таблиц 1.4 и 1.5 показывает, что полная энергия диссо-
циации складывается из энергии связи атомов и энергии деформации
их внутренних электронных оболочек. Это, так называемая, терми-
ческая или ударная энергия диссоциации, на которую затрачивается
кинетическая энергия молекул, чтобы при их столкновении хвати-
ло на развал одной молекулы. С другой стороны, для осуществле-
ния диссоциации молекулы требуется подвести резонансно только
энергию связи атомов, что происходит при фотодиссоциации, когда
энергия светового кванта оказывается меньше энергии термической
диссоциации. Действительно, например, в работе [1.24] приводятся
экспериментальные данные по фотодиссоциации молекулы Н2О в
газовой фазе длиной волны света 0,266 мкм, энергия кванта которо-
го равна 37515 см ', в то время как энергия термической диссоциа-
ции составляет 41280 см1. При этом разность этих энергий равная
1765 см ', практически совпадает с энергией первого колебательно-
го уровня асимметричной моды молекулы воды (1756 см1), что не
является случайным совпадением, а еще раз подтверждает влияние
на эти процессы закона квантования электронной, колебательной и
вращательной энергии.

Аналогично следует ожидать подобного эффекта и для иониза-
ции свободного атома, у которого, например, полная энергия взаи-
модействия внешнего электрона будет складываться из энергии его
связи и энергии деформации остальных электронных орбиталей, за
счет этого взаимодействия. Тогда для того, чтобы осуществить ио-
низацию атома достаточно резонансно в виде кванта света подве-
сти к нему только энергию связи его с остальным остовом атома.
Экспериментальный факт ионизации вещества в газовой фазе пу-
тем подвода к нему резонансно кванта излучения меньшей энергии,
чем стандартный его потенциал ионизации, показывается в откры-
тии авторов [1.22]. Сущность открытия состоит в том, что экспери-
ментально установлено образование плазмы (то есть присутствие
ионов и электронов) в отсутствие силового поля от внешнего ис-
точника при оптическом возбуждении однокомпонентных паров
металла (Сз) светом с энергией кванта меньшей потенциала ио-
низации индивидуального атома и интенсивностью недостаточной
для начала многофотонных процессов и оптического пробоя. Этот
опытный факт авторы объясняют преобразованием кванта энергии
электронно-возбужденного атома Сз в кинетическую энергию ато-
мов, переходящую затем в кинетическую энергию электронов, кото-
рые и ионизируют атомы. Но подобный процесс является явно энер-
гетически невыгодным, с большими потерями энергии (в отсутствии
электрического поля) и требует большой концентрации электронов,
поэтому вероятность его осуществления будет крайне низкая. Более
вероятен прямой процесс ионизации за счет фотолиза, если пред-
положить, что оптическим квантом строго резонансно подводится
энергия, равная энергии связи внешнего электрона с ядром атома и
остовом остальных электронов. Эта энергия равна разности энергии
потенциала ионизации атома и энергии деформации электронных
орбиталей, вызванной взаимодействием внешнего электрона со всей
остальной системой ядро - электроны.

На основании вышеизложенного материала можно сделать следу-
ющее предположение: если в твердом многокомпонентном веществе
электронные орбитали атомов находятся в сжатом деформированном
состоянии, то есть атомы электронно-возбуждены, то при дополни-
тельном возбуждении электронных уровней, например, путем радиа-
ционных излучений (у - излучения или рентгеновского) либо потоком
высокоэнергетических электронов следует ожидать ускорения твер-
дофазных химических реакций при низких статических температу-
рах. Подобные процессы, например, для колебательно возбужденных
реагентов в газовой и жидкой фазах широко наблюдаются на практи-
ке и подробно будут описаны в следующих главах. Для твердофазных
химических реакций такое предположение подтверждается на основе
открытия [1.23]. Авторы этого открытия показали, что под действи-
ем электронного облучения при температурах, близких к характер-
ным термическим условиям протекания твердофазных реакций, про-
исходит их существенное ускорение. При этом скорости процессов
определяются мощностью поглощенной дозы и могут изменяться в
широких пределах (десятки и сотни раз), а глубина проникновения
связана с интегральной дозой. Этот факт можно объяснить тем, что в
случае возбуждения электронных уровней атомов увеличивается со-
ответственно частота колебаний внешних электронов, что вызывает
увеличение дисперсионной энергии взаимодействия между атомами
(см. формулы 1.6, 1.7), причем в ней нет зависимости каких-либо ко-
эффициентов от температуры, поэтому твердофазные химические ре-
акции могут существенно ускоряться при низких температурах.

На основании вышеизложенного материала можно сделать фун-
даментальный вывод, что при образовании из атомов молекул и твер-
дых веществ значительная часть энергии внешних электронных обо-
лочек переходит в другую форму - энергию деформации внутренних
электронных орбиталей. Второй принципиальный вывод заключа-
ется в том, что дисперсионные силы, определяемые флуктуациями
электронной плотности оболочек атомов, (а не чисто кулоновские
стационарные силы) вносят основной, главный вклад в энергию свя-
зей молекул и твердых кристаллических веществ.

1.7.	Силы межмолекулярных взаимодействий
в жидкой воде

Прежде чем приступать к описанию физических и химических
свойств жидкой воды, необходимо детально разобраться и понять
какие силы взаимодействия существуют между молекулами воды в
жидкой фазе. Ввиду большой сложности этих проблем и отсутствия
системных понятий в литературе попытаемся восполнить эти недо-
статки. Чтобы систематизировать существующие теории межмоле-
кулярных взаимодействий в воде, вначале изложим их трактовку,
которая существует в современной научной литературе.

В классических системах взаимодействие многих частиц можно
отнести условно к двум типам: короткодействующие - на малых рас-
стояниях и дальнодействующие - на больших. Короткодействующие
взаимодействия характеризуют взаимную непроницаемость класси-
ческих частиц на малых расстояниях и связаны, в основном, с де-
формацией электронных оболочек атомов вследствие запрета Паули,
что приводит к уменьшению электронной плотности между атомами
и свободного объема, занимаемого ими. Таким образом, причиной
отталкивания является «классическое» электростатическое отталки-
вание одноименных зарядов ядер и электронов с противоположны-
ми спинами [1.12].
Дальнодействующие силы, в основном притяжения, склады-
ваются из взаимодействий трех видов: электростатического ориен-
тационного между зарядами молекул (диполей), индукционного за
счет поляризации их и дисперсионного, связанного с флуктуациями
электронной плотности орбиталей молекул. Дальнодействующие
силы взаимодействия обусловлены электронно-ядерным притяжени-
ем и динамикой распределения электронной плотности в молекулах,
они распространяются на большие расстояния, в результате чего в
системе возникают коллективные явления, проявляющиеся обычно
в распространении упругих флуктуационных волн и экранировании
межчастичного взаимодействия [1.12].

В плотной среде почти каждая молекула и межмолекулярное
(или межатомное) пространство окружены многими молекулами. По-
этому, хотя потенциальная энергия притяжения, испытываемого каж-
дой молекулой (атомом) среды или пробной частицей, велика (будучи
суммой вкладов от многих соседних молекул), суммарная сила притя-
жения не обязательно велика, поскольку притяжение в одном направ-
лении обычно компенсируется почти равным притяжением в проти-
воположном направлении. Фоновый потенциал притяжения, поэтому
оказывается почти безградиентным, т.е. однородным, следовательно,
именно из-за высокой плотности жидкости, когда каждая молекула
окружена большим числом соседей, приближение среднего поля дает
полезную физическую картину, а не потому, что притяжение является
слабым и дальнодействующим. Несомненно, притяжение между мо-
лекулами слабее и обладает большим радиусом действия, чем оттал-
кивание, однако оно не мало в сравнении с величиной кТ, а его радиус
действия ненамного превышает как диаметр самих твердых сфер, так
и типичное расстояние между соседними молекулами [1.33].

Межчастичное взаимодействие в ионно-молекулярных системах
определяется посредством как электростатических, так и неэлектро-
статических сил, имеющих короткодействующий характер. Харак-
терные особенности этих взаимодействий заключаются в том, что
на больших расстояниях они соответствуют межчастичному притя-
жению, а на очень малых - сильному отталкиванию. Таким обра-
зом, потенциал межчастичного взаимодействия состоит из «интен-
сивного» взаимодействия электростатического типа и сравнительно
«слабого» короткодействующего. При увеличении концентрации
частиц вклад короткодействующей составляющей в потенциальную
энергию межчастичных взаимодействий резко возрастает, а влияние
электростатической составляющей при этом уменьшается [1.34].

В жидкостях молекулы не связаны между собой стационарными,
устойчивыми связями [1.4] и молекулы изменяют свои относитель-
ные положения. В связи с тем, что расстояние между молекулами
мало, между ними существуют сильные связи, они плотно заполня-
ют занимаемое жидкостью пространство и сравнительно медленно
меняют взаимное положение по сравнению с газами. В течение про-
должительных промежутков времени группы молекул могут обра-
зовывать агрегаты молекул (кластеры), которые по своим свойствам
напоминают твердое тело. Таким образом, жидкости по своим
свойствам занимают промежуточное положение между газами и
твердым телом. Суммарная энергия молекул жидкости складывается
из: 1) внутренней энергии молекул, составляющих жидкость (коле-
бательная и вращательная энергия атомов в молекуле и электронная
энергия атомов); 2) потенциальной энергии взаимного притяжения
молекул, которая является отрицательной; 3) кинетической энергии
движения центра масс молекул как целого, причем она положитель-
на. Потенциальная энергия равна работе, которую надо затратить,
чтобы развести молекулы на бесконечно большое расстояние друг
от друга, когда взаимодействие между ними можно считать отсут-
ствующим, а потенциальную энергию взаимодействия равной нулю.
Для жидкости характерно, что общая сумма энергий является отри-
цательной и такая система молекул уже не может самопроизвольно
рассеяться в большом объеме, поскольку после рассеяния ее энергия
состояла бы лишь из кинетической, т. е. была бы положительной, что
невозможно, вследствие отрицательности полной энергии системы.
Этот процесс образования жидкости при сжатии газа может идти,
если кинетическая энергия молекул не очень велика, т. е. при низкой
поступательной температуре.

В жидкостях силы взаимодействия между молекулами включа-
ют в себя следующие их виды: а) короткодействующие - к ним от-
носят силы отталкивания ядер атомов, а также специфическую связь
- водородную (протонная связь); б) дальнодействующие - электро-
статические силы (ВДВ), складывающиеся из ориентационного, ин-
дукционного и дисперсионного взаимодействий [1.2]. В отличии от
газов и твердых тел жидкости не допускают вычисления в общем
виде термодинамических величин или, хотя бы их температурной
зависимости. Причиной является существование сильного взаимо-
действия между молекулами жидкости, при отсутствии в то же время
малости и независимости колебаний, придающей простой характер
тепловому движению в газах и твердых телах. Большая интенсив-
ность молекулярного взаимодействия делает существенным для вы-
числения термодинамических величин знание конкретного закона
взаимодействия, который различен для разных жидкостей [1.5].

Хотя, как было показано выше, все типы связей между атомами
и молекулами в веществе можно определить как дисперсионные, но,
в соответствие с существующей классификацией в литературе, рас-
смотрим далее отдельно каждый тип взаимодействия между ними в
жидкой воде: водородную связь, дальнодействующие силы (ВДВ),
электростатические силы, индукционное взаимодействие, а также
дисперсионное.

1.7.1.	Водородная связь

Атом водорода Н( 1 к1) занимает особое положение по сравнению
с другими элементами при образовании соединений с сильно элек-
троотрицательными атомами, например, с такими, как Е, 0,14, С1, 8.
Его ядро практически лишается электронного облака, в то время как
«партнер» приобретает значительный эффективный отрицательный
заряд. С точки зрения электростатических взаимодействий возник-
новение водородной связи можно схематически представить в виде
А-Н\... В, где черточкой указана ковалентная связь, а точками во-
дородная связь между протоном Н‘ молекулы АН и электроотрица-
тельным атомом В. Обладая ничтожно малыми размерами (0,3^-0,46
А) и не имея внутренних электронов, которые отталкивались бы от
отрицательного заряженных атомов, ион водорода Н* способен про-
никать в электронные слои других атомов. Таким образом, необхо-
димым условием образования водородной связи является высокая
электроотрицательность атома, непосредственно связанного в моле-
куле с атомом водорода. Водородная связь наиболее прочна для сое-
динений фтора и кислорода, слабее проявляется у соединений азота
и еще слабее у соединений хлора и серы. Энергия водородной связи
(0,1 ~0,5 еу) значительно меньше энергии ковалентной связи (4-^5 еу),
но она существенно больше энергии теплового движения молекул
кТ (0,025 еу) и поэтому ее вполне достаточно, чтобы вызвать образо-
вание в жидкости из молекул ассоциатов (кластеров). При этом надо
отметить, что энергетические затраты на растяжение валентной свя-
зи А-Н (в комплексе с водородной связью) незначительны и поэтому
длина ее практически не изменяется. При образовании водородной
связи имеет место существенное перераспределение электронной
плотности. Важно отметить, что оно происходит во всей области
комплекса, а не только на фрагменте Н...В. Это означает, что одним
лишь электростатическим взаимодействием нельзя объяснить при-
роду водородной связи (тем более сильной) [1.35].

Водородная связь между молекулами в жидкостях является раз-
новидностью ковалентной химической связи и конкретно для воды
каждая молекула взаимодействует с четырьмя соседними молекула-
ми посредством одного типа взаимодействия - водородной связи, а
более точно - протонной связи. Молекула Н,О является двойным,
симметричным донором и акцептором протонов, она образует четыре
водородные связи: две - с использованием собственных протонов и
две - с протонами соседних молекул. Физическая сущность этих сил
заключается в дисперсионном взаимодействии осциллирующих про-
тонов, причем в системе одинаковых молекул жидкости и в самой мо-
лекуле происходят взаимные протонные переходы. Эксперименталь-
но было показано [1.7], что в жидкой воде отсутствуют газообразные
молекулы в количестве, достаточном для спектрального анализа, что
служит доказательством непрерывности водородных связей в жидко-
сти. Особенность водородной связи состоит в том, что атом водорода,
входящий в состав одной молекулы (А-Н), образует вторую, обычно
слабую связь с атомом В другой молекулы (Н-В), в результате чего
обе молекулы объединяются в комплекс А-Н...В через, так называе-

мый, водородный мостик. Атомы А (Г, 0,14, С1) и В в водородном мо-
стике обладают высокой электроотрицательностью, а атом В имеет
неподеленную электронную пару. Энергия водородной связи между
молекулами обычно составляет Он=8-^80 кДж/моль (слабая Н связь) и
значительно уступает химической связи, например, для молекулы ОН
ДНХ=425,3 кДж/моль [1.2]. Обычно длина слабой водородной связи
составляет 1,6-И ,8 А по сравнению с сильной водородной связью
О-Н в молекуле воды (-0,913 А), а, с другой стороны, длина слабой
водородной связи существенно меньше длин связи электростатиче-
ских сил ВДВ (до 1000 А). Чем больше сродство аниона (в данном
случае атомов Р, 0,14, С1) к водороду, тем прочнее водородная связь,
и протон в молекуле воды более сдвинут в сторону гидратирующего
иона. Время существования водородной связи порядка 10" сек, спу-
стя это время большая часть молекул изменит ориентацию, и водо-
родные связи возникнут в других местах [1.12].

Водородные связи во льду I и жидкой воде имеют особенности.
Н. Бьеррум [1.36] показал, что во льду I имеются два типа дефек-
тов: В-дефект, когда на одной линии связи между атомами кислоро-

Рис. 1.18. Зависимости энергии водородной связи 1)н
от длины связи О-Н и изменения дипольного момента в
жидкой воде от 13п [кДж/моль]: 1-К=2.5 А; 2-11=2.7 А;
3-11=2.9 А; 4-11=3,1 А; [1.7]

да могут оказаться два
протона О-Н... Н-О и
Ь-дефект, когда между
этими атомами совсем
нет протонов О....О.
Энергия формирования
этого дефекта равна
II =49,9± 1,7 кДж/моль,
энергия переориента-
ции молекул Оор= 10,48
кДж/моль, а полная
энергия активации это-
го процесса составляет
11д=60,3-Н,7 кДж/моль. Такая энергия обуславливает концентрацию
ВиЕ дефектов в чистом льду равную 7* 1015 см 3 при температу-
ре -10°С, что хорошо согласуется с экспериментальным значением
энергии переориентации молекул ~54,5 кДж/моль [1.12]. Аналогич-
ные дефекты имеются и в кластерах жидкой воды. Одно из главных
условий существования водородных связей - это их направленность,
а отклонение от линейности приводит к резкому ослаблению, что
равносильно полному разрыву. Дж. Попл [1.37] показал, что неподе-
ленные пары электронов расположены таким образом, что наиболь-
шее значение электронной плотности концентрируется на стороне
противоположной размещению протонов, поэтому неподеленные
пары электронов обуславливают наличие двух полюсов с отрица-
тельными зарядами и вносят определенный вклад в общий диполь-
ный момент.

Расчеты методом С1ЧВО/2 [1.38] показывают, что профили сил,
действующих на атомы О и Н ковалентной и водородной связи раз-
ной прочности, принципиально одни и те же, при этом картина про-
филя сил взаимодействия с атомом кислорода во всех случаях оста-
ется практически неизменной. Профиль сил, действующих на атом
водорода, содержит два максимума, располагающихся на расстоянии
0,2-Ю,25 А от ядер атомов, образующих рассматриваемую связь. Эти
аналогии в характере кривых свидетельствуют о сходной качествен-
ной и количественной картине в распределении сил, действующих
на атомы Н и О, например, в следующих системах: 1) водородная
связь Н...О Е)н=21 кДж/моль=1751 см1; 2) энергия связи иона Н5О2+
ДНИ=134,1 кДж/моль=11210 см'; 3) энергия связи радикала ОН
АНХ=425,3 кДж/моль=35555 см1. При этом интенсивность максиму-
мов плотности сил локализовано около атома кислорода (0,3; 1 и 2
а.е.) и увеличивается с ростом энтальпии связи.

В общем случае энергия водородных связей комплекса А-Н...
..В зависит от расстояний между основным элементом А-Н (К!) и
атомом другой молекулы А..В (К2). Для примера полуэмпириче-

ская зависимость энергии водородной связи, представлена на рис.
1.18а [1.7]. При образовании водородной связи иона Н+ с ионом во-
дорода соседней молекулы происходит смещение зарядов в диполе
молекулы Н2О на расстояние ДК, которое, в свою очередь, приводит
к изменению дипольного момента Дц= 4,8К, поскольку одновремен-
но с движением Н+ имеет место смещение электронной плотности в
противоположном направлении и Др обычно больше, чем следует.
Общее увеличение дипольного момента определяется выражением
Дц=Пн/148е/КАВ. Зависимость увеличения дипольного момента от
энергии Е)н водородной связи А-Н.В приведено на рис. 1.186. Из

рисунка видно, что для невозбужденной молекулы Н2О в воде, когда
расстояние К()|| равно ~0,913 А энергия водородных связей между
молекулами (связь Н..О) для средних расстояний между атомами

кислорода ~2,8<-2,9 А составляет II =20-^25 кДж/моль [1.12].

Водородная связь изменяет состояние взаимодействующих мо-
лекул и при этом: а) понижается частота валентного колебания А-Н-
V , изменение которой можно определить формулой Ду — Шн/0,024
(Баджер и Бауэр) или (Дул1|- 40)и-5—Ц( /0,3 (Иогансен, Рассадин); б)
увеличивается его амплитуда Е , это возрастание зависит от энергии
образующейся связи, как АР °-5=—V /3,1 в) увеличиваются частоты
крутильных колебаний ДР—ЦДО, 160х 10"1); 0=1-Н,5; г) появляются
новые межмолекулярные колебания.

1.7.2.	Дальнодействующие силы Ван-дер-Ваальса (ВДВ)

Из особенностей сил ВДВ следует, что для их определения
надо знать поляризуемость тел (а) как функцию частоты (ш) в ши-
роком диапазоне. Энергия диполь-дипольного взаимодействия (И)
без учета запаздывания двух атомов, или частиц, находящихся в
основном состоянии в вакууме, ^на расстоянии К определяется вы-
ражением [1.12]: и(К)=—(ЗИ/лК6)[а|(1ш)а2(1ш)<1ш=-С/Кй при условии
кТ«1з/К, где а>0=2лС/Х, а условие'^«С/К эквивалентно Р«\,- Если
этапы, молекулы, частицы взаимодействуют в среде, то 1Д(К.)=—(ЗЬ/
лК6)|{[Да|(1ш)Ла,(1ш)]/Е2(1ш)}<1ш, где Да(1ш) - разность эффективных
поляризуемостей взаимодействующих атомов (молекул) и атомов
(молекул) растворителя; е2(1ш) - диэлектрическая проницаемость
среды.

Свободная энергия взаимодействия посредством сил ВДВ зави-
сит от формы и расстояния между телами. Неаддитивность сил ВДВ
выделяет их вклад в термодинамические характеристики. Причина
неаддитивности заключается в том, что всякое изменение электри-
ческих свойств среды в какой-либо области, в силу уравнений Мак-
свелла, приводит к изменению флуктуационного поля и вне этой об-
ласти, то есть не определяется свойствами вещества в данной точке.
Вклад неаддитивной части ВДВ взаимодействия многочастичных
сил существенен при взаимодействии атомов (молекул) с поверхно-
стью раздела фаз, жидкостей и т.д.

Силы ВДВ создаются за счет флуктуации электронного заряда
- они дисперсионные или электродинамические. Это связано с тем,
что осцилляция заряда молекулы или атома приводит к возникнове-
нию мгновенных дипольных моментов, причем частоты этих осцил-
ляций такие же, что и оптической дисперсии. Потенциальная энер-
гия этого взаимодействия между двумя молекулами определяется:
11вдв=0,5(а2ц|2-а|ц22)/К6, где ц, и ар а2 - дипольные моменты и
поляризуемости молекул, К - расстояние между ними. Силы ВДВ
дальнодействующие, захватывают области более 1000 А, их синхро-
низирующее действие приводит к вращению, взаимной ориентации
молекул и анизотропии системы. В жидких кристаллах, где величи-
на короткодействующих сил невелика, именно дальнодействующие
силы ВДВ определяют спиральные структуры и упругие модули. Как
показывают квантово-механические расчеты, энергия ВДВ взаимо-
действия слагается из электростатической и индукционной энергий
[1-12].

1.7.3.	Электростатические силы, ориентационное
взаимодействие (эффект Кьезома)

Рассмотрим взаимодействие двух полярных молекул с одина-
ковыми дипольными моментами [1.2]. При сближении они ориен-
тируются так, чтобы потенци-

альная энергия системы Ц)р
стала минимальной, а наличие
дипольного момента опреде-
ляет отсутствие симметрии у
молекулы. Дипольный момент

а

б

молекулы ВОДЫ В газовой фазе Рис. 1.19 Расположение диполей молекул
равен ц2= 1,8550, где 0=1 О'* воды

эл.-ст. ед.*см, а квадрупольный момент определяется, как 0хх +0уу
+(^=0, где 0хх=-1,12* 1026; (\у = 10‘26; р27=0,12*1О'26 эл.-ст. ед.-см.

В молекулярных кристаллах, где положение молекул фиксиро-
вано и невысокая температура, потенциальная энергия взаимодей-
ствия двух разных изолированных частиц, имеющих дипольные мо-
менты, определяется выражением [1.12]:

II, ,<е|) —[ц1ц2/(4лЕЕ0К3)](2со8[31со8[32+8тР|8тР2со8<р),	(1-19)

где Цр ц2 - дипольные моменты частиц; К - расстояние между цен-
трами диполей; Рр Р2 - углы между линией, соединяющей центры
диполей и вектором диполя; <р -угол разворота диполей друг отно-
сительно друга. Эта формула справедлива, когда расстояние между
диполями много больше плеча самого диполя (Ь), то есть Ь/К«1.

Соответственно максимальная потенциальная энергия взаимо-
действия для размещения диполей согласно рис. 1.19а равна:

Ц 2’е|>тах— ц1ц2/(2лее0К3).

(1.20)
Минимальная потенциальная энергия для размещения диполей
согласно рис. 1.196 определяется:

11, ^(с1)тт=_ ццДДдЕЕдК3).	(1-21)

В газах и жидкостях тепловое движение молекул расстраивает
ориентацию диполей и, усредняя по всем возможным ориентациям
с учетом теплового движения, потенциальную энергию взаимодей-
ствия диполей можно определить:

и,.?1’~Ц>22/(24л2е2е02кТВ6).	(1.22)

В жидких кристаллах, когда диполи ориентированы однонаправ-
лено, энергия ориентационного взаимодействия увеличивается. Про-
ведем простые оценки для диполей, размещенных в слое, например, в
шахматном порядке, при этом энергия одного выбранного диполя скла-
дывается из энергий его взаимодействий со всеми окружающими. Для
примера, выберем одну квадратную ячейку из девяти молекул, тогда
для центральной молекулы энергия ее взаимодействия с молекулами,
лежащими на линиях параллельных сторонам квадрата, складывает-
ся: Ц ,('|)т,п(1+1/23+1/33+1/43+...1/п’)=4,8ии(с|)т1П, а по линиям

диагоналей квадрата получим: 11,2(е|)=4/22<е|>™п (1 + 1/23+1/33+1/43
+ 1/п3)~ 1,7С1,2(е1>гп,п. Таким образом, дальнодействующее влияние
соседних молекул (диполей) заметно увеличивает их энергию взаи-
модействия.

1.7.4.	Индукционное взаимодействие (эффект Дебая)

В области дальних расстояний, кроме электростатических,
важную роль играют взаимодействия, обусловленные поляризаци-
ей электронных оболочек молекул (ионов). Взаимодействия такого
рода называются поляризационными. Природа их чисто квантово-
механическая и они разделяются на индукционные и дисперсион-
ные. Индукционные взаимодействия связаны с изменением про-
странственного распределения электронной плотности в одной
частице под влиянием другой. Они зависят от свойств частиц, таких
как полный заряд, дипольный, квадрупольный и другие высшие мо-
менты распределения зарядов в них, и являются индивидуальными
характеристиками. Учет же взаимного влияния полей частиц на рас-
пределение электронных плотностей приводит к тому, что у частиц
появляются индуцированные дипольные, квадрупольные и высшие
моменты. Взаимодействия мультипольных моментов одной частицы
с индуцированными моментами другой (и наоборот) и называются
индукционными, которые можно представить в виде мультиполь-
ного ряда. Ограничиваясь только дипольными взаимодействия-
ми, их энергию можно определить [1.35]: 11,2(им|)— {(д^а^ц^)/
К‘*+2(д1ц|а2со8<р1+д2ц2а|со8<р2)/К2+[ц|2а2(Зсо82<р|+1)+ц22а1(Зсо82<р2+
1 )]/К6}, где К - расстояние между диполями; др д2- заряды частиц;
Рр ц2 - дипольные моменты; а2, - дипольные поляризуемости ча-
стиц; фр <р2 - углы расположения векторов диполей относительно
линии, соединяющей их центры.

Молекула, обладая постоянным дипольным моментом, наво-
дит в другой молекуле неполярной или полярной, так называемый,
индукционный дипольный момент ц=ае0Еэ, где а - поляризуемость
молекулы, а Еэ - напряженность электрического поля. Индукцион-
ный дипольный момент имеет то же направление, что и постоянный,
вызвавший его появление, а величина сильно зависит от напряжен-
ности электрического поля и поляризуемости среды. Взаимодей-
ствие постоянного диполя одной молекулы и наведенного им диполя
второй понижает потенциальную энергию системы из двух диполей
на величину, называемую энергией индукционного взаимодействия
[1.2]. При взаимодействии полярной и неполярной молекул эта
энергия равна:

ац2/(8л2с0К6).	(1.23)

Индуцированное взаимодействие не зависит от температуры,
так как ориентация наведенного диполя не может быть произволь-
ной, она определяется направлением постоянного диполя. Энергия
тем больше, чем выше поляризуемость неполярной молекулы и ди-
польный момент полярной молекулы.

1.7.5.	Дисперсионные силы (эффект Лондона)

Дисперсионные взаимодействия универсальны - они харак-
терны для всех молекул и определяются индуцированными муль-
типольными моментами частиц. Они описывают межчастичное
притяжение, впервые учтенное Ван-дер-Ваальсом и, ограничиваясь
точностью дипольных взаимодействий, потенциальная энергия мо-
жет быть представлена в виде О,2(а,5р)—31Р11Р2а2а1/[2К6(1Р1+1Р2)], где
1Рр 1Р2 - энергия ионизации молекул; а,, а2 - поляризация молекул.
Дисперсионные взаимодействия универсальны в том смысле, что они
характерны для всех молекул и ионов, а, например, индукционные
возникают только в том случае, если одна из частиц является ионом
или обладает отличным от нуля мультипольным моментом [1.35].

Несколько по-другому определяются дисперсионные силы в
монографии [1.2]. Так, например, водородная связь также считается
дисперсионным взаимодействием между осциллирующими прото-
нами, которая объясняется следующим образом: электроны в атомах
и молекулах можно уподобить колеблющимся около ядра частицам
- осцилляторам. Согласно квантово-механическим представлениям,
электронный осциллятор даже при абсолютном нуле совершает коле-
бания с так называемой нулевой энергией 1_7о=О,5Ьуо, где у0 - частота
колебаний осциллятора. При сближении двух осцилляторов возни-
кает чисто квантово-механический эффект - понижение суммарной
нулевой энергии двух осцилляторов на величину, называемую дис-
персионной энергией и определяемую формулой (1.6).

Особенностью дисперсионного взаимодействия является его
всеобщность, так как во всех молекулах есть движущиеся электро-
ны и атомы. Другой важной особенностью дисперсионного взаимо-
действия является его аддитивность. Например, если имеются три
частицы, то общая энергия их взаимодействия Ц,3 складывается из
энергий парного взаимодействия: I) =1) +11 +й . Упрощая, эту
аддитивность можно объяснить, как результат согласованного (в
такт или резонансного) движения электронных осцилляторов, кото-
рое понижает общую нулевую энергию системы. Аддитивность дис-
персионных сил проявляется в адсорбции, в процессах, связанных с
конденсацией газов и др.

Конкретно для жидкой воды с учетом размещения каждой мо-
лекулы на минимальном расстоянии около 2,84 А от четырех со-
седних молекул практически в центре правильной равносторонней
пирамиды, длина граней которой равна 4,5 А суммарную энергию
взаимодействия пяти молекул можно оценить по формуле П12345=
^12+^,3+^,4+^,5+^2з+^2г^25+^зг^з5+^45=^12(4+6(2,84/4,5)>
4,15ц,. В связи с сильным уменьшением энергии дисперсионных
связей с возрастанием расстояния ~ 1/К6 от данной молекулы можно
не учитывать влияния остальных молекул в жидкости на нее, и тогда
в среднем на одну молекулу величина энергии дисперсионной связи
будет составлять Пдис=(4,15/5)П|2=0,83П|2.

В отличие от электростатических взаимодействий, которые
могут приводить к отталкиванию и притяжению в зависимости от
взаимной ориентации молекул (диполей), индукционные и диспер-
сионные взаимодействия приводят только к притяжению. Специ-
фической особенностью индукционных и дисперсионных взаимо-
действий по сравнению с электростатическими, является также их
многочастичный характер. Так, например, применение теории воз-
мущений к трем молекулам приводит к трехчастичным индукцион-
ным и дисперсионным взаимодействиям.

На больших расстояниях потенциал взаимодействия двух изо-
лированных молекул может быть представлен в виде суммы элек-
тростатического, дисперсионного и индукционного слагаемых С, 2=
Ц 2,е|’+Ц ^р’+Ц 2<'п<|). Относительный вклад различных типов взаи-
модействия зависит от расстояния, относительной ориентации мо-
лекул и их химической природы, при этом обычно наименее суще-
ственно влияние индукционных взаимодействий, тогда как роль
дисперсионных взаимодействий существенна даже для сильнопо-
лярных молекул [1.15].

1.8.	Анализ недостатков современного представления сил
межмолекулярного взаимодействия в жидкостях

Простой анализ приведенного материала в предыдущем разделе
по межмолекулярным силам взаимодействия в жидкости сразу вы-
зывает много вопросов, некоторые из которых можно сформулиро-
вать следующим образом:

-	если водородные связи, химические ковалентные и электро-
статические считаются одной природы, то, хотя бы для сил притяже-
ния, должен существовать какой-то универсальный вид межмолеку-
лярных взаимодействий в жидкости - на этот вопрос ответа нет;

-	все виды сил описывают сугубо равновесные термодинами-
ческие процессы, хотя известны многочисленные неустойчивые со-
стояния жидкостей, в частности, чистой воды с большим периодом
последействия, отличающимися существенно различными свойства-
ми, и поэтому в таких условиях силы взаимодействия между молеку-
лами должны зависеть от времени;

-	почему попытки рассчитать характеристики жидкой воды, тем
более ее зависимостей физических свойств от температуры, по выше
приведенным формулам и даже использование более сложных по-
тенциалов взаимодействия между частицами полуэмпирического
вида, например, таких [1.12]:

ПНН(К)=36,13 5/К+ЗО/ {1 +ехр[21,97(К-2,12)] }-26,52ехр[-4,72(К-

-1.45)2],

ион(К)=2,664/К|4-97-72,269/К,	(1.24)

13ОО(К)= 144,53/К+1,697х 106/К'2-4,039х 1О’/К6,

которые заранее подбираются из условия обеспечения нелинейной
геометрии молекулы Н2О и экспериментальных свойств воды, не
дают желаемого результата и сильно отличаются от известных опыт-
ных величин;

-	экспериментальные данные показывают, что дипольный мо-
мент молекулы воды для газовой фазы составляет 1,85В, жидкой -
2,29В, льда 1 - ЗВ, с чем это связано неизвестно, кроме ссылок на
влияние водородных связей в научной литературе ничего нет;

-	почему от величины водородных связей сильно зависят спек-
тральные характеристики поглощения и излучения жидкой воды;
-	с чем связаны немонотонные зависимости и наличие оптиму-
мов в них некоторых физических свойств жидкой воды от темпера-
туры (плотность, скорость звука, сжимаемость и т.д.) в отличие от
других простых жидкостей.

Таких вопросов можно поставить еще много, но ясного комплекс-
ного и полного понимания проблем, связанных с жидкой водой, пока
нет. Знание точных законов взаимодействия молекул между собой, с
атомами, молекулами растворенных веществ, ионами, электронами
крайне необходимо для расчета физических и химических свойств
жидкой воды, водных растворов электролитов и неэлектролитов, ор-
ганических растворов в клетках живых организмов и многих дру-
гих отраслях науки и техники. В научной литературе, посвященной
анализу физических свойств воды и водных растворов, очень много
работ касается решения теоретических задач с использованием сил
межмолекулярного взаимодействия. Подробный ее анализ показал,
что результаты расчетов структуры, сил межмолекулярного взаи-
модействия, физических характеристик жидкой воды и водных рас-
творов сильно отличаются друг от друга и от экспериментальных
значений. И если в начале 1980-х годов критиковали полуэмпириче-
ские модельные теории жидкой воды и растворов, которые внесли
существенный вклад в развитие науки о Воде, и пели дифирамбы ма-
шинным расчетам с привлечением потенциалов межмолекулярных
взаимодействий типа (1.24), включая расчеты «аЬ тШа», то уже в
девяностых годах в них разочаровались. В этом плане показательны-
ми являются работы [1.39, 1.40], где приведено, что такие расчетные
модели как 30, 8РС/Е, 8РС, Т1Р4Р, Т1РЗР, 8Т2, В1Ч8, \УЬР, 4-316 (аЬ
тШо), Хартии-Фок (аЬ тНю), МСУ (аЬ тШо), дают неверные, со-
вершенно разные результаты физических характеристик воды. На-
пример, в таблице 1.9, взятой из работы [1.40], приведены значения
частот собственных резонансных либрационных колебаний в димере
(Н2О)2 для условий газообразной воды, рассчитанных различными
методами.

Из таблицы видно, что, фактически, даже для изолированного
димера воды, применяемые расчетные модели, дают принципиально
разные результаты в одной из важнейших характеристик воды - ча-
стоты собственных колебаний атомов в молекулах. Тем более для
жидкой воды, когда молекулы находятся на расстоянии около 3 А
друг от друга и необходимо учитывать одновременно большое коли-
чество их взаимодействий, применяемые расчетные модели не дают
нужных результатов.

Это связано со следующими неверными представлениями о жид-
кой воде - полагают, что система молекул находится в термодинами-
чески равновесном состоянии. Полярный угол между О-Н связями
Моды колебаний	4-31С (аЬ	Хартии - Фок (аЬ 1П111О)	МСУ (аЬ 1П1ио)	8РС2	Т1Р4Р	8Т2	ВК8
у.	185	116	125	196	148	275	316
У2	204	161	167	243	236	213	185
уз	452	319	334	455	443	640	881
У4	81	121	138	52	111	269	337
У5	118	105	111	62	135	126	116
У6	536	537	583	706	686	653	775
Табл. 1.9. Колебательные моды (см ') димера воды в паровой фазе при разных потенциалах взаимодействия, рассчитанные методом нормальных мод [1.40].							

молекулы Н2О <р0 для всех видов агрегатных состояний воды при-
нимался равным 104,5° и даже 109°, длина связей О-Н КОН=1Я),96
А. Величина водородных связей Ын менялась от работы к работе от
15 до 25 кДж/моль, а выбор потенциалов межмолекулярного взаимо-
действия типа (1.24) производился для каждой модели по-разному
в зависимости от мнения авторов с привязкой к какой либо одной
экспериментальной физической величине. В то же время, как будет
показано в гл. 2, для разных агрегатных состояний воды значения
полярного угла <р0 и длина связей Кон существенно отличаются от их
величин для паровой фазы. Величина водородной связи на основа-
нии условия строгого квантования всех видов энергии для воды со-
ставляет около 1)н=21 кДж/моль, а такие физические характеристики
воды в жидкой фазе, как дипольный момент, диэлектрическая про-
ницаемость существенно отличаются от подобных свойств в паро-
вой фазе. Как будет показано в следующих главах настоящей книги,
в жидкой воде идут сугубо неравновесные процессы:

-	все молекулы воды в жидкой фазе колебательно возбуждены
и населенность по колебательным уровням подчиняется некоторому
закону, сильно зависящему от граничных условий системы (объем
сосуда, условия на стенках и открытой поверхности);

-	в воде постоянно идут цепные квантово-механические и
колебательно-неравновесные химические реакции с выделением
энергии;

-	за счет квантовых переходов колебательно возбужденных
молекул Н2О в воде постоянно происходит переизлучение фотонов
света в широком диапазоне длин волн от инфракрасного до ультра-
фиолетового;

-	вся система элементов жидкой воды: молекулы, кластеры,
ионы, радикалы, растворенные газы, колебательная энергия, хими-
ческие реакции подвержены постоянным колебаниям;
-	состояние системы параметров жидкой воды сильно зависит
от очень слабых внешних воздействий.

Для такой наисложнейшей системы составляющих элементов,
которые включает в себя жидкая вода, в расчетных исследовани-
ях межмолекулярных взаимодействий необходимо учитывать весь
комплекс квантово-механических, излучательно-поглотительных и
колебательно-неравновесных химических процессов, протекающих
в ней. Поэтому расчеты характеристик параметров жидкой воды,
основанные только на использовании энергетических взаимодей-
ствий между молекулами с применением вышеприведенных формул,
включая и достаточно сложные (1.24) полуэмпирического вида, не
дают результатов, соответствующих экспериментальным данным.

1.9.	Предпосылки обоснования дисперсионных
межмолекулярных сил в жидкостях

Еще раз повторим сущность происхождения дисперсионных
сил. Все выше перечисленные виды взаимодействия между атомами
и молекулами в жидкой воде можно определить, как дисперсионные.
Электроны в атомах и молекулах можно уподобить колеблющимся
около ядра частицам - осцилляторам, или по другому - можно пред-
ставить себе, что распределение электронной плотности по разные
стороны, например, у ядра атома водорода постоянно меняется с
определенной частотой (при сохранении полного заряда). Если мы
имеем атом с несколькими электронными орбиталями, то эти элек-
тронные плотности каждой орбитали по разные стороны ядра ме-
няются с разными для данного атома собственными частотами. При
сближении двух подобных осцилляторов возникает чисто квантово-
механический эффект. Если какие-то частоты, в основном внешних
электронных орбиталей, оказываются близкими к друг другу или
просто резонансно совпадают, то эти два атома объединяются в си-
стему: то ли молекулу (сильные химические, ковалентные связи),
либо создают сильную водородную связь (межмолекулярная связь в
жидкостях или в некоторых органических соединениях) или слабую
водородную связь (силы ВДВ, слабые электростатические силы).

Дисперсионные силы взаимодействия между атомами и молеку-
лами действительно являются универсальными, позволяющими рас-
считать энергию связи практически всех кристаллических веществ,
если для них известны частоты собственных резонансных колебаний
атомов и расстояния между атомами (формулы (1.17, 1.18)). Следует
ожидать, что и для жидкостей существует зависимость, описывающая
энергию связи между молекулами в виде подобных формул. В этом
случае частота «нулевых» колебаний V осцилляторов определяется
колебаниями молекул, находящейся в узлах жидкокристаллической
структуры в период ее существования между моментами времени,
когда рвутся межмолекулярные связи. Здесь предполагается на осно-
вании общепринятой в настоящее время теории структуры жидкости,
что молекулы связаны между собой не постоянно, как в твердом теле,
а эти связи существуют только определенный период времени, затем
они рвутся, молекулы перескакивают (разворачиваются, смещаются)
в другое соседнее место и снова образуют связи. Между прочим, эта
теория очень хорошо согласуется с поведением свободных осцилля-
торов, когда математический анализ такой системы из нескольких
осцилляторов показывает их непрерывное движение и способность
образовывать сложные структуры, причем сильное влияние оказы-
вает фактор резонансных частот, что еще раз подтверждает влияние
дисперсионных связей как основных сил взаимодействия.

Для большинства жидкостей, к сожалению, не определены ни
основные частоты либрационных колебаний молекул, ни характери-
стики жидкокристаллических структур. Кроме того молекулы у них
многоатомные и подобные простые формулы (1.17, 1.18) для расчета
дисперсионных сил взаимодействия непригодны. Единственным ис-
ключением, наверное, является чистая жидкая вода, для которой име-
ются экспериментальные данные параметров у0=175 см1; КАА=2,98
А; а=1,34*10'22 см3 [1.7, 1.12, 1.19, 1.20, 1.21]. Для этих параметров
вычисление дисперсионной энергии связи между двумя молекулами
по формуле (1.9) дает значение йдис=40,3 кДж/моль, что очень хоро-
шо согласуется с энтальпией испарения воды АНи=40-^45 кДж/моль
в диапазоне температур от 0 до 100°С.

В случае жидкости эта энергия связи будет приводить к сжатию
молекулы, то есть ее деформации (изменению полярного угла и сред-
него расстояния между атомами). В этом случае, поскольку величина
энергии (определяемая именно энтальпией испарения) существенно
меньше, чем энергия диссоциации и ионизации, то следует ожидать,
что такая ситуация должна привести к колебательно-вращательному
возбуждению молекул. Вероятность таких процессов будет суще-
ственно возрастать, если значения энтальпии испарения жидкости
близки к величинам нижних энергетических колебательных уровней
молекулы данного вещества, из которых состоит жидкость. Таким
образом, будет существовать вероятность колебательного возбужде-
ния молекул в жидкости. Для примера в таблице 1.10. приведены
характеристики некоторых жидкостей, состоящих из трехатомных
молекул. Видно, что для этих жидкостей первые энергетические
уровни молекул симметричной, асимметричной и деформацион-
ной колебательных мод близки или меньше энтальпии испарения
Параметр	с°2	М,О	С8г	Н2О	И28	8°2
Энтальпия испарения	2110	1385	3866	3400-3600	1563	2086
Симметричная у(з)	1351	1300	671	3742	2722	1168
Асимметричная у(аз)	2396	2282	1552	3850	2739	1381
Деформационная &($)	672	596	399	1757	1215	526

Табл. 1.10. Сравнение величин энтальпии испарения и энергии первых колеба-
тельных уровней молекул некоторых жидкостей, см

(энергии связи). В связи с законом распределения всех видов энер-
гии в системе взаимосвязанных частиц по всем степеням свободы
молекул (в случае жидкой воды это поступательные, колебатель-
ные и вращательные) они могут быть заселены, что приведет к
колебательно-вращательному возбуждению молекул воды.

Экспериментальным подтверждением этого факта являются мно-
гочисленные спектроскопические данные поглощения излучений от
инфракрасного до ультрафиолетового диапазона в жидкостях, в кото-
рых максимум распределения длин волн сдвигается в сторону корот-
ких, чем те, которые характерны для первых колебательных уровней
молекул в газовом состоянии. Вследствие ангармонизма колебатель-
ных уровней, присущего всем многоатомным молекулам, можно
предположить, что благодаря энергии сжатия (деформации) молекул
имеется некоторое распределение населенностей по колебательным
уровням, и поэтому молекулы будут осуществлять поглощение (из-
лучение) не только в низкочастотном инфракрасном диапазоне длин
волн, но и в высокочастотном вплоть до ультрафиолетовой области.
Более подробно и доказательно все выше изложенные предположе-
ния будут показаны на примере жидкой воды в последующих главах.

ЛИТЕРАТУРА

/. Мальковский А.С. О возможности механизма образования метастабиль-
ных фаз. ЖФХ, т. ЬХ, №7, 1986.

2.	Подред. Краснова КС. Физическая химия. «Высшая школа». - М., 2001.

3.	Грибов Л.А., Муштакова С.П. Квантовая химия. «Гардарики». - М., 1999.

4.	Матвеев А.Н. Молекулярная физика. «Высшая школа», 1981.

5.	Ландау ЛД, Лифшиц Е.М. Статистическая физика. - «Наука», Москва, 1964.

6.	Подред. Григорьева И. С. и Мелихова Е. 3. Физические величины. Справоч-
ник, «Энергоиздат». - Москва, 1991.

7.	Зацепина ГН. Физические свойства и структура воды. Московский Уни-
верситет, 1998.

8.	Еопдоп Е.//7.. Рйуз1с8, В.63 №2Ь, р. 245, 1930.
9.	Мартынов ГА. Устойчивость коллоидов и теория поверхностных сил
Дерягина-Ландау-Фервся-Овербека (ДЛФО). ЖФХ, т. 73, №10, 1999.

10.	Бгае/так М.М., 5/еге БсИепег. 8<иФез оГ Фзрегзюп епег§у 1п йудгоцсп
Ьопдед зуз1етз Н2О-НОН, Н,О-НГ, Н,М-НЕ, НГ-НЕ// 3. оГ СЬет. РЬуз., V. 80, №4,
1984.

Н. Бацанов С.С. О некоторых особенностях ВДВ взаимодействия атомов.
ЖФХ, т. 72, №6, 1998.

12.	Антонченко В.Я., Давыдов А.С., Ильин В.В. Основы физики воды. - «На-
укова Думка», Киев, 1991.

13.	Бахшиев Н.Г., Дибов В С. ЖФХ, т. 70, №4, 1996.

14.	Дзялошанский И.Е. и др. УФН, т. 73, №3, стр. 381,1959.

15.	Юхновский И.Р., Головко М.Ф. Статистическая теория классических рав-
новесных систем. - «Наукова Думка», Киев, 1980.

16.	Под ред. Мищенко К.П. Краткий справочник физико-химических вели-
чин. «Химия», 1974.

17.	Под ред. Прохорова А.М. Справочник по лазерам. «Советское радио»,
Москва, 1978.

18.	Зильберман П.Ф. и др. Спектры электромагнитного излучения, индуци-
рованного полиморфными превращениями. ЖФХ, т. 65, №2, 1991.

19.	Антонченко В.Я. Микроскопическая теория воды в порах мембран. -
«Наукова Думка», Киев, 1983.

20.	Бахшиев Н.Г Статистические механизмы формирования контура низко-
частотных колебательных спектров жидкостей. ЖФХ, т. 70, №11, 1996.

21.	Дж. Пиментал, Мак-Клеллян О. Водородная связь. - М.: «Мир», 1964.

22.	Ключарев А.Н., Корчевой Ю.П. и др. Явление образования фоторезонанс-
ной плазмы. Открытие СССР, диплом №106, приоритет от 14/1, 1967.

23.	Болдырев В.В., Аршакуни Р.Г и др. Явление радиационно-термической
активации твердофазных химических реакций в неорганических системах. От-
крытие СССР, диплом №108, приоритет от 24/5, 1973.

24.	БсоП У.И'.//}. СЬет. РЬуз.. V. 94, №3, р. 1859, 1991.

25.	Ацюковский В.А. Трансформатор Тесла: энергия из эфира. Из-во «Петит»,
г. Жуковский, 2004.

26.	Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Феймановские лекции по физике, т. 7,
Из-во «Мир», 1977.

27.	Канарев Ф.М. Начала физики микромира. Краснодар, 2004.

28.	Квантовая метрология и фундаментальные константы. Сб. ст. - М:
«Мир», 1981.

29.	йате1 Н., ОеШхсИ РИ.О. Кеш1егргеЦп§ Р1апк'з Сопз1ап1.// ОаШеап
Е1ес1го<1упат1с8, V. 1, №6, р. 76^79 (Моу./Эес.), 1990.

30.	Брата! С., БиНоп З.Г С1азз1са1 Е1ес1гоп тазз апд йеМз.// 3. оГ РЬуз1сз
Еззауз., V. 5, №1, р. 60-^61, 1992.

31.	Вег^тап й.Ь.. МеНеу З.Р. 8ртт§ сйагдгд пп§ тобе! оГ е1ес1гоп у1е1дт§
апота1оиз тацпсйс тотеп!.// ОаШеап Е1ес1го<1упат1с8, V. 1, №5, р. 63-4,7 (8ер./
Ос1с.), 1990.

32.	Гребенщиков ГК. Спиральность и спин электрона. Модель атома водо-
рода. Энергоатомиздат. С-П, 1994.
33.	Роулинсон Дж., Уидом Б. Молекулярная теория капиллярности. - Мо-
сква, «Мир», 1986.

34.	Ефремов И.Ф. Периодические коллоидные системы. - «Химия», 1971.

35.	Юхновский И.Р., Курыляк И.И. Электролиты. - «Наукова Думка», Киев,
1988.

36.	В]еггит /V.// 8с1епсе, V. 117, р. 385-^-390, 1952.

37.	Рор/е1А. // Ргос. Коу. 8ос„ А205, р. 163 178, 1951.

38.	Юхневич Г.В. и др. Природа водородной связи. ЖФХ, т. 65, вып. 5, 1991.

39.	Васильев В.В., Войтюк А.А. Применение метода молекулярной механи-
ки для исследования системы с сильными водородными связями. ЖФХ, т. 65,
№8, 1991.

40.	Петренко В.Е. и др. Характеристические параметры потенциальных
функций парного взаимодействия молекул воды. ЖФХ, т. 73, №12, 1999.

4/.	Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория поля. - М.: Наука, 1967.
ГЛАВА 2

ДЕФОРМАЦИЯ И КОЛЕБАТЕЛЬНОЕ ВОЗБУЖДЕНИЕ
МОЛЕКУЛ ВОДЫ В ЖИДКОЙ И ТВЕРДОЙ ФАЗАХ

На основании анализа, проведенного в первой главе, был сде-
лан важный вывод, что электронные оболочки атомов и молекул в
твердых кристаллических веществах находятся в сжатом, деформи-
рованном состоянии, определяемом дисперсионными силами взаи-
модействия. Под сжатием атомов здесь подразумевается уменьше-
ние расстояния между ними в кристаллической структуре и упругая
деформация электронной оболочки. Это, в свою очередь, переводит
их в некоторое возбужденное состояние. Аналогично и молекулы
в жидкостях за счет тех же дисперсионных межмолекулярных сил
взаимодействия должны быть сжаты и деформированы, следствием
чего является уменьшение расстояния между атомами в молекуле и
углов между валентными связями. Эта энергия упругой деформации
преобразуется в энергию колебательно-вращательного возбуждения
молекул. При деформации молекулы Н,0 в жидкости и других агре-
гатных состояниях должны меняться и ее геометрические характе-
ристики: средние расстояния между атомами О-Н, Н-Н и полярный
угол Н-О-Н. Степень упругой деформации молекул воды, а, следо-
вательно, и величина энергии колебательно-вращательного возбуж-
дения будет зависеть от энергии связи их между собой и с другими
элементами веществ. Покажем это в настоящей главе на примере
воды в различных ее агрегатных состояниях. Здесь подразумевается
не только объемная фаза жидкой воды и лед, но и вода гидратная, в
пленках, в капиллярах, в малых каплях, в порах веществ, в мембра-
нах, на поверхности твердых тел и т.д. Для этого проведем оценки
энергии межмолекулярных связей этих агрегатных состояний воды,
рассчитаем степень упругой деформации молекулы Н,0 и уровень ее
колебательного возбуждения. При этом, несмотря на обобщающие
выводы о роли дисперсионных сил во всех типах межмолекулярных
и межатомных связях, сделанные в гл. 1, для широкого и доступного
понимания излагаемого материала будем пользоваться при описа-
нии процессов, происходящих в жидкой воде и льду, общепринятой
в научной литературе классификацией сил взаимодействия между
молекулами воды.
2.1.	Физические предпосылки колебательно-
возбужденного состояния молекул воды

Теплота испарения воды в зависимости от температуры состав-
ляет ДНИ=4(Н45 кДж/моль, а энтальпия сублимации паров воды со
льда I, соответственно, ДНС=49,4^52 кДж/моль [2.1, 2.2, 1.7] или в
единицах, в которых измеряется энергия колебательных уровней,
соответственно, ДНи=3344<3760 см 1 и ДНс=413О4350 см '. С дру-
гой стороны, энергия первого колебательного уровня симметричной,
асимметричной и деформационной моды молекулы воды соответ-
ственно равны (для паровой фазы или находящейся в вакууме) 3651;
3756; 1595 см '. Следовательно, энергия межмолекулярных связей
воды в жидком и твердом состоянии близка или немного превышает в
среднем энергию первого колебательного уровня каждой молекулы.

В соответствие с выводами первой главы и работы [1.1] можно
утверждать следующее: при помещении отдельной молекулы Н,0 в
жидкость (воду) или в лед, в связи с малыми расстояниями между
соседними молекулами (равновесное среднее расстояние между ато-
мами 0-0 в воде составляет 2,96 А и во льду 2,76 А [1.12]), воздей-
ствие молекулярных орбиталей молекул друг на друга перекрыва-
ется, что связано с большим дальнодействием дисперсионных сил.
Величину этого воздействия можно оценить, например, по формуле
кинетического диаметра молекулы Н20 [1.16] бк2=5,153(1+961/Т) и
для жидкой фазы при Т=300°К кинетический диаметр (диаметр эф-
фективного взаимодействия между молекулами) составляет ^=4,65
А, а для льда (при Т=273°К) бл=4,83 А. С учетом тетраэдрической
льдоподобной структуры жидкой воды в кластерах происходит пере-
крытие более 90% объема эффективного пространства межмолеку-
лярного взаимодействия.

Несмотря на то, что молекулы воды в целом электрически ней-
тральны, они обладают большим дипольным моментом и создают в
пространстве вокруг себя сложное электростатическое поле. Ясно,
что при сближении молекул они будут воздействовать друг на друга
своими электростатическими полями (они получили название мо-
лекулярных электростатических полей - МЭСП). Такое сближение
молекул приводит к деформированию их электронных оболочек
(эффект поляризации). Электростатические поля характеризуются
соответствующими значениями потенциалов, которые имеют по-
ложительные и отрицательные области. Поля молекул будут спо-
собствовать сближению, если налагаются друг на друга области
потенциалов разного знака, причем притяжение тем больше, чем
большими будут произведения абсолютных значений потенциалов в
точке области перекрывания [1.3].
В жидкой воде одними из основных сил, обеспечивающих меж-
молекулярные взаимодействия, являются, как их принято называть,
водородные связи, когда протоны соседних молекул воды взаимо-
действуют с неподеленной парой электронов атома кислорода. При
образовании водородной связи имеет место существенное перерас-
пределение электронной плотности, причем оно происходит во всей
области образовавшегося комплекса, а не только на фрагменте Н... .О
(здесь О - атом кислорода соседней молекулы). Другие составляю-
щие межмолекулярного взаимодействия - ориентационные, диспер-
сионные и индукционные вносят существенный вклад в энергию
водородной связи, которая по разным оценкам составляет Ын= 15+25
кДж/моль, и добавляется к электронному взаимодействию внутри
молекул [1.35].

С другой стороны, тесное размещение молекул воды (диполей)
в жидкости и во льду приводит к взаимному искажению электриче-
ских полей и увеличению энергии диполей. Так, дипольный момент
молекулы Н2О, находящейся в жидкой фазе, увеличивается на -40%
по сравнению с молекулой в паровой фазе [1.12]. Кроме того, рас-
пределение электронной плотности «следует» за распределением в
пространстве молекулы кулоновского потенциала, создаваемого по-
ложительно заряженными ядрами, причем величина изменения бу-
дет прямо пропорциональна заряду.

При взаимодействии между молекулами на таком близком рас-
стоянии в жидкости будет происходить перераспределение элек-
тронной плотности, в первую очередь, на верхних молекулярных
орбиталях, а экранирование внутренних электронных оболочек воз-
растет по сравнению с находящейся в вакууме молекулой. Увели-
чение экранирования внутренних областей молекулы должно при-
вести к ее деформации, возрастанию внутренних сил отталкивания
аналогично процессам, рассмотренным в первой главе, и переходу
ее в возбужденное состояние. Поэтому молекулы воды в жидкой и
твердой фазах должны находиться в колебательно-вращательном
возбужденном состоянии по сравнения с парообразной фазой, где
взаимодействием молекул можно пренебречь. При этом степень ко-
лебательного возбуждения будет определяться суммарной энергией
связей молекул, то есть энтальпией испарения воды плюс энергия
дополнительных связей в различных агрегатных состояниях (гидра-
тация, поверхностная пленка и т.д.). Так как энергия межмолекуляр-
ных связей в жидком и твердой фазах воды близка к энергии первого
колебательного уровня симметричной и антисимметричной мод, то
можно предположить, что ее хватит, чтобы все молекулы в жидкой и
твердой фазах находились в колебательно возбужденном состоянии,
по крайней мере, на первых уровнях соответствующих мод (возбуж-
денным по сравнению с обычным для газа Больцмановским распре-
делением по колебательным уровням).

Можно предположить, что, по аналогии с ситуацией в газовой
фазе, эта избыточная колебательная энергия в жидкости должна бы-
стро релаксировать в тепло. Да, в газовой фазе, где взаимодействие
между молекулами слабое и проявляется только в момент столкно-
вения между ними, действительно, квант энергии, привнесенный от
внешнего воздействия колебательно возбужденной молекулы, при
столкновении может перейти в кинетическую энергию сталкиваю-
щихся молекул или излучиться в виде кванта света. В твердом теле
и жидкости ситуация совершенно иная: колебательное возбуждение
определяется силами взаимодействия между атомами и молекулами
- убрали эти силы - значит убрали силы сжатия молекул и энергию
деформации электронных оболочек, находящейся на колебательных
степенях свободы молекул, следовательно, убрали колебательное
возбуждение молекул. Здесь можно провести аналогию с пружиной:
сжали стальную пружину - значит привнесли энергию упругих де-
формаций в кристаллическую решетку атомов металла, из которого
сделана эта пружина, и никуда эта дополнительная энергия межа-
томных связей металла не денется и не релаксирует, пока пружину
не освободят. Таким образом, колебательное возбуждение молекул в
жидкой воде - это форма существования энергии межмолекулярных
связей и деформаций их электронных оболочек. Другое дело, когда
за счет внешних селективных воздействий на воду дополнительно
колебательно возбуждают молекулы Н2О. Тогда начинают идти ре-
лаксационные процессы колебательной энергии, но даже и в этом
случае они существенно отличаются от тех, которые происходят в
газовой фазе. Эти процессы более подробно обсуждаются в гл. 3, и,
к тому же, они идут намного медленнее, чем в газовой среде.

Здесь мы говорили только о возбуждении у молекул Н2О колеба-
тельных уровней, но каждый колебательный уровень включает в себя
вращательные подуровни, которые нужно также учитывать. С другой
стороны, для многих двухатомных, а тем более трехатомных моле-
кул известно, что в газовой фазе скорость релаксации энергии вра-
щательных подуровней в колебательную энергию атомов в 104-^106
раз больше, чем скорость релаксации колебательной энергии этих же
молекул в поступательные степени свободы (в тепло). Вследствие
этого считается, что средняя энергия вращательных степеней свобо-
ды - вращательная температура, равна поступательной температуре.
Поэтому на первом этапе можно рассматривать только колебательное
возбуждение молекул Н2О в жидкой и твердой фазах.

Согласно изложенного материала можно предположить, что,
во-первых, в связи с сильным межмолекулярным взаимодействием
перестройка молекулярных орбиталей должна привести к измене-
нию геометрических характеристик молекул (расстояний О-Н, Н-Н
и угла Н-О-Н, см. рис. 2.1а). Во-вторых, для жидкой и твердой фазы
воды должны измениться спектроскопические характеристики по-
глощения и излучения во всем диапазоне излучения по сравнению с
паровой фазой. При этом длина волны поглощенного и испускаемого
кванта света для жидкой и твердой фаз воды должна соответствовать
переходам молекул с вышележащих уровней на нижележащие и нао-
борот, начиная с первого уровня, а не с нулевого, что характерно для
паровой фазы молекул Н2О. В-третьих, тогда многочисленные эф-
фекты воздействия магнитных, электрических, акустических полей,
монохроматического излучения, сонолюминесценции, кавитации,
излучений в видимом и ультрафиолетовом диапазоне, ускорения хи-
мических реакций и т.д. можно объяснить универсальным эффектом
колебательного возбуждения молекул воды. Проанализируем и под-
твердим эти выводы на основе большого экспериментального и рас-
четного материалов, приведенных в научной литературе.

2.2.	Анализ геометрических характеристик молекулы Н20
в различных агрегатных состояниях воды

Молекула воды в газовой (паровой) фазе, когда на нее нет ника-
ких внешних воздействий (идеальный газ), имеет следующие геоме-
трические характеристики (см. рис. 2.1а): среднее расстояние между
атомом кислорода О и атомом водорода Н составляет по разным

литературным данным
В.ОН=0,95^0,97 А, а по-
лярный (азимутальный)
угол между связями О-Н
равен <р0« 104,5°. Разли-
чают три колебательных
моды у молекулы Н2О
(рис. 2.1а): симметрич-
ная у(з) и асимметрич-
ная у(аз), когда движе-
ние атомов водорода
происходит практически
строго по направлению
связей О-Н и поляр-
ный угол Н-О-Н почти
не изменяется, а также
деформационная 8(з),
обеспечивающая изме-

Рис. 2.1. а) схема молекулы Н2О: V (л) - симметричная
мода; 6(л) - деформационная: V (ал) - асимметричная
мода: б) структура молекулы Н2О: 1 - связывающие
орбитали поделенных пар электронов: 2 - орбитали
неподеленных пар электронов.
нение, в основном, полярного угла. Отметим, что такое разложение
колебаний на три моды присуще всем трехатомным молекулам. В
свободном состоянии молекула может также независимо вращаться
относительно трех осей ОТ, ОХ, ОХ, проходящих через ее вообража-
емый центр масс. Энергия колебательно - вращательного движения
атомов в молекуле воды квантуется, причем, необходимо отметить,
что все ее три колебательных моды обладают сильным ангармониз-
мом. Так, начиная с первых уровней колебательных мод, энергия
которых равна: и|[Н20(1,0,0)]=3655 см1; 1_12[Н2О(0,1,0)]= 1595 см4 и
Ц[Н20(0,0,1)]=3756 см ', величина их ангармонизма составляет со-
ответственно 85, 34 и 95 см1.

Пространственная структура молекулы Н2О определяется рас-
положением двух ее связывающих орбиталей поделенных пар элек-
тронов и двух орбиталей неподеленных пар электронов, образую-
щих несколько искаженную трехгранную пирамиду (см. рис. 2.16).

Когда одиночная молекула Н2О попадает в жидкую воду, лед
или другие агрегатные состояния (гидратная, поверхностная пленка,
в порах, капиллярах и т.д.), то за счет дисперсионных сил должны
изменяться ее геометрические размеры и перестроиться колеба-

тельно - вращатель-
ные энергетические
уровни. Покажем
это, причем задача
будет состоять в на-
хождении геометри-
ческих характери-
стик молекулы для
различных агрегат-
ных состояний.

Геометрические
характеристики мо-
лекулы воды, находя-
щейся в различных

Состояние  ВОДЫ	Расстояние, А		Радиус, А		Угол <р0, град.
	Кин	Кон	^Н2О	р  н.ков	
Гидратная (И)	1,264	0,863	1,38	0,275	94,2
Жидкая (0»С)	1,392	0,911	1,461	0,323	99,77
Жидкая (100»С)	1,405	0,916	1,468	0,329	100,24
Пар	1,515	0,958	1,537	0,371	104,44
Лед 1 (0°С)	1,663	1,018	1,63	0,431	109,55

Табл. 2.1. Геометрические характеристики молекулы
воды в разных агрегатных состояниях [2.4].

агрегатных состояниях (гидратная, жидкая, пар, лед), приведены в
работе [2.4]. В ней, чисто геометрически, с учетом плотной нерешет-
чатой упаковки с заданным коэффициентом заполнения простран-
ства в предположении, что элементарной ячейкой кластера является

элемент из восьми молекул, рассчитаны характеристики молекулы
Н2О (расстояния О-Н, Н-Н, угол Н-О-Н, радиус молекулы и кова-
лентный радиус атома водорода) для состояний воды: гидратирован-
ной на ионе 1л, объемной жидкой при температурах 0 и 100°С, пара
и льда I при 0°С (табл. 2.1). Расчеты проводились геометрически, за
единицу масштаба принимался ковалентный радиус атома О равным
Ко=0,587 А и постоянным для всех агрегатных состояний. Более на-
глядно зависимости изменения геометрических параметров пред-
ставлены на рис. 2.2. Важно подчеркнуть, что авторы работы [2.4]

очень тщательно проводили расчеты геометрических характеристик

молекулы воды с привлечением нескольких методик и других ли-
тературных данных. Все расчетные данные авторов и литературные
данные с очень хорошей точностью укладываются на прямые линии
всех исследованных агрегатных состояний воды, что говорит о су-
ществующей физической фундаментальной закономерности изме-
нения геометрических характеристик молекулы Н2О в зависимости
от энергии межмолекулярных связей.

К данным табл. 2.1 и рис. 2.2 необходимо сделать замечание. В
многочисленной научной литературе для расчетов свойств жидкой
фазы воды используют геометрические характеристики молекулы
Н2О, измеренные в газообразной фазе без какого-либо обоснования.
Обычно используются значения азимутального угла <р0= 104,5°, рас-
стояния Кон=0,96^0,974 А [1.12, 1.16, 2.5, 1.39], что, как будет пока-
зано ниже, сильно отличается от реальных значений в жидкой фазе
воды (табл. 2.1).

Это является основной причиной существенных отличий рас-
четных значений различных параметров от их экспериментальных

данных (например, диэлек-
трической проницаемости,
дипольного момента, энергии
водородных связей и т.д.) при
использовании различных те-
оретических моделей для ис-
следования свойств жидкой
воды. Анализ различных рас-
четных моделей характери-
стик жидкой воды проведен
в работе [1.39]. Показательна
в этом плане статья [1.3], где
авторы для расчета энергии
связи в димере воды (Н2О)2
берут параметры молекулы
Н2О: КОН=0,957 А, <р0= 104,5°,
практически совпадающие с
данными табл. 3.1, а рассчи-

Рис. 2.2. Зависимости характеристик молекулы
Н,О: ковалентного радиуса Н, длины связи О-Н,
радиуса молекулы Н,О от угла Н-О-Н: I - лед:
11 - пар: III - вода жидкая; IV- вода гидратная:
I - данные авторов [2.4]: 2,3,4 - литературные
данные [49,50,51].

тайные ими значения энергии связи значительно (в разы) отличают-
ся от подобных величин по другим моделям.

В работе [2.4] при расчете параметров молекулы Н2О для агре-
гатного состояния - лед I допущена принципиальная «естествен-
ная» ошибка. Практически во всей научной литературе, где анали-
зируются геометрические характеристики молекул воды, считается,
что идеальная тетраэдрическая структура льда I образуется за счет
азимутального угла молекулы Н2О <р0, который увеличивается от зна-
чения 104,5° для свободной молекулы до значения 109,3° для иде-
ального тетраэдра. В то же время, фактически, нигде не приводится
строгих обоснований этого. Простой анализ энергетического состоя-
ния молекулы дает совершенно другие результаты.

Ясно, что внутренняя энергия молекулы Н2О (по крайней мере
значительная ее часть) определяется взаимодействием атомов О и Н
с наведенными на них зарядами -2x0,ЗЗе и +2><0,ЗЗе за счет перекры-
тия электронных орбиталей отдельных атомов [1.12]. Эта энергия
обратно пропорциональна расстояниям Кон , Кнн и при уменьшении
этих расстояний за счет сжатия молекулы по сравнению с ее свобод-
ным состоянием дисперсионная (которая обратно пропорциональна
расстоянию между атомами в шестой степени) и электростатическая
будут увеличиваться на величину энергии сжатия внешними силами.
При растяжении атомов в молекуле внешними силами внутренняя
энергия ее должна снижаться и становиться меньше энергии сво-
бодного состояния. Как известно, энергия связей молекул для льда
I даже больше (ДНС=52 кДж/моль), чем у жидкой воды (ДНи=41+45
кДж/моль), поэтому силы сжатия (внутреннее молекулярное давле-
ние) в случае льда I должны приводить к деформации молекулы Н2О,
уменьшая ее азимутальный угол <р0 и расстояния Кон, Кнн в большей
степени, чем в жидкой воде. Следовательно, линия геометрических
характеристик льда I на рис. 2.2 должна быть перенесена ниже ли-
нии жидкой воды (0°С).

Кроме того, из экспериментальных данных [1.12, 1.21, 2.10, 2.2]
известно, что расстояние между атомами кислорода вдоль линии во-
дородной связи во льду составляет 2,76 А, а в жидкой воде - 2,9^-2,96
А, поэтому ковалентный радиус водорода для льда I должен быть
меньше, чем для жидкой воды, а не наоборот (см. табл. 2.1). Автор
работы [2.8] на основе термодинамических расчетов структуры жид-
кой воды также показал, что увеличение плотности воды по срав-
нению со льдом происходит за счет заполнения пустот в ажурной
тетраэдрической структуре льда «свободными» молекулами и увели-
чения эффективного диаметра молекул Н2О.

В работах [1.36,2.9] рассчитывались геометрические характери-
стики молекулы воды для разных агрегатных состояний в зависи-
мости от энергии упругой деформации. В них была сделана та же
принципиальная ошибка в геометрических характеристиках моле-
кулы - для всех агрегатных состояний по сравнению с молекулой
в свободном состоянии (пар) увеличиваются азимутальный угол <р0
и расстояния Кон , Кнн, то есть молекула «растягивается». Эта же
ошибка повторена в монографии [2.7], при этом на графике значения
энергии деформации молекулы Н2О (энергия связи между молекула-
ми) ошибочно увеличены в 10 раз.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что ази-
мутальный угол между связями О-Н в молекуле Н2О для льда I <р0
должен быть меньше, чем для жидкой фазы, и в подтверждение это-
го рассчитаем азимутальный угол <р0 для льда I при температуре 0°С,
используя литературные данные по расчетным и эксперименталь-
ным характеристикам молекулы. Зависимость дипольного момента
молекулы Н2О в жидкости и льду от ее параметров и характеристик
окружающей среды дается выражением [2.2]:

М= ц0/[1-(2апк/К003)со82((Ро/2)],	(2.1)

где ц0- дипольный момент молекулы Н2О в газовой фазе; а - поля-
ризуемость молекул воды; пк - координационное число размещения
соседних молекул в среде; - среднее расстояние между соседни-
ми молекулами.

Для жидкой воды при температуре 25°С с хорошей точностью
можно взять значения пк=4,52; ^=2,96 А; ц0=1,855В, а для льда I
соответствующие расчетные и экспериментальные значения равны
ц=2,88В; 1^=2,76 А; пк=4 [2.2, 1.12, 2.10]. Коэффициент поляриза-
ции для воды и льда определялся по формуле:

а=ЗМ(е5-1)/[4МАлр(88-2)],	(2.2)

где МА - число Авогадро; р - плотность воды (льда); М - молярная
масса молекулы. Для воды при температуре ~25°С е8=78,36 [2.11], а
для льда е8 =91,5 при 0°С [2.14].

Для жидкой воды с учетом влияния соседних молекул диполь-
ный момент можно определить по формуле [2.13]

^^«+2)73,	(2.3)

где Ьк - корректирующий множитель, подбираемый из условия совпа-
дения физических свойств воды с экспериментальными данными; пж -
предельный оптический показатель преломления воды. Коэффициент
Ьк подбирался из условия совпадения расчетного максимума погло-
щения излучения с экспериментальным значением спектральных ха-
рактеристик либрационных колебаний молекул Н2О. Для температуры
27°С величина коэффициента составляла Ьк=1,12, значение пм= 1,327
можно взять из монографии [1.7], тогда величина отношений диполь-
ных моментов ц/ц0 для жидкой воды будет равна ц7ц0 =1,40408 и на
основании расчетов получаем <рЛЕД/(ржид=О,9947595, то есть азимуталь-
ный угол между связями О-Н в молекуле Н2О во льду I меньше, чем
в жидкости и составляет <р0=99,247°. Данные расчета очень сильно за-
висят от точности используемых величин и, если параметры К^, пт,
Но к настоящему времени измерены достаточно надежно, то значения
дипольных моментов для жидкости и льда I могут меняться для раз-
ных литературных источников. Проверка расчетов с использованием
значений дипольного момента жидкости и льда, взятых из других ис-
точников, дает для льда I только уменьшение значений азимутального
угла по сравнению с жидкостью - и значительно большей, чем в вы-
шеприведенном расчете (что не физично), но не увеличение.

Таким образом, в данном разделе показано, что молекула воды,
находящаяся в различных агрегатных состояниях, деформируется,
то есть изменяются ее геометрические характеристики и тем силь-
нее, чем больше энергия межмолекулярных связей. Рассчитаем да-
лее энергию упругой деформации и геометрические параметры мо-
лекулы Н2О для ряда агрегатных состояний воды.

2.3.	Расчет энергии деформации молекул воды в
различных агрегатных состояниях

2.3.1.	Методика расчета энергии межмолекулярных связей

Чтобы понять характер влияния межмолекулярных взаимодей-
ствий молекул воды на степень изменения самой «конструкции»
молекулы и связанную с ней энергию упругой деформации был про-
веден комплексный анализ различных состояний воды, результаты
которого представлены в табл. 2.2. В таблице приведены значения
энергии межмолекулярных связей, которая преобразуется в энергию
упругой деформации молекулы Н2О, ее геометрических характери-
стик, а также плотности жидкости или льда. Для тех случаев, когда
известны экспериментальные значения энергии связи (энтальпии
испарения), наблюдается хорошее их совпадение с эксперимен-
том. Рассчитаны также моменты инерции молекулы по формулам:
1х=2тотнКон2со8(<р0/2)/(2тн + т0); ;у=2тнКон281п((р0/2); Д2=ДХ +
где т0, тн - массы соответственно атома кислорода и водорода.

Энергия электростатического взаимодействия между атомами
О и Н молекулы Н2О рассчитывалась по модернизированной поля-
ризационной модели (МПМ), изложенной в монографии [1.12]. Эта
модель является развитием поляризационной модели, предложенной
Стилинджером и Девидом, в которой молекула воды трактуется как
совокупность иона атома кислорода и двух катионов водорода, по-
тенциалы взаимодействия между которыми подобраны таким обра-
зом, чтобы в минимуме потенциальной энергии давать равновесную
геометрию молекулы. Модель допускает колебания атомов и диссо-
циацию молекулы на ионы.

В трехточечной зарядовой МПМ добавлены специального вида
неаддитивные взаимодействия, которые включают электронную по-
ляризацию и позволяют отказаться от дробных зарядов на ионах О
и Н. Таким образом, учитывается наряду с электронной и колеба-
тельная поляризуемость, обусловленная колебательным движением
остова, кроме того, вводятся модернизирующие функции специаль-
ного вида с целью учета пространственного распределения элек-
тронного облака (плотности) при малых расстояниях от атомов и
стремящиеся к нулю при больших расстояниях. Выбор параметров в
МПМ осуществляется многомерной минимизацией большого числа
переменных на базе значительного количества экспериментальных
и квантово-механических данных. В этой модели полная поляриза-
ционная энергия молекулы воды для равновесного «замороженного»
состояния, когда =К._,. =Кпи и ф=ф. имеет вид:

(2.4)

здесь Ро - отталкивательная часть потенциала; е - заряд электрона; а
- коэффициент поляризации; Кон - длина связи О-Н; <р0 - полярный
угол Н-О-Н. Полный дипольный момент определяется:

ц0=2еКон[1-а8(Кон)/Яон’]со5((р0/2).	(2.5)

При наличии внешнего электрического поля Еэ полная поляри-
зационная энергия равна [1.34]:

Пр=-(2ае2/Кон4)82(Кон)со82(ф(/2)-(2ае/Кон2)8(Кон)Еэсо8(ф0/2)-аЕэ2/2, (2.6)

где а82(Кон)=Кон3/[881п3(<р0/2)]. Кроме того, в данной модели МПМ
можно использовать выражение для энергии «выпрямления» моле-
кулы воды при фиксированном Кон в виде:

АП={е2/[4Кон8ш3(ф0/2)]}[231п3(ф0/2)-38ш2(ф0/2)+1]+(2ае/Кон2)8(К0)

Еэсо8(ф0/2)+аЕэ2/2.	7)

Величина электростатической энергии для свободной молекулы
(в паровой фазе) с хорошей точностью определяется независимы-
ми квантово-механическими методами (расчеты ССПКВ, дабл-зетта
гауссовый базис) и составляет 100,14 кДж/моль [1.12]. Энергия свя-
зи (деформации молекулы) для разных агрегатных состояний воды,
представленная в табл. 2.2, вычислялась по формуле (2.7) с учетом
Агрегатное состояние воды	кДж/ моль		р, г/ см5	Геометрические характе- ристики молекулы воды, А, град.				Момент инерции, х10Ц7 кгм2		
	ч	и,				р	Ч»п			
В порах Рд	500		2,05	0,92	0,738	1,15	81,22	0,933	0,77	1,7
Схлопыв. пуз.	270	-	1,56	1,09	0,8	1,26	87,5	0,992	1,022	2,02
Гидрат. (Ы)	257	-	1,52	1,095	0,81	1,26	88	1,008	1,058	2,066
Пленка капли	230	-	1,42	1,11	0,812	1,29	90	1,00	1,1	2,08
В капилля- рах	212	203	1,4	1,139	0,816	1,3	90	0,989	1,112	2,101
Гидрат. н,о,	171	176	1,4	1,19	0,82	1,33	91,8	0,98	1,17	2,12
Гидрат. н$о;	134	140	1,2	1,25	0,86	1,36	94	1,006	1,31	2,31
Пуз. (макс.)	141	-	1,27	1,22	0,85	1,35	93,1	1,005	1,282	2,287
Гидрат.  Н,О'	102	107	1,15	1,275	0,864	1,39	95	1,012	1,355	2,367
Лед VII	90	-	1,11	1,305	0,877	1,41	96,15	1,019	1,423	2,442
Пуз.  <1=0,1 мкм	77	-	1,066	1,33	0,88	1,43	97,1	1,032	1,478	2,51
Лед VI	70	-	1,066	1,34	0,893	1,43	97,57	1,028	1,508	2,536
Е=108 В/см	63	-	1,044	1,375	0,895	1,44	98,14	1,009	1,504	2,521
Пов. пленка	58	-	1,025	1,378	0,898	1,44	98,7	1,016	1,55	2,567
Лед I (0°С)	52	52	0,917	1,384	0,906	1,45	99,3	1,024	1,59	2,614
Вода (0°С)	45,1	44,8	1	1,392	0,911	1,461	99,77	1,023	1,622	2,645
Вода (100“С)	39,6	40,6	0,958	1,405	0,916	1,468	100,24	1,024	1,649	2,673
Пар(100“С)	0	0	0,0006	1,515	0,958	1,537	104,44	1,024	1,914	2,938

Табл. 2.2. Энергия связи (деформации) и геометрические характеристики мо-
лекулы воды для различных агрегатных состояний.

корректирующего множителя Ькр, который определялся из следую-
щих соображений. Величина энергии деформации молекулы Н2О в
паровой фазе, рассчитанная по формуле (2.7) и геометрическим ха-
рактеристикам табл. 2.2, составляет Дир=82,795 кДж/моль, то есть
по сравнению с точными данными (100,14 кДж/моль) занижается в
1,21 раза. Это связано с отличием модельного представления от ис-
тинных действительных дисперсионных связей атомов в молекуле
Н20. Использование корректирующего множителя постоянной вели-
чины для всех расчетов, учитывающего квантово-механические эф-
фекты, можно обосновать, во-первых, относительной их малостью
по сравнению с электростатическими (по сути дисперсионными)
силами (-20%), а во-вторых, практически строго линейной зависи-
мостью изменения расстояний Кон, Кнн и угла <р0.

Необходимо еще раз подчеркнуть, что введение корректирующе-
го множителя не является подгонкой расчетов, а объективная реаль-
ность подобных моделей квантово-механических расчетов. Когда не
представляется возможным прямого решения уравнения Шрединге-
ра в точной постановке для волновых функций взаимодействия всех
электронных орбиталей молекулы Н2О, то прибегают к искусствен-
ным приемам - подбору специальных атомных потенциалов взаи-
модействия, обеспечивающих хорошее согласие с экспериментом.

При расчетах энергии деформации молекулы Н2О для различ-
ных агрегатных состояний из величины полной электростатической
энергии, определяемой с учетом данных геометрических характе-
ристик по формуле (2.7), вычиталось ее значение ДЦ,=100,14 кДж/
моль для паровой фазы, то есть невозмущенного состояния молеку-
лы воды. На основании данных табл. 2.2 построен график зависимо-
сти азимутального угла и поляризационной энергии молекулы Н2О
от расстояний Кон, Кнн , представленный на рис. 2.3.

Точки, отмеченные на графике, соответствуют рассчитанным ге-
ометрическим характеристикам молекулы Н2О в работах [2.4,1.36] и
в выше изложенном материале для пяти агрегатных состояний воды:
гидратной (Ы), в виде льда I, жидкой (0°С), жидкой (100°С) и пара.
Все точки с удивительно хорошей точностью ложатся на прямую ли-
нию, поэтому с большой степенью обоснования ее можно экстрапо-
лировать в область меньших углов <р0 и больших энергий поляризации

График энергии поляризации для молекулы Н2О, представленный
на рис. 2.3, очень хорошо описывается интерполяционной формулой
ир=3,133ехр(-О,О77О7(ро) [кДж/моль] (ошибка интерполяции не пре-
вышает 1%). Поэтому, зная геометрические характеристики молеку-
лы воды, (например, измеренный ее радиус) можно определить по
графику на рис 2.3 энергию ее деформации и, наоборот, по энергии
деформации - геометрические размеры молекулы.

С другой стороны, сравнение расчетных значений энергии меж-
молекулярных связей с экспериментальными данными теплоты ис-
парения для этих пяти агрегатных состояний показывает их хорошее
совпадение для разных, закономерно изменяющихся геометриче-
ских характеристик молекулы Н2О - расстояний К.он, Кнн и угла <р0.
На основании этого можно сделать вывод о переходе энергии свя-
зей в энергию деформации молекулы. Для тех агрегатных состояний
Рис. 2.3. Зависимость энергии поляризации IIр и <р,г КН,(Г Кон, Иц,, от геоме-
трических характеристик молекулы Н,0 для различных агрегатных состоя-
ний воды (связь между величинами IIсь из табл. 2.2 и IIр: IIр=( 100,14 + 11с№)
кДж/моль).

воды, где отсутствуют экспериментальные данные по энергии меж-
молекулярных связей, были проведены расчеты и оценки на основа-
нии большого объема литературных данных.

2.3.2.	Вода в каплях в атмосфере в момент ядрообразования

По данным литературных источников [2.1, 1.7, 2.15] в облаках
на высоте около 10 км существует вода в виде капель радиусом до
~4 мкм, которая не замерзает при - (50^-70°С), имеет плотность 2+2,2
г/см3, и при ее замерзании наблюдается кристаллизация в лед VII
с кубической структурой. Последний факт был продемонстрирован
Майером и Халлбрулером [2.15]. Переход тетраэдрической структу-
ры воды (лед VI) в кубическую (лед VII) при переохлаждении воды
в капиллярах и порах специальных стекол надежно подтвержден в
работах [2.1, 2.16], причем температурная область этого фазового
перехода второго рода находится в диапазоне 20(Н230°К.

Проведем оценки энергии связей молекул воды в момент обра-
зования ядра конденсации. Свободную энергию образования капли
можно определить [1.12]:
Дбк'МлгЧо-кТгрЬи+ЗуЗ],	(2.8)

где г - радиус капли; р - плотность жидкости (число частиц в едини-
це объема); о - поверхностное натяжение; 8=(Р-Р0)/Р(); Ро - давление
насыщенного пара при температуре Т; Р - давление среды. Функция
Д6К' имеет максимум при г=2о/[кТр!п(1+8)] и соответственно:

Д6Кти'= 16ло3/[Зк2Т2р21п2( 1 +8)].	(2.9)

Атмосферное давление на высоте 10 км будет составлять
0,41 х 105 Па, а давление насыщенных паров выберем для льда при
температуре -(50+70°С) равным ~4 Па [1.16]. Можно предположить,
что кубическая структура воды при переохлаждении до температур
~223°К напрямую связана с уменьшением азимутального угла мо-
лекулы Н2О (<р0) до величины примерно фо=9О°. Рассчитаем харак-
теристики переохлажденной воды с использованием геометриче-
ских параметров молекулы воды для фо=9О° (см табл. 2.2). В связи с
уменьшением эффективного радиуса молекулы с 1,461 А для воды
при 0°С до 1,3 А при <ро=90° с учетом плотной упаковки молекул в
виде шаров можно предположить, что плотности жидкостей будут
относиться р(фо=9О°)/р(фо=99,77°)=(1,461/1,3)3=1,42. Эта величина
очень хорошо совпадает с экспериментально измеренной плотно-
стью воды, находящейся в стеклянных капиллярах 1,4 г/см3 [2.16].
В этой же работе сказано, что для воды, полученной путем двойной
перегонки и конденсации в вакууме в свежевытянутых стеклянных
капиллярах, характерно повышенное поверхностное натяжение.

Проведем расчет величины поверхностного натяжения подоб-
ной воды, воспользовавшись структурной моделью из работы [1.34]
для поверхностной пленки воды, разделяющей две фазы: жидкую
и паровую. Модель, которая широко используется при расчетах ха-
рактеристик жидких кристаллов - нематиков, применяет метод мас-
штабной частицы, внедряемой в поверхностный слой жидкости,
состоящей из таких частиц, и определяется работа по такому вне-
дрению частицы. Частицы представляются в виде взаимно непро-
ницаемых сфероцилиндров, которые являются цилиндрами длиной
Ь с расположенными на торцах сферами радиуса г. При ориентации
сфероцилиндров параллельно границе поверхностное натяжение
жидкости определяется:

«^/(кТ)—1 8( 1 +х)82[ 1 +8(4+х)/(4+Зх)]/[л(4+Зх)2( 1-8)3]. (2.10)

В случае перпендикулярной ориентации сфероцилиндров отно-
сительно границы поверхностное натяжение равно:
о2г2/(кТ)=-982[х2+8л+8+8(5л,+28х2+56х+32)/(4+Зх)]/

/[4л (4+Зх)2(1-8)3],	(2.11)

здесь 5=рлг2(Ь+4г/3); х=Ь/г; р - плотность жидкости (количество ча-
стиц в единице объема).

Проверка этой модели для обычной воды (при 0°С) показывает,
что, если определить размеры сфероцилиндра из условия равенства
объемов занимаемой молекулой воды 4лВ.3Н2О/3=лт2(Е+4г/3), а так-
же положить равными КН2О= 1,461 А и х= 1,5, то получим значение
о =0,078 Н/м. Это расчетное значение о, хорошо совпадает с экспери-
ментальной величиной а =0,076 Н/м [1.16], а расчет поверхностного
натяжения по формуле (2.11) показывает, что величина о2 мало отли-
чается от ог Поэтому с достаточной степенью точности можно поль-
зоваться этой методикой для определения поверхностного натяжения
воды в различных агрегатных состояниях, тем более что необходимо
определять не абсолютную величину о, а относительное увеличение.

Расчет поверхностного натяжения для переохлажденной воды с
параметрами: <ро=9О°, КН2О=1,3 А, Т=223°К, р=1,4 г/см3 дает значение
о,/ о|'=2,14, а энергия образования капли переохлажденной воды для
вышеизложенных условий по формуле (2.9) равна Д6Ктах-230 кДж/
моль, при этом диаметр образующегося ядра конденсации составля-
ет примерно 10 А. Полная энергия межмолекулярных связей в такой
капле складывается из энергии сжатия молекул и энтальпии испаре-
ния: Д6=Д6.. ’+ДН «270 кДж/моль.

Из этих оценок можно сделать следующие выводы:

-	ядро конденсации капли обладает очень большой внутренней
энергией связей, за счет которой свободные молекулы Н2О могут
притягиваться и конденсироваться на поверхности;

-	кубическая структура жидкости ядра конденсации приводит
к соответствующей кубической структуризации последующих кон-
денсирующихся слоев жидкости или льда (лед VII) (до определен-
ных критических размеров), что экспериментально подтверждено в
работе [2.1];

-	можно предположить, что в случае кристаллизации верхних
слоев капли в лед VII ее ядро должно находиться в жидком состоя-
нии;

-	в связи с большой энергией внутренних связей молекулы воды
ядра находятся в колебательно возбужденном состоянии вплоть до
пятого-шестого колебательного уровня.

2.3.3.	Вода в стеклянных капиллярах и порах

Экспериментальное исследование воды, полученной в свежевы-
тянутых стеклянных капиллярах, проводилось в большом количестве
работ (в работе [2.16] приведен список литературы из семи наимено-
ваний). Согласно этим данным основными свойствами такой воды,
полученной в стеклянных капиллярах диаметром 1СН-20 мкм, явля-
ются: 1) повышенная плотность, достигающая величины 1,4 г/см3;
2) повышенная вязкость (в 12*15 раз выше, чем у обычной воды);
3) температура замерзания для особо чистых образцов ниже 100°К;
4) коэффициент преломления света п~1,49; 5) высокое поверхност-

ное натяжение по срав-
нению с обычной водой;

6) температура перехо-
да капиллярной воды в
обычное состояние со-
ставляет более 600°С; 7)
энергия связи молекул
воды составляет ~209,5
кДж/моль; 8) вода имеет
слабо желтую окраску; 9)
наличие жидкокристал-
лических свойств, что
проявляется в особен-
ностях дифракционной
картины рентгеновских
лучей; 10) обязательное
наличие неорганических
примесей (81, №, Са, К,

О); 11) парамагнитные свойства; 12) отсутствие новых полос в спек-
трах ИК и КР и их сдвиг в коротковолновую область по сравнению
с обычной водой.

Известно, что свежеобразованная поверхность кварца облада-
ет высокой активностью взаимодействия с веществами, содержа-
щими ненасыщенные связи. При контакте водной поверхности со
свежеобразованной кварцевой поверхностью в раствор начинают
переходить (выщелачиваться) элементы 810, 8Ю2, 81, О. Нестехио-
метрические атомы 81, перешедшие в раствор, взаимодействуя с кла-
стерами (Н2О)п (п>4), образуют прочные молекулярные комплексы
за счет переноса электронной плотности связи О-Н, являющейся
двойным донором, на свободную орбиталь 81. По сути, это являет-
ся ковалентной химической связью. В данном случае существенное
влияние на свойства воды оказывает элемент кремний и его соеди-
нения, рассмотрим этот вопрос подробнее. Атом кремния в хими-
ческих соединениях находится в состоянии 1822822р638'3р3, которое
не насыщает полностью внешнюю электронную оболочку, так как
остаются не заполненными Зб-орбитали, куда можно поместить еще
пять пар электронов. Экспериментальные данные свидетельству-
ет о том, что Зб-орбитали атома кремния участвуют в образовании
двойных л-связей (ря - <1я - сопряжение) в основном и переходном
состоянии [2.53,2.54]. Атом кремния может выступать в качестве
акцептора электронов, вследствие чего между ним и молекулами
воды образуются донорно-акцепторные связи (8р4Н2О), пример ко-
торых показан на рис. 2.4а. В том случае, когда у атома кремния две
двойных связи заняты в соединениях с атомами кислорода (двуокись
кремния 8Ю2), то остаются еще две свободные двойные связи, бла-
годаря чему также образуются донорно-акцепторные соединения с
молекулами воды (8Ю2’ЗН2О) (рис. 2.46). Этот факт подтверждается
данными работы [2.17], где методами ИК и КР-спектроскопии пока-
зано, что кластеры воды (Н2О)п с числом молекул п>4 уже не облада-
ют кольцевой структурой и имеют О-Н связь, называемую двойной
л- водородной связью, которая является двойным донором протонов.
Энергия одной такой связи составляет половину обычной водород-
ной связи в воде, и эти кластеры активно соединяются с атомами
неорганических примесей, имеющими незаполненные орбитали, в
данном случае с 81 и 8Ю2.

Энергию комплекса 8р4Н2О можно оценить более аккуратно и
строго по сравнению с аналогичной, проделанной в статье [2.16], сле-
дующим образом: изменение свободной энергии реакции при переда-
че электрона от донора (Н2О)п к акцептору 81 определяется [2.18]:

Д65'=1Р((Н2О)п)-ЕА(81)-Аё5-е2/К,	(2.12)

где 1Р((Н2О)п - потенциал ионизации комплекса, в данном случае
молекулы Н2О, равный 12,6 еу; ЕА(81)=0,03; 0,52; 1,39 еу - энергия
сродства атома 81 электрону [1.6]; А§5=е2(1-1/Е5)(1/К.а+1/Кь- 2/Р)/2
- энергия гидратации, производимая ионной парой; Ка, - радиу-
са донора и акцептора; К - расстояние между реагентами. Расчет
по формуле (2.12) для значений: Ка=1,461 А; Къ=2,15 А; К=3,611 А
(здесь взят радиус иона 8г, который больше радиуса атома [1.16])
дает величину энергии связей между молекулами воды и атомом 81
равную: Д65.’=376; 329; 245 кДж/моль, из которых выберем мини-
мальное значение 245 кДж/моль.

Кроме того, согласно данным той же работы [2.18], энергию
реорганизации системы атом - молекулы 81«-»(Н2О)п можно опреде-
лить по формуле:

А65.-е2(1/Еор-1/Е5)(1/Ка+1/Кь-2/К.)/2,	(2.13)

где Еор - оптическая поляризация воды. Для тех же значений радиу-
сов получается величина энергии связи, равная Д65. -223 кДж/моль,
что удовлетворительно совпадает с данными, приведенными в рабо-
те [2.16].

С другой стороны, энергию связи комплекса (кластера), созда-
ваемого атомом 81 и молекулами воды (Н2О)п (п=4), схема которого
изображена на рис. 2.4а, можно определить как сумму энергий связи
молекул воды и энергию отрыва присоединенного электрона от ато-
ма 81 (энергия сродства атома 81 электрону):

Д65;=ЕА(81)+пин,	(2.14)

где Ин=21 кДж/моль - энергия водородной связи молекулы Н2О [ 1.39,
2.19]. Необходимо отметить, что в этих работах приводятся более со-
временные данные, включая опытные [2.19] для водородной связи в
чистой воде, энергия которых находятся в диапазоне 0 = 19+25 кДж/
моль. В работе [ 1.39] специально проводился анализ многих расчет-
ных методик и показано, что они завышали значение 1)н.

Величина энергии взаимодействия между атомом 81 и молекула-
ми воды, рассчитанная по формуле (2.14), составляет Д651'=218 кДж/
моль, что хорошо совпадает с выше проведенными расчетами и экс-
периментальными данными [2.16]. В данном разделе мы подробно
остановились на вычислении энергии внутренних связей комплекса
81*пН2О с привлечением трех методик, чтобы в дальнейшем доста-
точно достоверно определять энергию деформации молекулы воды
в различных гидратных соединениях.

Сильную связь между молекулами воды и окислами кремния
подметили давно. Сравнение кристаллической структуры воды с
кристаллической структурой кварца 8Ю2 [2.6] показывает, что те-
траэдрическая структура воды обусловлена ее реологической связью
с кварцем и другими кремнийкислородными минералами, преобла-
дающими в земной коре, из недр которой когда-то появилась вода
на Земле. Поэтому наличие в воде кремнийкислородных элементов
(солей) заставляет перестраиваться ее молекулы относительно своих
граней и связей, образуются их гидратные соединения, что ведет к
увеличению степени деформации молекул Н2О и, как следствие, к
росту запасенной колебательной энергии в среде.

Нужно сказать, что энергия связей молекул воды, как в ядре капли в
момент ядрообразования, так и в стеклянных капиллярах, близки по зна-
чениям (210+230 кДж/моль), что не является случайным совпадением.

Подобную воду с такими же характеристиками получают в по-
ристых стеклах, повергнутых специальной обработке. Эксперимен-
тальные данные по исследованию такой воды приведены в работе
[2.1]. Авторы этой работы чистую воду, полученную конденсацией в
порах стекол марок 8С20 (23 А), Уб (42 А), 8675 (70 А), охлаждали
в диапазонах температур 260+80°К и изучали структуру с помощью
Рис. 2.5. Картина дифракционно-
го рассеяния рентгеновских лучей
на неоднородностях воды, на-
ходящейся в порах стекла марки
8(320 (23 А), при различных тем-
пературах (цифрами отмечены
колебательно возбужденные моды
Н2О(игиги^[2.1].

рентгеновских лучей, проходящих через среду. Четко подтверждено,
что при переохлаждении воды от 273°К до 23О^-235°К структура ее
является гексагональной (в соответствии с дословным переводом), за-
тем с понижением температуры до 150-И 70°К она превращается в ку-
бическую, а далее в районе температур
80-^90°К становится аморфной. В этой
работе проведены уникальные измере-
ния колебательно возбужденных моле-
кул воды, находящихся в порах стекол (в
то же время в тексте статьи об этом не
говорится ни слова). В статье на одном
из рисунков приведены графики осцил-
лограмм дифракционной картины рассе-
яния рентгеновского излучения на неод-
нородностях воды, находящейся в порах
стекла марки 8620 (23 А), (рис. 2.5).

На этом рисунке по оси абсцисс от-
ложены величины двойного дифракци-
онного угла рассеяния рентгеновского
излучения на молекулах воды, а по оси
ординат безразмерные значения ампли-
туд рассеяния. Над кривыми напротив
пиков амплитуд стоят цифры соот-
ветствующие номерам колебательных
уровней трех мод Н2О(ур у2, у3), где у1 -
симметричная мода, у2 - деформацион-

ная и у3 - асимметричная. Эти графики несут полную информацию
о спектре и величине колебательной энергии молекул воды. Сечение
рассеяния рентгеновских лучей, или угол их рассеяния зависит от
амплитуды колебаний атомов в молекуле Н2О и он тем больше, чем
больше амплитуда колебаний атомов или выше квант колебательной
энергии Ьу.. Поэтому на графике пики, характеризующиеся высокой
энергией (например, 103), соответствуют большим значениям угла
рассеяния и наоборот - с уменьшением колебательного кванта угол
рассеяния уменьшается. Правда, на угол рассеяния влияет и мода
колебаний - как видно из рисунка, включение деформационной
моды значительно увеличивают его и при меньших энергиях. Вели-
чина пиков по оси ординат в относительном масштабе соответству-
ет плотности или количеству молекул в жидкости, колеблющихся с
частотой и амплитудой, характерных для данного набора квантовых
чисел (уровней энергии) ур у2, у3.

Эти графики можно обработать следующим образом: в сумме ам-
плитуды всех пиков на кривой (например, измеренные в мм) соответ-
ствуют общему количеству всех возбужденных молекул воды, тогда,
разделив длину каждого пика на общую сумму, получим долю молекул
из общего числа, имеющих данную энергию колебаний. Результаты
обработки колебательной энергии подобным образом представлены
в табл. 2.3. В четвертой колонке табл. 2.3 приведены значения коле-
бательной энергии для данного состояния молекулы Н2О, рассчитан-
ные с учетом увеличения колебательных квантов первого уровня каж-
дой моды и величины ангармонизма за счет энергии ее деформации

Колеб. сост. но	Ампли- туда О, мм	Доля молек.	^КОЛ’ см1	Ус-ум. см 1	(-230 кДж/моль, см. табл. 2.2). В пятой колонке пока- заны значения колебатель- ной энергии всех молекул с заданной населенностью колебательных уровней и общая величина колебатель- ной энергии. По данным табл. 2.3 построен график распределения плотности молекул воды по энергиям, показанный на рис. 2.6.  Из данных табл. 2.3 и рис. 2.6 можно сделать еле- дующие выводы: запасен- ная колебательная энергия молекул воды в таком агре- гатном состоянии очень большая (92 кДж/моль при 200°К и 139 кДж/моль при 80°К), но она меньше рассчитанного значения
Т=200°К					
100	15,3	0,2977	3965	1180	
002	13,4	0,261	8037	2098	
101	8,6	0,167	8035	1342	
102	2,2	0,0428	12000	514	
НО	5,5	0,107	6163	659	
103	4	0,0778	14866	1234	
112	2,4	0,0467	14200	663	
Итого: 1^=7690 см '=92 кДж/моль					
Т=80°К					
111	7,5	0,647	10233	6621	
220	2,6	0,224	12187	2730	
311	1,5	0,129	17877	2307	
Итого: Ц.=11658 см_|=139 кДж/моль					
Табл. 2.3. Колебательное возбуждение молекул воды в порах стекла марки 8020 (23 А) [2.1 ].					
					Д65.'=21 (Н220 кДж/моль,

для воды, полученной в стеклянных капиллярах. В структурной жид-
кокристаллической решетке молекул Н2О за счет энергии связи меж-
ду ними постоянно идут два процесса: накачки энергии на колеба-
тельные уровни и релаксация, в основном, через соударения молекул
со стенками пор. И, если минимальный размер капиллярных каналов
составляет 1СН-20 мкм =(10ч-20)х103 А, то размеры пор в экспери-
менте [2.1] равны примерно 20 А, то есть стенка полости находится
очень близко для всей массы молекул. Фактически, в среднем в каж-
дой поре диаметром 20 А находится всего около 200 молекул воды,
поэтому для такого малого ансамбля молекул частотные и ампли-
тудные характеристики будут сильно зависеть от граничных усло-
вий на стенках объема. Из сделанных предположений следует, что с
уменьшением амплитуды либрационных колебаний молекул релак-
сация колебательной энергии должна уменьшаться, это и подтверж-
дается настоящим экспериментом. С уменьшением температуры с
200 до 80°К запасенная колебательная энергия увеличивается с 92 до
139 кДж/моль, причем необходимо отметить, что за счет увеличения
жесткости системы колеблющихся молекул часть частот пропадает, а
энергия оставшихся существенно возрастает. Видно, что для данных
условий происходит возрастание возбуждения колебательных уров-
ней вплоть до третьего симметричной и асимметричной мод, при
этом энергия, заключенная в деформационных модах колебания мо-
лекул воды (для условий 200°К), невелика и в общем балансе на каж-
дую моду приходятся следующие доли: на симметричную - 38,7%,
на деформационную - 3,6% и остальное на асимметричную - 57,7%.
Для условий Т=80°К эти соотношения меняются: на симметричную
приходится 52,2%; на деформационную - 19,4% и асимметричную -
28,4%. Такое распределение энергий по модам колебаний связано со
структурой воды - при температуре 200°К вода имеет в большей сте-
пени гексагональную кристаллическую структуру [2.1], для которой
характерны асимметричные колебания. Для условий Т=80°К харак-
терна кубическая структура размещения молекул и азимутальный
угол в молекуле Н2О близок к 90°, что и обуславливает преоблада-
ние симметричных колебаний и увеличение доли деформационных
колебаний (также симметричных относительно оси симметрии). Из
рис. 2.6 видно, что ни о какой функции распределения молекул в ан-
самбле по колебательной энергии, типа Больцмана, характерной для
равновесной системы частиц идеального газа говорить не приходит-

Рис. 2.6. Зависимость распределения плот-
ности молекул (населенности) Н,О от колеба-
тельной энергии [2.1]

ся. В системе колеблющихся
частиц имеются отдельные
резонансные частоты, которые
группируются в трех диапазо-
нах 450+600 см1; 1600+1700
см-1 и ~2400 см1. Данная ра-
бота подтверждает тот факт,
что молекулы в жидкой воде
находятся в колебательно воз-
бужденном состоянии. При
этом само рентгеновское из-
лучение, с помощью которо-
го исследовалась среда, не
может напрямую возбуждать
колебательные моды молекул

Н20, поскольку его квант составляет 107+109 см1, что несоизмеримо
больше колебательных квантов молекул воды (1500+4070 см1).
Вода, которая находится в виде пленки на поверхности твердого
тела, состоящего из гидрофильного (смачивающегося водой) веще-
ства, обладает особыми свойствами. Имеется масса эксперименталь-
ных данных по проявлению эффекта сверхпроводимости некоторых
керамик, пленок, поверхности кварцевых стекол в диапазоне темпера-
тур от 90 до ЗОО°К, но при обязательном присутствии пленки воды на
поверхности. В этом случае сопротивление образца в приложенном
потенциале электрического поля менялось в пределе до 105 раз [2.7].
Зависимость проводимости от температуры носит не монотонный ха-
рактер, и наблюдаются резкие осцилляции по величине на порядок
при увеличении температуры, а при плавном охлаждении эта зависи-
мость идет по другой кривой, то есть существует сильный гистерезис
[2.20]. Для объяснения этого эффекта в монографии [2.7] предложено
несколько моделей, связанных с появлением в поверхностной пленке
воды больших концентраций протонов Н+ в связи с процессами ги-
дроксилирования за счет соединений гидратных групп с элементом
81 и его окислами 810,.

Очень сильно этот эффект проявляется в стеклянных порах ма-
лого размера. На рис. 2.7, взятом из монографии [1.34], приведены
зависимости удельной электропроводности воды, адсорбированной

в пористых стеклах с диа-
метром пор -40; 80; 200 А.
Из рисунка видно - это яв-
ление максимально прояв-
ляется для малых размеров
пор, что связано с отноше-
нием объемов воды, со-
прикасающейся с поверх-
ностью твердого вещества
и общим объемом. Если
принять толщину пленки,
соприкасающейся со стен-
ками пор, где существенно
проявляется эффект упо-
рядочения молекул Н2О и
местного электромагнит-

2.7. Зависимость удельной электропроводно-

Рис.

сти воды в пористых стеклах от степени их запол-
нения и размера пор: 1- д-41 А; 2- д-82 А; 3- д~201
А [1.34].

ного поля от кластерных соединений типа 8р(Н2О)п и 8Ю2*(Н2О)т
за 10 А (это подтверждается расчетами [1.12,2.21]), то отношения
объемов «активированной» воды к общему объему для этих размеров
пор составит соответственно 0,875; 0,378; 0,271. Таким же образом
на электропроводность воды влияет и степень заполнения пор стек-
ла. Автор монографии [1.34] объясняет такие физические свойства
воды наличием в ней ионов Н+, ОН , Н3О+, Н302 , Н5О2+ и т.д., для
которых записывают обычно брутто - реакции: Н^^Н^+ОН+Ор
2Н2О^Н3О++ОН +0:; ЗН2О^Н,О+Н,О2 +Р,; Н2О+Н3О+^Н5О2++р4,
где р,- энергия эндотермической реакции, которую необходимо под-
вести к системе. Причем в основной массе научной литературы при
написании этих реакций «скромно» опускают слагаемое (). в правой
части, при наличии которого и могут протекать реакции. Величины
этих энергий составляют: РрПП кДж/моль; ()2=1773 кДж/моль;
О3=1944 кДж/моль; О4=53 кДж/моль. Отсюда следует вопрос: откуда
в жидкой воде, имеющей максимальное значение энергии межмоле-
кулярных связей ДНИ=44 кДж/моль (энтальпия испарения) появляет-
ся дополнительно большая энергия? В литературе ответа нет.

Согласно проведенного выше анализа, полная энергия вну-
тренних связей молекул воды с элементом 81 достигает величин
ДН3 =ДН51'+ДНи=265 кДж/моль, что резко увеличивает средний уро-
вень деформации всех молекул воды, находящейся в пленке и по-
рах. Это приводит к увеличению запасенной колебательной энергии
молекул, процессу перераспределения по квантовым уровням и дис-
социации их на радикалы Н и ОН. Как будет показано более под-
робно в следующих главах, поскольку жидкая вода включает в себя
кластеры с льдоподобной тетраэдрической структурой, где каждая
молекула окружена и соединена водородными связями с четырьмя
ближайшими соседями, в случае их высокого колебательного воз-
буждения энергии хватает на диссоциацию и ионизацию продуктов
распада одной молекулы.

Прямым подтверждением этих выводов служат работы [2.22,
2.23], в которых измеряли населенность первого колебательного
уровня молекул водорода, десорбируемых с поверхности кристал-
лического кремния 81(100), покрытого моногидридными соедине-
ниями (то есть содержащие молекулы воды) путем ее термического
нагрева до 780°К. Измерения показали, что с поверхности десорби-
руются колебательно возбужденные молекулы Н2, при этом запасен-
ная колебательная энергия превышала ее равновесное значение (при
той же температуре) в 20 раз. Таким образом, можно сделать вывод,
что образование гидратных комплексов 8рпН2О приводит к резкому
колебательному возбуждению молекул воды, далее к диссоциации
на радикалы ОН и Н, образованию водорода, а, выделяющаяся при
этом энергия валентных связей молекулы Н2О, запасается в продук-
тах распада ОН и далее в Н2.

Изложенная выше концепция хорошо согласуется с данными
экспериментальных работ [2.24, 2.25], где найдено, что в низкотем-
пературном диапазоне при частичном окислении А1( 100) снижается
порог диссоциации воды и заметно увеличивается концентрация ра-
дикалов ОН. При этом замечено, что на неокисленной поверхности
алюминия гидратных соединений оказывается меньше. Оценки по
выше приведенным формулам дают полную величину энергии свя-
зи комплекса А1О*пН2О равную АНа|О=437+АНи=~480 кДж/моль и
близкую к энергии диссоциации молекулы воды (494 кДж/моль).

2.3.4.	Вода, находящаяся в гидратных оболочках ионов

Молекулы воды, находящиеся в гидратной оболочке иона, осо-
бенно в первом слое, непосредственно соприкасающегося с ним,
из-за больших электростатических сил должны быть сильно сжаты
и обладать большой запасенной энергией деформации, а, следова-
тельно, и большой колебательной энергией. Это связано с тем экс-
периментальным фактом, что энергия гидратации ионов составляет
величины 600+6000 кДж/моль для различных веществ [1.35]. Мо-
лекулы воды, находящиеся в непосредственной близости от иона (в
первой гидратной оболочке), за счет электростатических сил, зна-
чительно превышающих водородные связи, строго ориентированы
к нему соответствующим полюсом дипольного момента. При этом
обеспечивается максимальная упаковка молекул Н2О в этом первом
слое. Во второй гидратной оболочке молекулы воды менее плотно
упакованы, более свободны, ориентированы не столь правильно, до-
статочно легко отрываются и обмениваются местоположением со
свободными молекулами воды в растворе.

Рассчитаем энергию взаимодействия молекулы воды, находя-
щейся в первом гидратном слое, с ионом, воспользовавшись мето-
дикой, изложенной в работе [2.18]. Энергия реорганизации систе-
мы пары молекула Н2О - ион определяется перекрытием волновых
функций начального и конечного состояний системы за счет пере-
распределения электронной плотности и притяжения части ее к
иону (например, для иона с положительным зарядом). Эту энергию
реорганизации можно определить аналогично формуле (2.13):

АОг'=Чн2оЧи(1/ео[>-1/е5)(1/К+1/Кь-2/К)/2,	(2.15)

где ЧН2О- избыточный заряд на молекуле Н2О; чи- заряд иона; еОР, е8-
оптическая и статистическая диэлектрические проницаемости воды;
Ка, - радиуса соответственно донора (Н2О) и акцептора (ион);
К - расстояние между донором и акцептором.

В предположении, что молекулы воды и ион представляют со-
бой шары, для плотной упаковки можно положить 11=11+1^. Для
определения наведенного заряда на молекуле Н2О воспользуемся
выводами автора работ [2.26,2.52], в которых на основании расчетов
показано, что в растворе воды с ионами, в частности с ионами Н3О+,
находятся нейтральные и отрицательно заряженные молекулы воды.
Заряд цн2о на одной стороне диполя молекулы Н2О составляет 0,2е,
из чего автор делает вывод, что каждый ион Н3О+ окружен пятью
молекулами воды в первой гидратной оболочке. С другой стороны,
простые геометрические построения для плотной упаковки шаров
с радиусами К.Н2О= 1,39-4,46 А и К.н=0,34),46 А [1.16] показывают,
что протон Н+ действительно окружен в первой гидратной оболочке
пятью молекулами воды.

Все выше изложенные рассуждения справедливы для случая
пренебрежения водородными связями между самими молекулами
донора - молекулами воды. Справедливость такого предположения
подтверждается экспериментальными работами [2.27,2.28], где на
основании спектроскопических и ЯМР - релаксации методов из-
мерения либрационных колебаний молекул воды сделан вывод, что
молекулы Н2О в первой гидратной оболочке иона Ы+ повернуты к
нему кислородными атомами и не могут образовывать между собой
водородных связей.

Таким образом, для оценочных расчетов энергии связи одной
молекулы воды с ионом Н+ в первой гидратной оболочке можно по-
лагать, что наведенный заряд на молекуле Н2О составляет цН2о=ци/п,
где п - число молекул воды в первой гидратной оболочке, опреде-
ляемое геометрическим построением в предположении плотной
упаковки шаров. Расчеты энергии взаимодействия по формуле (2.15)
одной молекулы воды с ионом Н+ (КН2О=1,39 А; ^=0,3 А; п=5) и ио-
ном Ы+ (КН2О=1,39 А; К.Е=0,6 А; п=7) дают значения, соответственно,
ДОГ-216,3 кДж/моль и ДОГ -73,8 кДж/моль, при этом величина (1 /еор
-1 /е8)=0,538 бралась из работы [2.11]. Полученная величина энергии
связи одной молекулы Н2О в этом гидратном комплексе ДОГ'=216,3
кДж/моль удовлетворительно совпадает со значением изобарного
потенциала гидратации протона, рассчитанного в монографии [1.12]
(на одну молекулу воды) Д2Г=(ДНГ -ТД8у)/5=210,8 кДж/моль. В то
же время, энергия связи одной молекулы Н2О с ионом в виде протона
Н+ не превышает 62 кДж/моль (экспериментальные данные [ 1.39]).
Поэтому после гидратации пятью молекулами воды иона Н+ он дол-
жен перестроиться в соединение с одной молекулой Н2О, то есть Н3О+
(система стремится к минимуму потенциальной энергии).

Проверка этой методики для расчета энергии гидратации пол-
ных первых оболочек ионов, образующихся в водном растворе ве-
щества ЫС1, дает значение энергии гидратации ДОГ-760 кДж/моль,
что меньше экспериментальной величины 879 кДж/моль [1.35]. Это
связано, естественно, с тем, что не учитываются вторые гидратные
оболочки ионов. Но, с другой стороны, из этого анализа следует, что
энергия гидратации молекул первой гидратной оболочки составляет
87% от общей энергии.
В данном случае произведен расчет только энергии электро-
статического взаимодействия между ионом и молекулой Н2О,
но, поскольку эти ионы с гидратной оболочкой находятся в водном
растворе, полная энергия (энтальпия) молекул воды, находящихся в
гидратной оболочке будет складываться Д6Г=Д6Г'+ДНИ. Таким об-
разом, окончательно можно определить, что полная энергия моле-
кул воды, находящихся в первой гидратной оболочке ионов, равна:
Д6г(Н+)=217+40=257 кДж/моль; ДОг(Ы+)=74+40=114 кДж/моль.
Аналогично энергию связи молекул воды в ионах Н3О+, Н5О2+, Н3О2
[1.39, 1.19] можно рассчитать по формуле ДОг(Н3О+)=62+40=Ю2
кДж/моль; Д6г(Н5О2+)=94+40=134 кДж/моль; Д6Г(Н3О2)=131+40=
171 кДж/моль. Данные по энергиям связи ионов Н3О+, Н5О2+, Н3О2~
приведены в табл. 2.2. По интерполяционной зависимости от пол-
ной электростатической энергии молекулы Н2О (см. рис. 2.3, необ-
ходимо добавить поляризационную энергию свободной молекулы
воды приблизительно 100 кДж/моль) определены ее геометрические
характеристики для всех этих ионов. Видно, что для гидратиро-
ванных молекул воды азимутальный угол достаточно мал (88+95°),
поэтому они сильно сжаты и обладают большой упругой энергией,
а, следовательно, большой запасенной колебательной энергией,
совершенно аналогично воде, находящейся в стеклянных капилля-
рах и порах.

2.3.5.	Вода в пленках на свободной поверхности жидкости

Под влиянием поверхности, разделяющей агрегатные состоя-
ния: жидкость - пар, ее свойства изменяются по сравнению с объ-
емной фазой. Эти изменения проявляются в поверхностных слоях
жидкости, толщина которых на порядок больше эффективного мо-
лекулярного диаметра и обусловлены пространственными микро-
структурными эффектами. Эти пленки воды характеризуются ориен-
тационным упорядочением, приводящим к тому, что молекулы воды
в них образуют слои с повышенной плотностью, ориентированные
преимущественно параллельно поверхности. В данных условиях
усиливаются водородные связи между молекулами в гексагональ-
ных слоях кластеров за счет ослабления связей между этими слоями.
Такое перераспределение водородных связей совместно с простран-
ственным и ориентационным упорядочением приводит к созданию
квазидвумерной структуры со свойствами жидкокристаллической
фазы. Эта структура устойчива к различным внешним воздействиям
и обладает избыточной внутренней энергией по сравнению с объ-
емной жидкостью. Здесь изложена общепринятая теория пленочной
воды, которая повсеместно используется в научной литературе.
Проведем оценки энергии поверхностной пленки жидкости, для
этого воспользуемся снова моделью пробной частицы, изложенной
в работе [ 1.34] и описанной выше. Энергию по внедрению пробной
частицы в виде сфероцилиндра в поверхностную пленку жидкости,
состоящую из таких же частиц можно определить:

Д6П н 7(кТ)=-1п( 1 -5)+28/( 1-5)+8Р,	(2.16)

где Е=[1+8+(ЗЬ-2)83]/(1-8)3; Ь=8(1+х)(2+х)/(4+Зх)2; 8=7гг3(Е/г+4/3)р;
х=Ь/г; Ь - длина частицы; г - радиус полусферы на ее концах, р -
плотность жидкости (число частиц в объеме). Тогда для параметров
молекулы воды при 0°С (см. табл. 2.2) аналогично вышеизложен-
ному получаем добавочную энергию межмолекулярных связей по
сравнению с объемной фазой Д6П н.'= 12,7 кДж/моль.

Энергию поверхностного натяжения пленки можно оценить
и другим путем, исходя из теории размерностей [2.29]: Д6ПН'
=2оУм2/3Ма|/3, Ум=М/р - молярный объем. Для температуры 0°С и
о=0,076 Н/м получаем значение добавочной энергии межмолекуляр-
ного взаимодействия в поверхностной пленке ДОПН'~9 кДж/моль,
что по порядку величины согласуется с ее значением, вычисленной
по предыдущей методике. Полная энергия межмолекулярного взаи-
модействия в поверхностной пленке воды складывается из энергии
поверхностного натяжения и энергии связи жидкости, находящейся
в объеме, т.е. Д6пн=Д6пн'+ДНи=(9+13)+45=54+58 кДж/моль. Рас-
считанные характеристики молекулы Н2О в таком агрегатном со-
стоянии и ее плотность приведены в табл. 2.2.

2.3.6.	Влияние кавитации на энергию межмолекулярных
связей молекул воды

При облучении акустическими волнами воды, в процессе силь-
ных завихрений жидкости вблизи твердых поверхностей и других воз-
действий на воду, характеризующихся большим градиентом давления,
возникает кавитация - образование пузырьков газа и пара. В процессе
подобных воздействий на жидкую воду возникают области, где созда-
ется повышенное давление, происходит образование новых и схлопы-
вание существующих пузырьков. При этом сферическая поверхность
пузырька находится в динамическом колебательном режиме, возника-
ют деформации его стенок и деление на несколько мелких. Вследствие
таких явлений образуются области жидкости с повышенной энергией
межмолекулярных связей, которые и приводят к активации воды. Рас-
смотрим каждое явление в отдельности и оценим дополнительную
энергию межмолекулярных связей, при этом экспериментальные и
расчетные данные будем брать из работ [2.30+2.35,2.44].
В процессе схлопывания (колебаний стенок) пузырьков наблю-
даются ударные волны, распространяющиеся в жидкости, давление
в них достигает 108 Па, что соответствует дополнительной энергии
связей Д6ув=1,8 кДж/моль. Пузырьки, образующиеся в воде под
воздействием ультразвуковых волн, достаточно малы г=(0,1-И)х10‘5
см, что соответствует резонансным длинам волн акустических ко-
лебаний. Предельно минимальный радиус устойчивого пузырька
в жидкости определяется гкр=4(ЗкТ§/лрж)|'4/3, где Т - температура
жидкости, § - ускорение силы тяжести; рж - плотность жидкости.
При нормальных условиях гкр =8*10"5 см, а максимальный радиус
устойчивых пузырьков достигает 10л см. Избыточное давление в
таком пузырьке определяется формулой: Р0+2о/г=Рп+Рр где Ро - ста-
тическое давление; Рп - давление насыщенного водяного пара; Рг
- давление газа внутри пузырька. С другой стороны, согласно дан-
ным работы [2.33], в отсутствии кавитации в разбавленных раство-
рах электролитов возможно существование стабильных пузырьков
с радиусом 10'7-Н0’6 см. Эти образования состоят непосредственно
из пузырька и компенсирующего поверхностное натяжение заряда
сферической оболочки ионов (еще их называют «бабстоны»). При
механическом равновесии системы давление газа внутри пузырька
равно Р=Р0+2ст/г-2лц2/е5; где: ц - общий заряд ионов.

Избыточное давление, создаваемое за счет поверхностного на-
тяжения сферической поверхности пузырька, составляет величину
2о/г и для радиусов гМО^-НО'5 см при температуре воды 0°С допол-
нительная энергия межмолекулярного взаимодействия будет равна
Дбп = 4,4-5-28 кДж/моль. С другой стороны, само образование внутри
жидкости фазовой границы, разделяющей паровую (газовую) и жид-
кую фазы, обеспечивается за счет энергии сил поверхностного на-
тяжения, определенной выше. Таким образом, общая энергия меж-
молекулярных взаимодействий в жидкости вблизи стенки пузырька
будет складываться из энергии поверхностного натяжения, опреде-
ленной для плоской поверхности и энергии избыточного давления
за счет ее кривизны: Аб пуз-Абп+Абп н. Для диапазона радиусов
пузырьков при обычном режиме кавитации (г=10л-Н0’5 см) дополни-
тельная энергия межмолекулярного взаимодействия составит около
13 кДж/моль, а полная АбПУЗ=54 кДж/моль.

В случае, когда радиус пузырька составляет десятки ангстрем,
для расчета избыточной энергии давления пленки такая макроско-
пическая теория не применима. При учете квантово-механических
эффектов колебательных процессов ионов, окружающих такие пу-
зырьки, энергию межмолекулярного взаимодействия поверхност-
ного слоя определили в работе [2.33]. Для температурного диапазо-
на от 0 до 100°С при концентрации электролита 0,03x1012 моль/л,
Ро=1О5 Па, о=0,025 Н/м дополнительная энергия межмолекулярного
взаимодействия составила ДОП'=43,16 кДж/моль. Если взять пара-
метры воды при 0°С, то энергия увеличится до Д6П '= 131 кДж/моль,
а общая энергия будет Д6ПУЗ'=Д6П+Д6ПН=141 кДж/моль, соответ-
ственно, полная энергия с учетом энтальпии испарения воды будет
Д6 пуз=180 кДж/моль.

Другой эффект повышения внутренней энергии молекул воды
в присутствии кавитации связан со схлопыванием пузырьков. Про-
цесс схлопывания идеального сферического пузырька описывается
уравнением Релея [2.35]: сй-/<й=(2ДР/(Зр))|/2(1-г3/г03)|/2г0/г, где г - те-
кущий радиус пузырька; г0 - начальный радиус пузырька; ДР=Р00-Р0;
Рм - давление в жидкости; Р0=сопя1 - давление газа в пузырьке. Ин-
тегральное уравнение изменения давления в пузырьке со временем
имеет вид:

)23/2/(1-23)|'2сй=0,81б1(ДР/р)|/2, а рассчитанные с помощью его
значения давления внутри пузырька приведены в табл 2.5.

г/го	0,63	0,6	0,5	0,4	0,3	0,2	0,1	0,05	0,01
(Р-РооУ (Рро-Р»)	0	0,055	0,535	1,72	5,1	19	157	1260	157000
Табл. 2.5. Теоретическое увеличение давления внутри пузырька при его схло- пывании [2.35].									

По этим расчетам для нормальных атмосферных условий Р= 105
Па получается, что можно достичь давления 1,57x1010 Па. В работе
[2.30] проводились расчеты по более реальной физике схлопывания
пузырька с учетом теплообмена в нем, которые показали, что адиа-
батическое сжатие пузырька возможно лишь за очень малый про-
межуток времени (т=0, И, где 1=10'7 сек. - период ультразвуковых
колебаний [2.31 ]), а давление уменьшается, по крайней мере, на по-
рядок по сравнению с идеальным расчетом. Тем не менее, в этой же
работе приводится для оценок цифра сжатия в пузырьке до давления
1,27х Ю10 Па. Такое давление соответствует дополнительной энергии
межмолекулярных взаимодействий ДОСЖ пуз -230 кДж/моль, а пол-
ная энергия будет равна ДОСЖ Г1УЗ =:270 кДж/моль. Здесь оценка энер-
гии межмолекулярного взаимодействия при сжатии пузырька сдела-
на по максимуму. На самом деле схлопывание пузырька происходит
не до состояния сплошной жидкости [2.30], а до величин зародышей
(бабстонов), и максимальная энергия взаимодействия молекул не бу-
дет превышать ~140 кДж/моль.

Во многих работах по кавитации было обнаружено явление, ког-
да со стенки пузырька, находящегося у твердой поверхности, внутрь
его вырывается струйка, как полагают, жидкости. При этом измерен-
ная скорость струйки достигала 170 м/сек, а в момент, когда она до-
ходит до противоположной стенки пузырька, скорость уменьшалась
до 60 м/сек [2.30]. Образование такой струйки объясняют перепадом
давления 105 Па между средой и пузырьком, хотя совершенно не-
понятно, каким образом такой перепад давлений создается на очень
малых расстояниях. Кроме того, сжатие пузырьков также сопрово-
ждается испусканием кольцевых и кумулятивных струй жидкости,
направленных в сторону от пузырьков. Этот эффект известен давно
[2.35] и с его помощью пытаются объяснить эрозию твердых мате-
риалов за счет кавитации в жидкости. Простые оценки кинетиче-
ской энергии струи, например, для условий: гИО-4 см; масса струйки
-1016 кг (что составляет одну десятую часть воды, которая могла бы
заполнить объем этого пузырька); скорость - У=170 м/сек дают зна-
чение кинетической энергии ик=109 кДж/моль. Расчет для паровой
струи приводит к величине ик=0,6х106 кДж/моль. Такие колоссаль-
но большие значения энергии совершенно необъяснимы, поскольку
в окружающей среде в присутствии кавитации полная максимально
возможная энергия межмолекулярных взаимодействий для отдель-
ных частных случаев (см. вышеизложенный материал в данном раз-
деле) не превышает -270 кДж/моль.

Физику этого явления можно объяснить на основе теории, из-
лагаемой в настоящей книге, следующим образом. В воде, подвер-
гаемой ультразвуковому облучению при развитом кавитационном
режиме, стенки пузырьков постоянно деформируются, прогибают-
ся, образуются выступы, шероховатости (что надежно подтвержда-
ется экспериментально). Если, например, взять пузырек с радиусом
г =10’5 см, то на его стенке может образоваться выступ, обращен-
ный внутрь газовой полости, и при этом радиус скругления этого
выступа гс будет, по крайней мере, на порядок меньше радиуса этого
пузырька, т.е. гс=10‘6 см. Тогда дополнительная энергия межмолеку-
лярных взаимодействий молекул воды в области вершины этого вы-
ступа согласно зависимости Д6ПУ3.=2о/г будет составлять примерно
270 кДж/моль, а полная будет равна -320 кДж/моль.

Согласно теории, подробно изложенной в последующих главах
настоящей книги, в жидкой воде колебательные уровни симметрич-
ной и асимметричной мод заметно населены вплоть до одиннадца-
того уровня, причем населенности прямо пропорциональны энергии
межмолекулярных взаимодействий. С другой стороны, анализ хими-
ческих реакций взаимодействия различных молекул и радикалов,
состоящих из атомов О и Н, таких как Н2О, ОН, НО2, О, Н, Н,О2,
для случая колебательно возбужденных реагентов, вступающих в
реакции, приводит к увеличению их скорости в 103, 106, 1015 раз по
сравнению с равновесными условиями. При этом оказывается, что
для протекания реакции диссоциации молекулы Н2О требуется ко-
лебательная энергия всего 160 кДж/моль, а в результате этой реакции
выделяется 494 кДж/моль, то есть в три раза больше. Далее, как по-
казывают эксперименты, выделяющаяся в результате этой реакции
энергия запасается, в основном, на колебательных степенях свободы
молекул продуктов реакции, от которых затем практически резонанс-
но передается молекулам воды. Таким образом, энергии, выделяю-
щейся в результате одного акта реакции, хватает для колебательного
возбуждения трех соседних молекул воды. Возникает самоподдержи-
вающаяся цепная реакция по диссоциации молекул воды с выделе-
нием большого количества энергии, то есть, фактически, происходит
микровзрыв части молекул воды, находящихся в вершине выступа на
стенке пузырька. От этого взрыва и возникают кумулятивные струи
парогазовой смеси большой энергии, которые в первую очередь рас-
пространяются внутрь газового пузырька, а в результате сил отдачи
в противоположную сторону увлекают струйки воды.

2.3.7.	Влияние электрического поля на энергию
межмолекулярных взаимодействий

В научной литературе влиянию электрического поля на харак-
теристики жидкой воды посвящено значительное количество работ
[1.7, 1.12, 1.34, 1.19,2.21, 1.15, 2.36^-2.41]. На основании этих и дру-
гих исследований сделаны выводы, что для характеристик объемной
воды и поверхностных пленок электрическое поле с напряженно-
стью менее Еэ»107 В/см не оказывает заметного влияния на ориен-
тационные характеристики молекул (диполей). Только предельно
сильные электрические поля напряженностью порядка Еэ=10* В/см,
когда еще можно говорить о молекулах как о целых объектах, пол-
ностью ориентируют молекулы в объеме жидкости по направлению
поля. В поверхностных пленках при Еэ~10к В/см ориентационная
упорядоченность молекул воды разрушается, и толщина пленки зна-
чительно увеличивается [1.12]. В мембранах биологических клеток
напряженность электрического поля достигает 105-Н06 В/см, и, как
делают вывод во многих работах, этот фактор должен сильно влиять
на процессы ионного, энергетического и других видов обмена между
клетками, что является следствием их жизнедеятельности. С другой
стороны, количественных оценок энергии такого воздействия поля в
сравнении с энергией межмолекулярного и других типов взаимодей-
ствия практически нигде не приводится.

Используя формулу (2.7), рассчитаем добавочную энергию воз-
действия электрического поля, приводящую к усилению взаимодей-
ствий между молекулами. Для значения коэффициента поляризации
а=5,2х10’22 см3 [2.42] величины дополнительной энергии межмо-

лекулярных свя-
зей молекул Н2О,
представлены в
табл. 2.6. Из табли-
цы видно, что при
напряженности

Электрическое поле, В/см	105	106	107	108
Энергия связей, кДж/моль	0,023	0,23	2,3	23,4
Табл, 2.6, Влияние электрического поля на энергию межмолекулярных связей.				

поля Еэ=105+106 В/см, действительно, изменение энергии межмоле-
кулярных взаимодействий составляет незначительную величину
Д6э'=0,023+0,23 кДж/моль по сравнению, например, с кинетиче-
ской энергией молекул (3+4 кДж/моль), поверхностным натяжением

(9+13 кДж/моль) и водородными связями (~21 кДж/моль).

В работе [1.34] проводились расчетные исследования влияния

внешнего электрического поля на геометрические характеристики
молекулы воды (для изолированной Н2О) с использованием модифи-
цированной поляризационной модели, описанной выше. Результаты
этих расчетов приведены в табл. 2.7. Расчеты показывают, что с ро-
стом напряженности электрического поля Еэ средняя длина связей
О-Н возрастает, а полярный угол между этими связями уменьшается
по сравнению с невозмущенной средой и стремится к -90° для разу-
мных значений Еэ,

когда еще можно говорить о моле- куле Н2О, как о целой конфигура- ции. С увеличени- ем напряженно- сти Еэ возрастает и дипольный МО- мент молекулы, а ее развал проис-	Параметры Н2О	Внешнее электрическое поле, В/см				
		0	10’	108	0,5x10’	10’
	яон,, А	0,933	0,938	0,944	0,975	142,17
	^ОН 2 ’ А	0,933 .	0,938	0,944	0,975	1,012
	СО8ф0	-0,242	-0,238	-0,188	0,004	0,579
	Но. о	1,855	1,902	2,354	4,718	687,5
	Табл. 2.7. Изменение характеристик молекулы воды в зависимости от напряженности внешнего элек- трического поля (расчет) [1.34].					
АМДИ1 При						

женности элек-

трического поля Еэ~109 В/м. На основании этих модельных расчетов
можно определенно сказать, что при усилении внешних воздействий
на молекулу Н2О ее полярный угол уменьшается, а не увеличивает-
ся, как сообщается в во многих литературных источниках, например,
[2.7]. Это говорит о сильной поляризации молекулы и увеличении
концентрации электронного облака между протонами на линии свя-
зи Н-Н. Данные результаты еще раз подтверждают правильность
расчетов геометрических характеристик молекулы Н2О, приведен-
ных в табл. 2.2.
Оценим конкретные значения энергии межмолекулярных взаи-
модействий (энергии сжатия молекул Н,О) при воздействии элек-
трического поля для различных агрегатных состояний воды.

2.3.7.1.	Электрическое поле пленки на открытой
поверхности воды

Поскольку экспериментально измерить напряженность электри-
ческого поля или разность потенциалов на поверхностной пленке
воды невозможно [2.39], то проводились, в основном, расчетные ис-
следования. Результаты расчетов потенциала электрического напря-
жения в пленке на открытой плоской поверхности с использованием
трех моделей 8Т2, В1Ч8, Т1Р4Р, проведенных в работе [2.21], показа-
ны на рис. 2.8. Из него видно, что все модели дают совершенно раз-
ные зависимости изменения потенциала электрического напряжения

по толщине пленки, причем меняется и знак с положительного на
отрицательный. Тем не менее, из этих данных можно извлечь цен-

Рис. 2.8. Распределение потенциала напряже-
ния в пленке на открытой плоской поверхности
воды:1-8Т2; 2-В.\’8; 3-Т1Р4Р[2.21].

ную информацию: все три
модели дают примерно оди-
наковую величину толщи-
ны слоя пленки, на котором
происходит основное паде-
ние потенциала 7-^8 А, что
количественно совпадает с
оценками других авторов
[1.12]. Средние значения
потенциала для различных
моделей составляют: 8Т2 -
и=0,11 В, В^-и=0,024 В,
Т1Р4Р - ц=0,66 В. По дру-
гим данным [2.39] наиболее
приемлемым значением по-
тенциала на поверхностной

пленке воды: жидкость - газ является величина +0,1 В. Таким обра-
зом, средняя напряженность поля в поверхностной пленке будет со-
ставлять Еэ=(1,43+1,25)х106 В/см, т.е. дополнительная энергия меж-
молекулярных взаимодействий составит примерно 0,3 кДж/моль.

Согласно экспериментальным данным работы [2.43] измерен-
ный ток при испарении дистиллированной воды в атмосферу состав-
лял 5x10 " А. Тогда для удельной электропроводности чистой воды,
перегнанной в вакууме, равной 4,85хЮ’8 Ом '*см 1 [1.16] и толщины
поверхностной пленки Ь=7 А напряженность электрического поля
будет оцениваться величиной Еэ=1,5хЮ4 В/см, а для воды, пере-
гнанной в присутствии воздуха, - около Еэ=1,5><102 В/см. Видно, что
величина напряженности поля сильно зависит от чистоты воды, рас-
творенных в ней газов и присутствия примесей. В случае испарения
водных растворов в вакууме потенциал в верхней пленке увеличи-
вается до 2-10 В [2.43] и напряженность поля достигает значений
Еэ=2х 107-108 В/см. В этих условиях такое поле с энергией ~20 кДж/
моль, которая превышает энергию поверхностного натяжения (~10
кДж/моль, см. выше по тексту), разрушает пленку, и происходит ин-
тенсивное испарение воды.

2.З.7.2.	Электрическое поле пленки на
поверхности пузырька

Пузырек газа, находящийся в воде, формируется за счет пленки
жидкости, обладающей дополнительной энергией и особыми свой-
ствами - высокой упорядоченностью строения из молекул, большей
плотностью, способностью притягивать заряженные частицы и ионы.
За счет более упорядоченного размещения молекул (диполей) воды
на поверхности пузырька они ориентируются таким образом, что, по
крайней мере, в среднем 1/30 их доля располагается отрицательным
полюсом в сторону газовой фазы. За счет электростатических сил
первого слоя этих молекул формируется второй слой упорядоченно-
го положения молекул с противоположным размещением диполей.
Поэтому в двойном электрическом слое из ориентированных дипо-
лей создается разность потенциалов около 0,26 В [2.44]. Если пред-
положить, что толщина этого слоя составляет ~7 А, то напряжен-
ность электрического поля будет Еу=3,7* 106 В/см, а дополнительная
энергия межмолекулярных взаимодействий ~0,85 кДж/моль.

Приближенное решение уравнения Пуассона-Больцмана для
распределения потенциала двойного слоя на сферической поверхно-
сти жидкости с газовой фазой имеет вид: и(Х)=[4кТ1Ь(2ееи0/(4кТ))/
(2ее)]ехр(-^х), где эффективная толщина ионной атмосферы опреде-
ляется выражением ^=(Е5Е0кТ/(22.2е2М0))|/2. Здесь 2е - число зарядов
иона, Ыо - концентрация ионов. Ясно, что напряженность поля по се-
чению ионного слоя будет иметь существенно неравномерный вид, и
его максимальное значение может превосходить среднюю величину
в разы. Кроме того, в электролитах с большой концентрацией ионов
может образовываться вокруг пузырька достаточно толстая ионная
атмосфера. Поэтому дополнительная энергия межмолекулярных
взаимодействий в таких образованиях может достигать больших ве-
личин ~43 кДж/моль, что было показано в работе [2.33].
2.З.7.З.	Электрическое поле в мембранах, содержащих воду

Все мембраны искусственно созданные или природного про-
исхождения, например, у биологических клеток имеют пористую
структуру с размером пор и каналов от десятка ангстрем до несколь-
ких микрон. За счет сил поверхностного натяжения и микрокапил-
лярных сил взаимодействия молекул воды с твердой поверхностью
создаются структуры с большой степенью упорядоченности молекул
(диполей) воды. Образуются многослойные покрытия по стенкам
пор и каналов из преимущественно однонаправленных и противо-
положно направленных диполей, приводящие к усилению межди-
польного электростатического поля до значительных величин. Так,
разность потенциалов на мембранах нервных клеток человека со-
ставляет 0,06 В, мышечных клеток 0,09 В, и при толщине мембран
от 50 до 60 А напряженность электрического поля достигает 105 В/
см [2.41]. В другой работе [2.37] скоротечное электрическое поле из-
мерялось поперек фотосинтетической мембраны, величина которого
оказалась ~106 В/см. Данные по разности потенциалов на мембране
величиной 0,1 В и напряженности электрического поля в 105 В/см
приведены в монографии [1.12].

Необходимо отметить, что все эти оценочные значения напря-
женности электрического поля в мембранах определяют его сред-
ние значения. Теоретический анализ обмена ионами, например, Н+
и К+ через биологические мембраны из внутренней области клетки
наружу и обратно показывает, что это является колебательным про-
цессом с очень низкими собственными частотами и небольшими ам-
плитудами [2.38]. При воздействии на такую систему очень слабого
электрического поля с частотами, совпадающими с резонансными
для данной мембраны, переток ионов через мембрану, а, следова-
тельно, их концентрация по обе ее стороны возрастает, что приводит
к значительному увеличению напряженности электрического поля.
Расчеты нестационарного перетока ионов Н’ и К+ при воздействии
внешнего переменного электрического поля типа ЕЭ=ЕЭ°( 1 +Аз1п((о1))
с амплитудой А=0,0003 и резонансной частотой со=0,004 Гц пока-
зывают, что увеличение концентрации ионов по обеим сторонам
мембраны составляет в 25+30 раз по сравнению с равновесными
условиями [2.38]. Следовательно, максимальная напряженность
электрического поля в такой системе может достигать Еэ= 107+10* В/
см и, соответственно, увеличивается его среднее значение.

Таким образом, дополнительная энергия межмолекулярных вза-
имодействий в воде и водных растворах за счет воздействия посто-
янного и переменного электрического поля ДОЭ' может колебаться
от величин 0,02 до 40 кДж/моль, а полная ДО.,, соответственно, от
40 до 80 кДж/моль, и ее необходимо тщательно оценивать в каждом
конкретном случае.

2.3.8.	Вода в порах, мембранах, на поверхности
твердых тел

Вода в малых объемах, ограниченных поверхностями твердых
тел, обладает особыми свойствами. К ним относятся: существенное
уменьшение диэлектрической проницаемости до величин е5=4,5; в
ней не растворяются соли и не гидратируются ионы; на 35-МО% уве-
личивается вязкость; увеличивается коэффициент самодиффузии до
величин 2,3 х 10'9 м2/сек по сравнению с объемной фазой (0,9* 10'9 м2/
сек); температура замерзания снижается вплоть до -70°С; увеличи-
вается плотность.

Под влиянием твердой поверхности изменяются свойства воды
по сравнению с водой в объеме, причем толщина слоя, где прояв-
ляются эти изменения, достигают сотен ангстрем [1.12]. Тонкие
прослойки воды у стенок твердого тела обогащаются частицами
примесей, причем упорядоченность структуры приводит к тому,
что диполи молекул ориентированы преимущественно параллель-
но ограничивающей поверхности. Расчеты показывают, что водные
поры атомных размеров обладают значительной селективностью по
отношению к ионам и молекулам воды. Селективность водных пор
зависит от их структуры и диаметра. Установлено, что проницае-
мость пористых мембран определяется не только геометрическими
характеристиками, потенциальными барьерами прохождения частиц
через поры и свойствами самих частиц, но и, в значительной мере,
взаимодействием частиц с молекулами воды, которые находятся на
стенках микроканалов и связанных в достаточно крепких комплек-
сах с атомами или молекулами вещества, из которого изготовлена
мембрана. Обнаружено, что маленькие поры материала, заполнен-
ные водой, могут быть катализаторами процесса диссоциации воды.
Через мембрану с малыми каналами и порами происходит обмен
между двумя объемами растворов только молекул воды, причем,
чтобы мембраны обладали такими свойствами, материал ее должен
иметь гидрофильные свойства (притягивающий воду).

Такие изменения свойств воды связаны, в основном, со струк-
турными изменениями. В малых порах и каналах резко увеличива-
ется площадь контакта молекул воды с твердыми поверхностями и
инородными примесями, которые обычно присутствуют на них в
значительных количествах. Молекулы воды, вступая в валентные
связи с атомами и молекулами твердых веществ, образуют достаточ-
но прочные соединения. К таким веществам можно отнести: 81, 8Ю,
Р1, Рб, Си, Р, Т1, №, 8, А1, АЮ и т.д. Как было показано ранее на при-
мере воды, находящейся в порах и микрокапиллярных стеклянных
каналах, соединения ее с элементом 81 приводят к увеличению до-
полнительной энергии межмолекулярных связей до величин около
Д65| ~23О кДж/моль в окрестности этого соединения. Эти комплексы
вызывают сильную поляризацию окружающих молекул воды, увели-
чение их дипольного момента и, как следствие - перестройку жид-
кокристаллической структуры, существенное увеличение электри-
ческого поля, возрастание внутренней энергии и, в конечном счете,
запасенной колебательной энергии, которая и определяет все выше
перечисленные новые свойства воды.

Подтвердим эти выводы на примере пористого материала, сде-
ланного из палладия (Рб). В работах [2.45,2.46] проводился электро-
лиз в стеклянной ячейке с пространственно разделенными катодом
и анодом. Катод изготавливался из палладия, предварительно специ-
ально обработанного для создания большого количества мелких пор,
анод был из платины. Электролит изготавливался из одномольного
раствора щелочи КОН, напряжение на электродах составляло 1+2 В,
плотность тока 10 мА/см2. Время электролиза составляло 30+40 мин,
в его процессе происходила пропитка катода водородом. Затем катод
просушивали, после этого из палладия выделялся водород, проис-
ходило его самовоспламенение, и электрод разогревался до 900°С.
Измерение выделившейся во время электролиза удельной тепло-
вой энергии в электролите показало величину 590,5 кДж/моль, в то
время как расход электрической энергии составил 342,8 кДж/моль.
Таким образом, в процессе электролиза выделялось 247,7 кДж/моль
«лишней» энергии. Попытки авторов работ [2.45, 2.46] для объяс-
нения этого феномена привлечь характеристики спинов атома водо-
рода, нарушение второго закона термодинамики, анализ химических
процессов разложения молекул воды с помощью брутто - реакций,
наличие реакций с участием изотопов кислорода не выдерживает
объективной критики. Сами авторы признают, что вода «обладает
скрытой избыточной энергией, которая реализуется только в про-
цессе электрохимического разложения и не имеет «коммерческой»
ценности». Главный вывод из анализа этих работ состоит в том, что
именно использование в качестве катода пористого палладия при
электролизе приводит к выделению «лишнего» тепла, наличие кото-
рого может быть связано только с энергией межмолекулярных свя-
зей в присутствии этого материала.

Наличие большого количества пор в катоде приводит к образо-
ванию больших площадей контакта молекул Н2О с атомами Рб. Не-
обходимо отметить, что энергия сродства атома Рб к электрону (ЕА),
то есть энергия образования иона Рб за счет перетекания части элек-
тронной плотности от молекул Н2О невысока ЕА(Рб)=0,56 еу [1.6].
Поэтому можно предположить, что атом Рб может образовывать с
молекулами воды достаточно прочные комплексы, аналогично атому
81, как было показано выше. Рассчитаем изменение свободной энер-
гии реакции при передаче электрона от донора п(Н2О) к акцептору Рб
по формуле (2.12) и для значений: 1Р((Н2О)п)= 12,61 еу; ЕА(Рб)= 0,56
еу; радиуса атома Рб равного 1,37 А и, аналогично вышеизложенно-
му, получим ДОР()'= 1162,83-666,9=495,9 кДж/моль. Таким образом,
энергия межмолекулярных связей (энергия деформации молекулы
Н2О и энергия колебательного возбуждения) для такого комплекса
практически равна или превышает энергию диссоциации молекулы
Н2О на радикалы ОН и Н (493,6 кДж/моль). При такой большой вну-
тренней энергии деформации молекулы воды, которая уже превыша-
ет энергию ее внутренних связей, она не может существовать и дис-
социирует на радикалы ОН и Н. В данном случае атом Рб является
катализатором диссоциации молекулы воды за счет предельного ее
колебательного возбуждения. В результате такого электролиза в по-
следующем атомы Н рекомбинируют с образованием молекулярного
водорода, который накапливается в порах палладия.

2.3.9.	Некоторые модификации льда

Для льда I энергия внутренней деформации молекулы Н2О, и,
следовательно, энергия межмолекулярных взаимодействий, рассчи-
танная для геометрических характеристик воды из табл. 2.2 по фор-
муле (2.7), составляет 52 кДж/моль, что удовлетворительно совпада-
ет с известными экспериментальными данными (49,4+52 кДж/моль).
Агрегатное состояние льда I образуется при нормальном давлении,
а при повышении внешнего давления возможно существование че-
тырнадцати модификаций льда [2.47]. Эти модификации отличают-
ся друг от друга структурами кристаллических решеток, причем из
многочисленных экспериментальных данных, например, [2.1] сле-
дует, что при очень сильном сжатии льда его структура в пределе
стремиться к кубической, а затем переходит в аморфную. В научной
литературе установилось мнение, что структура льда I близка к иде-
альной тетраэдрической, для которой угол при вершине равен 109,3°.
Но этот угол значительно больше азимутального угла для молекулы
в невозмущенном состоянии (для пара - 104,5°) и при дальнейшем
увеличении его энергия деформации молекулы, а, следовательно,
энергия межмолекулярных взаимодействий должна уменьшать-
ся. Этого не может быть, поскольку энтальпия испарения для льда
выше, чем для жидкой воды. На самом деле, азимутальный угол для
молекулы Н2О, находящейся в агрегатном состоянии льда I, меньше,
ли?. 2.9. Фазовая диаграмма воды (линии)
и опытные данные авторов [2.48].

чем у молекулы воды в жидком состоянии при 0°С (фЛЕД , =99,3° и
Фжид=99,77°, см. табл. 2.2). Таким образом, в диапазоне изменения
азимутального угла молекулы воды от 99,77°, характерного для жид-
кой фазы при 0°С, до 90° происходит перестройка кристаллических
структур в зависимости от энергии межмолекулярных связей.

При высоких давлениях воды существуют различные другие
модификации льда и при положительной температуре, поэтому рас-
считаем для примера энергию связей льда VI и льда VII. Детальное
исследование переходов между агрегатными состояниями лед VI ^5
лед VII; лед VI жидкость; лед VII жидкость исследовались в
работе [2.48]. На рис. 2.9, взятого из этой работы, приведены экс-
периментально измеренные фазовые границы сосуществования трех
агрегатных состояний воды при
положительной температуре и
больших внешних давлениях:
жидкость, лед VI, лед VII. В
этих экспериментах при посте-
пенном повышении давления
наблюдалось: а) при кристал-
лизации воды отмечалось па-
дение давления и уменьшение
объема, что связано с пере-
ходом менее плотной воды в
более плотный лед; б) граница
перехода лед VI лед VII была
менее выражена, и наблюда-
лось совместное сосущество-
вание обоих форм льда; в) при

переходе от льда VI ко льду VII давление падает, что также связано
с увеличением его плотности. Область стабильного существования
льда VI находится в диапазоне температур от 25,2 до 51°С и давлений
(0,85-^2,2)*109 Па, а льда VII - при температуре 25,2-4 02°С и дав-
лении (2,2-^-2,9)х 109 Па. Это соответствует максимальным значени-
ям дополнительной энергии межмолекулярных взаимодействий для
льда VI ДОу1'~30 кДж/моль и для льда VII - ДСу|| ~50,4 кДж/моль.
Для определения полной энергии межмолекулярных связей при по-
ложительной температуре необходимо прибавить энергию (теплоту
испарения) жидкой фазы воды. Тогда полная энергия связей взаимо-
действия молекул, а, следовательно, их деформации будет ДОу ~70
кДж/моль и Д6у| ~90 кДж/моль, которые и приведены в табл. 2.2. Эти
значения энергий сильно отличаются от величины, рассчитанной для
геометрических характеристик азимутального угла фо=9О° и равной
ДО=212 кДж/моль. Поэтому можно сделать вывод, что при положи-
тельных температурах для этих агрегатных состояний кубическая
структура не достигается (азимутальные углы молекулы соответ-
ственно равны флу|=97,6°; <рл У1|=96,15°), что связано, по-видимому,
с высокой кинетической энергией молекул Н2О. При низких темпе-
ратурах порядка 100°К энергия связей между молекулами воды зна-
чительно увеличивается (см. работу [2.1] и выше изложенный мате-
риал) и возможно существование промежуточных кристаллических
форм льда (гексагональной и кубической структуры), но это уже бу-
дут ни лед VI и ни лед VII, а другие агрегатные состояния.

В обобщении изложенного материала с привлечением большого
объема экспериментальных данных [2.1, 2.7, 2.15, 2.3] в диапазоне
температур от +100°С до -60°С и атмосферном давлении можно со-
ставить следующую таблицу (2.8) критических температур (границ)
перехода различных структур жидкой воды, находящейся в разных
условиях. По этой таблице видно, что действительно существует
14 типов структур воды в границах температурных интервалов, при
переходе через которые всегда наблюдается разрыв вторых произво-
дных зависимостей от температуры различных физических свойств

Фаза	Объемная фаза									В мелких каплях и порах					
Т,°С	100	80	70	60	51	41	31	21	12	-8	-18	-28	-38	-47	-57
Табл. 2.8. Температуры фазовых переходов жидкой воды в разных состояниях.															

воды. При этом в диапазоне температур от 0 до +100°С изменение
азимутального угла молекулы Н2О на -0,08° приводит к перестройке
структуры воды, а при отрицательных температурах от 0 до -60°С
перестройка структур осуществляется через ~1,09°, что говорит о
некоторой закономерности. Этот факт качественно можно объяснить
следующим образом. При положительных температурах вязкость
жидкости низкая, а амплитуда либрационных колебаний молекул
велика, поэтому малейшее изменение азимутального угла приводит
к перестройке водородных связей в наиболее оптимальную, устой-
чивую структуру (изгиб водородных связей минимален). В случае
отрицательных температур вязкость жидкости увеличивается, а ам-
плитуда либрационных колебаний уменьшается, поэтому изгиб водо-
родных связей допускает больший угол отклонения от прямой линии,
соединяющей атомы О-Н-О, и кристаллическая структура жидкости
оказывается более устойчивой. С вышеизложенным материалом по
различным фазовым состояниям воды хорошо согласуется график
зависимости плотности воды и льда в различных агрегатных состоя-
ниях, приведенный на рис 2.10, который взят из работы [1.19].

На рис. 2.10 показаны переохлажденные формы воды, получае-
мой в мелких порах и капиллярах при конденсации пара в условиях
Рис. 2.10. Плотность воды в порах и ка-
пиллярах при Р=1ат: 1 - вода в жидкой
фазе; 2 - область метастабильного со-
стояния; 3 - вода в стеклообразном со-
стоянии; 4 - лед VI: 5 - лед I [1.19].

температур ниже -160°С. Жид-
кость, доведенная до стеклообраз-
ного состояния, при нагревании
переходит в кристаллическую
фазу, относительно которой она
переохлаждается. При повыше-
нии давления вся большая часть
метастабильной области суще-
ствования жидкой воды становит-
ся стабильной. Когда давление до-

стигает ~1500 ат, то зависимость
плотности воды от температуры
имеет точки максимума и мини-
мума, которые с повышением дав-
ления сливаются, и при дальней-

шем увеличении давления зависимость становится монотонной, как
в случае простых жидкостей. При давлении порядка 3000 ат вода
замерзает и переходит в лед (заштрихованная область), плотность
которого выше плотности жидкой фазы. На основании этого графика
можно предположить, что для больших давлений и низких темпера-
тур структура этого льда должна быть кубической.

2.4.	Деформация молекул и изменение системы
колебательных уровней в различных агрегатных
состояниях воды

В предыдущих разделах была рассчитана энергия межмолеку-
лярных взаимодействий молекул воды для различных ее агрегатных
состояний, которая меняется в диапазоне от нуля (для пара) до ~500
кДж/моль. Согласно выводам первой главы эта энергия не должна ни-
куда рассеиваться, а переходить в энергию деформации молекул Н2О,
в результате которой изменяются расстояние Кон и полярный угол <р0.
Эти параметры можно рассчитать по формуле (2.7) или графикам рис.
2.З., результаты таких расчетов представлены на рис. 2.11. Из рисунка
2.11 видно, что деформация молекулы воды в зависимости от энергии
межмолекулярных взаимодействий, или, что тоже самое, от энергии
сжатия зависит сильно, и этим эффектом пренебрегать нельзя.

С другой стороны, от геометрических характеристик молеку-
лы зависит ее силовая постоянная и моменты инерции относитель-
но трех осей симметрии (см. табл. 2.2). Так как азимутальный угол
Фо для всех рассмотренных вариантов молекулы Н2О близок к 90°,
то колебания симметричной и асимметричной мод можно принять
независимыми (см. рис. 2.1а).
Действительно, при измене-
нии расстояния между ато-
мами кислорода и водорода
во время колебаний одной
ветви О-Н, для другой ветви
это расстояние не меняется.
Более подробно этот вопрос
будет рассмотрен в следую-
щей главе, где это будет по-
казано и доказано на основе
экспериментальных данных.
При независимости колебаний

симметричной И асимметрии- Рис- 2-п- Зависимость расстояния Кон и угла
НОЙ МОД МОЖНО рассматривать К -^кулы Н2О от энергии деформации.
колебания фрагмента О-Н как колебания ангармонического осцил-
лятора. В этом случае частота продольных колебаний атомов О и Н
связана с силовой постоянной выражением [1.2]:

уп=( 1 /2я)(Кс/т)1 /2п,

(2.17)

где п =0,1,2,...; Кс - силовая постоянная молекулы; т - приведенная
масса атомов осцилляторов. Силовая постоянная Кс в данном случае
зависит обратно пропорционально от расстояния О-Н и с уменьше-
нием его она увеличивается. В этом случае при переходе от одного
агрегатного состояния воды к другому в порядке возрастания энер-
гии деформации согласно (2.17) частоты колебаний должны увели-
чиваться. Для деформационных колебаний (см. рис. 2.1а) частота
колебаний определяется моментом инерции молекулы относительно
оси 2, проходящей через атом кислорода [1.2]:

у-п/Г; 1 =т К 2.

П 2	2 п Пп

(2-18)

Рассчитаем величины колебательных квантов всех трех мод в
различных агрегатных состояниях по формулам у^ДК^/!^*)172 и
у1=уо(^1/^ж)> где У1 _ принимает значения частот колебаний первого
уровня всех трех мод для жидкой воды; у0 - частот колебаний перво-
го уровня всех трех мод для свободной молекулы (пара); КСП~К.ОН п
- силовая постоянная молекулы Н2О для пара; КСЖ~КОН ж - силовая
постоянная молекулы Н2О для жидкости; 1п - момент инерции моле-
кулы для пара; 1Ж - момент инерции молекулы для жидкости. Резуль-
таты этого расчета представлены на рис. 2.12.

Из рисунка 2.12 видно, что увеличение энергии первого колеба-
тельно уровня с ростом степени деформации молекулы значитель-
ное, что приводит к перестройке

Е(00|). Е<100),см-'

Е(010Х см'1

О 100	200	300	400 ЛО, кДж/моль

Рис. 2.12. Зависимость первого колеба-
тельного кванта трех мод молекулы Н,О
от энергии ее деформации.

и остальных колебательных уров-
ней всех трех мод. Этим и объяс-
няется несовпадение спектраль-
ных характеристик для молекулы
воды в парообразном состоянии
и жидкой фазы, причем это несо-
впадение тем больше, чем больше
энергия межмолекулярных связей,
или, что то же самое, энергия де-
формации. При этом с увеличени-
ем энергии деформации молекул
Н,0 спектральные характеристи-
ки такой воды сдвигаются в ко-

ротковолновую область по сравнению с паром и объемной жидкой
водой.

Таким образом, на основании вышеизложенного материала,
включая большое количество экспериментальных данных, можно
считать доказанным, что энергия деформаций электронных оболо-
чек молекулы Н2О, находящейся в различных агрегатных состояниях
жидкости, приводит к изменению ее геометрических характеристик
и энергетического спектра колебательных уровней всех трех мод.

ЛИТЕРАТУРА

1.	Раи1 Нанда У. //1. РЬу8. СЬет., V. 96, №21, р. 8594, 1992.

2.	Синюков В.В. Структура одноатомных жидкостей, воды и водных раство-
ров электролитов. - М. «Наука», 1976.

3.	йгеуег С.. КаИп^ Е., ЕгрепЬеск 3., Еап%е Ег. С1Ьег 81гик1иапотаНеп де»
\Уа88ег8 // Ыа1иг-5У188еп8сЬа0еп, V. 56, №11, 1969.

4.	Сколунов А.В. Размеры молекул воды в жидком, твердом и гидратном со-
стояниях. ЖФХ, т. 73, №9, 1999.

5.	Глазунов А.И. Термодинамические функции димера воды. ЖФХ, т. 72,
№12, 1998.

6.	Колясников Ю.А. К тайне земной воды. Химия и жизнь, №12, 1991.

7.	Под ред. Рахманина Ю.А., Кондратова В.К Вода - космическое явление.
- Москва, 2002.

8.	Крестов ГА. К вопросу о термодинамической характеристики молекул
воды в воде. Журнал структурной химии, т.5, стр. 909-911, 1964.

9.	МиШкеп К.В./1 РЬу8. Кеу., V. 43, р. 279-302, 1933.

10.	Мальковский А.С. ЖФХ, т. 59, №6, 1985.

11.	Герман Э.Д., Кузнецов А.М. Кинетика жидкофазных реакций переноса
заряда. Кинетика и катализ, т. 20, 1982.
12.	Демиденко Н.М. Аномалия диэлектрической проницаемости воды в диа-
пазоне частот 2 х 103+105 Гц. ЖФХ, т. 73, №6, 1999.

13.	Гайдук И.И., Гайдук В.В. Простая молекулярная модель ориентационной
релаксации чистой воды. ЖФХ, т.71, №10, 1997.

14.	Годунов В.А., Коротков В.А., Сухонин Е.В. Эффекты рассеяния при из-
лучении миллиметровых волн атмосферой и снежным покровом. Итоги науки и
техники. Серия Радиотехника, т. 41, 1990.

15.	Мейсон В.Дж. Физика облаков. Пер. с англ. «Гидрометеоиздат». - Ле-
нинград, 1961.

16.	Липсон А.Г, Кузнецов В.А. Формирование ассоциатов воды в силовых
полях в присутствии неорганических примесей. ЖФХ, т. 70, №9, 1996.

17.	РпЬЫеП.К., г^ет Т.8.Н 8сг, V. 265, р. 75, 1994.

18.	ТаМуа М.Н 3. РЬуз., V. 96, р. 844Н8444, 1992.

19.	СигНзз Ь.А.Н СЬет. Кеу., V. 88, р. 827, 1988.

20.	Пак В.Н., Вентов Н.Т. О влиянии предварительного прокаливания квар-
цевого стекла на его поверхностную проводимость во влажной атмосфере. Физи-
ка и химия стекла, т. 6, №3, 1980.

21.	Бродская Е.Н., Захаров В.В. Исследование методом молекулярной дина-
мики спонтанной поверхностной поляризации воды. ЖФХ, т. 69, №6, 1995.

22.	Ко1азтзк1 КинАГ. Распределение по состояниям внутренней энергии
продуктов рекомбинационной десорбции водорода с поверхности 81 (100) // 1.
СЬет. РЬуз., V. 96, №5, 1992.

23.	8капе 8(асеу ЕН 3. СЬет. РЬуз., V. 97, №5, р. 3704, 1992.

24.	РаиМ.Н 3. РЬуз. СЬет., V. 90, №21, р. 5321, 1986.

25.	Метен С.П 8ипГ. 8с1„ V. 1, №2, р. 327, 1989.

26.	Поляк Э.А. К динамике заряженных частиц в воде. ЖФХ, т. 68, №5, 1994.

27.	Новиков А.Г. и др. Колебательно-вращательная динамика молекул воды
в гидратированном ионе лития. ЖФХ, т. 71, №11, 1997.

28.	Маг^П., МиНег К., НеПчН.НТ. РЬуз. СЬет. ВЯО. В.140,№1, р. 55, 1984.

29.	Под ред. Самойлова О.Я. Физическая химия растворов. «Наука», 1972.

30.	Маргулис М.А. Звукохимические реакции и сонолюминесценция. «Хи-
мия». -Москва, 1986.

31.	Диденко Ю.Т., Пугач С.П. и др. Журнал прикладной спектроскопии, т.
56, №4, 1992.

32.	Зубрилов С.П. Эффекты, сопровождающие сжатие кавитационных пу-
зырьков. ЖФХ, т. 72, №11, 1998.

33.	Бункин Н.Ф., Бункин Ф.В. Бабстоны - стабильные газовые микропузырь-
ки в сильно разбавленных растворах электролитов. ЖЭТФ, т. 101, вып. 2, 1992.

34.	Курочкин А.К, Смородинов Е.А., Маргулис М.А. и др. Исследование ме-
ханизма сонолюминесценции. ЖФХ, т. ЕХ, №3, 1986.

35.	Под ред. Григорьева В.А., Зорина В.М. Тепло - и массообмен, теплотех-
нический эксперимент. Справочник. «Энергоиздат». - Москва, 1982.

36.	Вуке М.Ф. Состояние воды в различных физико-химических условиях.
Молекулярная физика и биофизика водных систем, вып. 6, 1985.

37.	Етпск Н.М. Ап агбйсап! оГ е!ес1пск рЬепотепа т Ыо1о§1са1 тетЬгапез
апд 1п1егГасе 19а1ипу188епсЬайеп, у. 56, №10, 1969.
38.	Резниченко Г.Ю.. Плюсина Т.Ю. Нелинейные эффекты при воздействии сла-
бого электромагнитного поля на биологические мембраны. ЖФХ, т. 71, №12, 1997.

39.	Парфенюк В.И. Определение поверхностных потенциалов растворов
электролитов в смесях вода-демитил-сульфоксид на основе метода разности по-
тенциалов Вольта. ЖФХ, т. 72, №5, 1998.

40.	Гранов В.В. Влияние электрического поля на физико-химические про-
цессы. ЖФХ, т. 37, №10, 1999.

41.	Давыдов А.С. Солитоны в биоэнергетике. «Наукова Думка», Киев, 1986.

42.	Сырник Я.К., Езучевская В.М. Диэлектрическая поляризация кристалло-
гидратов. Журнал структурной химии, т. 5, №6, 1964.

43.	Балдачан М.Я. ДАН АН СССР, т. 316, №6, 1991.

44.	Маргулис М.А. ЖФХ, т. 59, 1985.

45.	Ляхов Б.Ф., Липсон А.Г. и др. Аномальное тепловыделение в системе Рд/
Рдо электролитически насыщенной водородом. ЖФХ, т. 67, №3, 1993.

46.	Ляхов Б.Ф. Энергетика процессов образования и электрохимического
разложения воды. ЖФХ, т. 72, №4, 1998.

47.	Е(1. Ьу. Ноте В. А. \Уа1ег апд адиеоиз 8о1ииоп5.// Мс\у Тогк-Ьопдоп, 1972.

48.	Ткачев С.Н. и др. Новые экспериментальные данные о фазовых границах.
ДАН, т. 342, №1, 1995.

49.	Манэ Н. Наука о льде. Пер. с япон. - М.: Мир, 1988.

50.	Баю И, Н1гаЮ ЕН 3. РЬуз. СЬет., А. (102), р. 2603, 1998.

51.	В'аИацгз! А.. АМгапс!Р.О.Н 3. СЬет. РЬуз., V. 102(16), р. 6559, 1995.

52.	Поляк Э.А. Защита металлов, т. 26, №3, 1990.

53.	ЕаЬогп С. Ог^апозШсоп Сотроипдз. ВиКепуойЬа 8ск РиЫ., 1960.

54.	Ми11егК.К.Пг. СЬет., р. 220, 1965.
ГЛАВА 3

СПЕКТРАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЖИДКОЙ
ВОДЫ И ВЛИЯНИЕ СТЕПЕНИ КОЛЕБАТЕЛЬНО-
ВРАЩАТЕЛЬНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ НА НИХ

В предыдущих главах был сделан вывод: молекула Н2О в жидкой
и твердой фазах находится в сжатом деформированном состоянии по
сравнению с паровой фазой, из чего следует, что она должна быть в
возбужденном виде. Прямое подтверждение этому может быть полу-
чено на основании экспериментальных спектроскопических харак-
теристик воды, из которых можно будет определить колебательно-
вращательное возбуждение молекулы Н2О в жидкой и твердой фазах.
В научной литературе имеется громадный экспериментальный мате-
риал по исследованию спектральных характеристик паровой фазы
воды, жидкой фазы и в меньшей степени для льда I. Исследования
проводились, начиная с ЗО-х годов прошлого столетия, накоплено
большое количество опытных данных, но фактически они не систе-
матизированы, а, главное, нет корректных объяснений значитель-
ному числу противоречивых фактов, связанных с резким отличием
спектральных данных жидкой воды, пара и льда.

В связи с этим возникает задача рассчитать спектральные харак-
теристики, например, молекул жидкой воды и сравнить их с имею-
щимся экспериментальным материалом. Это позволит, с одной сто-
роны, подтвердить выводы о колебательном возбуждении молекул
Н2О, а с другой - определить систему возбужденных колебательных
уровней всех трех мод, понять степень колебательного возбуждения,
функцию распределения по энергиям и ответить на многие вопросы
о свойствах воды. Кроме того, тогда можно будет определить, как
влияет степень колебательного возбуждения молекул на физические
и химические свойства жидкой воды, льда, квантово-физические
и колебательно-неравновесные химические реакции, что даст воз-
можность объяснить и понять громадное количество эмпирических
данных, связанных со свойствами воды в различных областях чело-
веческой деятельности.

3.1. Методы исследования и основные данные
спектральных характеристик жидкой воды

При исследовании спектроскопических характеристик жидкой
воды и льда обычно используются следующие методы измерений.
Вынужденное рассеяние света (ВКР). В сильном световом поле
в оптически нелинейной среде, каковой является и жидкая вода (в
особых условиях), может происходить взаимодействие оптических
волн с молекулярными колебаниями вещества. Интенсивная све-
товая волна с частотой V, возбуждая в среде когерентные молеку-
лярные колебания с частотой 0, одновременно дает рассеянную
световую волну с частотой у'=у±0. Такое рассеяние зондирующей
световой волны веществом называется вынужденным комбинацион-
ным рассеянием (ВКР). В общем случае в ВКР может наблюдаться
полный набор частот у'=у±]0'±п0"±., где 0', 0" - резонансные мо-

лекулярные колебания данного вещества [1.6,3.1].

Спектроскопия когерентного антистоксового рассеяния света
(КАРС). В этом случае вещество облучается комбинациями, напри-
мер, световых волн двух частот V,, V,, и создается нелинейный от-
клик вещества, когда какая либо комбинация частот световой волны
накачки 0'=у|+у2 и 0"=у-у2 попадает в резонанс с колебательно-
вращательными переходами молекул среды. Когерентный характер
возбуждения и нелинейный отклик с использованием монохрома-
тических источников излучения позволяет на несколько порядков
повысить спектральное разрешение. Резонансный характер возбуж-
дения дает возможность исследовать только определенную группу
молекул с заданными уровнями колебательного возбуждения [3.1].

Когерентная элипсометрия комбинационного рассеяния (КЭКР).
Активное формирование контура спектральной линии возможно и
в чисто поляризационном КАРС. При этом используются различие
поляризационных характеристик когерентного фона зондирующего
излучения и информативных компонент спектра рассеяния. Сущ-
ность метода заключается в том, что, изменяя поляризационные
условия регистрации (изменяя поляризацию регистрируемой анти-
стоксовой волны), можно варьировать амплитуду и фазу когерент-
ного фона относительно информативных компонент спектра и тем
самым формировать контур спектральной линии резонанса данного
колебательного уровня молекулы Н2О. Форма спектральной линии
поляризационных вариантов КЭКР представляет собой результат
интерференции вкладов различных резонансов между собой и с
когерентным фоном (а не просто наложения спектральных линий,
как это имеет место в традиционных некогерентных видах спектро-
скопии). Поэтому подбором поляризационных условий наблюдения
можно менять характер интерференции резонансных (для данных
колебательных уровней молекулы) и нерезонансного (фонового)
вкладов в регистрируемый сигнал, добиваясь наиболее полной ин-
формации об исследуемых резонансных линиях [3.1].
Инфракрасная спектроскопия (ИС). Данная методика заключа-
ется в зондировании на просвет вещества (воды) излучением широ-
кого инфракрасного диапазона и измерения спектра и амплитуд све-
та, прошедшего через вещество. При измерениях применяют Фурье
- спектрометры, получают интерферограммы исследуемого излуче-
ния, подвергают их Фурье - преобразованию и вычисляют спектр
излучения, прошедшего через вещество.

Мы подробно в данном разделе остановились на различных спо-
собах исследования спектроскопических характеристик вещества,
поскольку именно их широкая комбинация позволяет определять
резонансные частоты поглощения жидкой воды и льда, когда исполь-
зование обычных способов не позволяет выявить их, а применение,
например, КЭКР дает возможность получить новые резонансные ча-
стоты. С использованием этих и других методик были измерены ре-
зонансные частоты поглощения жидкой воды и льда I, полученные из
многочисленной научной литературы и представленные в табл. 3.1.

Энергия кванта	Литература	Энергия кванта	Литература	Энергия кванта	Литература
12870	3.62	3333-3369	1.12,3.62	изо	1.12
10526	3.2	3220	1.7,3.7	800	3.10-3.15
10256+10309	3.2,3.62	3200	3.7	766	3.11,3.13
9434	3.3	2960	3.1	760	1.7
8762	1.7	2900	3.8	720+740	3.10-3.15
8621	3.2,3.4	2145-2187	3.5	685	3.16
8333	3.4	2140	1.12	597	3.11,3.13
7692-6950	3.62	2130	3.6	590	3.11,3.13
6212	3.62	2120	1.7,1.12	570	1.7
5050+5210	3.5,3.6	1000-2100	1.7	550	3.11,3.13
3980	1.7	1710	1.12	527	3.11,3.13
3651	1.6	1700	3.7	470	1.7
3750	3.1	1660	2.7	454	3.11,3.13
3650	3.1,3.7	1655	3.9	450	3.11,3.13
3651	1.6	1645	1.12	290	1.7
3620	1.7	1640	1.7	200	3.16,3.17
3560	3.8	1620	1.12	170+190	3.10-3.14
3520	1.7	1590	3.7	175	3.18,1.20
3450	1.7,2.7	1550	1.12	60	3.10-3.15
3400	3.8,3.5	1200	3.7	50	1.7,3.16
3380	1.2	1170	1.12		

Табл. 3.1. Экспериментальные данные по резонансным частотам поглоще-
ния (излучения) для жидкой воды и льда /, см
Согласно указанным литературным данным, приведенные в
табл. 3.1 частоты, относят к следующим типам колебаний:

1.	Комбинированные: 10526+3980см 296СН-2100см 1250+800
см1;

2.	Валентные колебания (колебания, меняющие длину связей
между атомами в молекуле, называются валентными [1.2]) симме-
тричной и антисимметричной мод: 3750+3200 см

3,	Деформационные колебания (колебания, меняющие поляр-
ный угол в молекуле): 1660+1620 см

4.	Межмолекулярные либрационные: 800+527 см1;

5,	Трансляционные межмолекулярные: 470+170 см

6.	Изменение угла решетки структуры воды: 60+50 см1;

7,	Колебания валентные, деформационные фрагментов молекул ио-
нов, присутствующих в воде (Н3О2, Н5О2+): 1900 см 1370+1030 см

8.	Частота, отвечающая за валентные колебания водородных
связей (молекул между собой): 175 см 1 [1.20,1.21].

Анализ данных этой таблицы сразу вызывает массу вопросов,
ответов на которые на настоящий момент в литературе нет. Как из-
вестно, для молекулы Н2О в газообразном, то есть, в свободном
состоянии, первый колебательный уровень асимметричной моды
составляет Ьуа=3756 см1, симметричной - Ьус=3651 см-1 и дефор-
мационной - Ьуд=1595 см-1 [1.2]. Возникает естественный вопрос:
почему в спектре жидкой воды появляются резонансные частоты
поглощения ИК излучения вплоть до ~ 13000 см4 и много других
комбинированных частот, которые невозможно объяснить корректно
с позиций современного представления физических свойств термо-
динамически равновесной воды.

В научной литературе приводятся следующие констатации фак-
тов. Для жидкой воды деформационная полоса 1645 см 1 мало ме-
няется по сравнению с паровой фазой (1595 см1) и слабо зависит
от температуры. При изменении температуры, растворении солей,
фазовых переходах все остальные частоты меняются. Так, с возрас-
танием температуры от -20 до 374°С идет непрерывное увеличение
интенсивности полосы 3615 см-1 с одновременным уменьшением
интенсивности полосы 3420 см1. При этом предполагают, что резо-
нансная частота поглощения 8762 см 1 относится к свободным ради-
калам ОН, находящимся в жидкой воде, и она значительно отличает-
ся от таковой для паровой фазы 8808 см-1 [1.7].

Полосы поглощения: 50,170,175,290 см-1 относят к колебаниям
атомов кислорода молекул воды, взаимодействующих между собой
через водородную связь. Этот факт определяется тем, что вследствие
межмолекулярных связей (в основном водородных) и происходит из-
менение частотного спектра жидкой воды. Экспериментально уста-
новлено, что при образовании водородной связи частота продольных
колебаний между атомами О и Н становится меньше. Это уменьше-
ние изменяется от 10 см 1 для очень слабых водородных связей до
2000 см-1 для сильных связей, причем оно тем сильнее, чем короче
расстояние водородной связи между молекулами А..В. В несим-

метричных водородных связях полоса межмолекулярных колебаний
становится шире и это уширение тем больше, чем сильнее смещение
частоты. Полуширина полосы поглощения ИК излучения в жидкой
воде составляет ЬДу=250 см1, а при кристаллизации в лед сужается
до ЬДу=65 см1, несмотря на увеличение водородных связей (то есть,
явное противоречие). Несомненно, нет общей связи между ЬДу и
энергией водородных связей Цр особенно в слабых связях. Так, при
одном и том же значении 1ЭН=10,5 кДж/моль величина ЬДу для раз-
ных растворов кислот меняется от 0 до 150 см1. Достаточно точная
зависимость ЬДу=720Е1н/( 18+Пн) удовлетворительно описывает всю
область сдвигов от 0 до 2000 см 1 компонент: Н2О, ОН, кислот и рас-
творов. При этом для жидкой воды при 25°С корреляция смещения
полосы резонансных частот составляет ЬДу=306 см ', а для льда при
0°С ЬДу=396 см-1 [3.8].

Интересно отметить, что еще в ранней монографии [1.21] авто-
ры (правда, в общих словах) определили правильную причину из-
менения спектральных характеристик жидкой воды под влиянием
водородных связей: спектральные эффекты указывают на изменения
в электронном строении и расположении атомов вблизи донорных
групп молекул, в результате чего частота валентного колебания по-
нижается, а деформационного повышается. Появляются несколько
новых колебательных степеней, которым отвечают низкие колеба-
тельные частоты.

Наблюдаемые смещения частот колебательных переходов име-
ют тот же порядок величины, что и энтальпия образования водород-
ной связи (4-гЗО кДж/моль на одну связь, что отвечает смещению в
3502500 см1). Сдвиг полосы поглощения излучения, вызванный
образованием водородной связи, определяется ЬДу=Пно-Пн-XV, где
11но - энтальпия водородной связи основного состояния системы,
ПН1 - энтальпия водородной связи возбужденного состояния систе-
мы, XV - энергия возбуждения, которая требуется согласно принципа
Франка - Кондона [1.21].

В научной литературе не удалось обнаружить принципиальных
физических объяснений большого количества резонансных линий
поглощения ИК излучения, их смещения в коротковолновую об-
ласть по сравнению с газовой фазой, нет также предсказаний теоре-
тических резонансных частот поглощения (излучения) для молекул
воды в жидкой и твердой фазах. С другой стороны, существует мно-
го противоречий в интерпретации полученных спектроскопических
данных для жидкой фазы воды. Рассмотрим это на примере рисун-
ков 3.1а и 3.16, на которых приведены осциллограммы резонансного
поглощения ИК излучения в диапазоне от 400 до 4000 см ', взятых
из работ [2.7,3.5]. Проанализируем спектрограмму на рис. 3.1а, на
которой показан сплошной спектр поглощения излучения ИК - диа-
пазона в водопроводной воде г. Екатеринбурга, очищенной смесью
сорбентов СГН-30, Е-400 и АНМ [2.7]. Видно, что при прохождении
ИК излучения в диапазоне частот 400+4000 см 1 около 37% излу-
чения равномерно по всему спектральному диапазону рассеивается
молекулами воды. Далее имеется три области поглощения на резо-
нансных частотах, которые относят: 2800+4000 см 1 - к валентным
колебаниям; 1500+1850 см~' - к деформационным; 800+1250 см 1 - к
составным частотам; 550+800 см 1 - к либрационным и 400+550 см-1

Рис. 3.1. Спектр поглощения излучения в чистой жидкой воде: а - питьевая вода [2.7];
б - дистиллированная вода под воздействием импульсного электромагнитного изуче-
ния различной интенсивности [3.5].

- к трансляционным. Анализ рисунка 3.16 показывает, что, несмотря
на обработку воды переменным электромагнитным полем, характер
резонансного поглощения в диапазоне ИК излучения (поглощения)
практически такой же, как и на рис. 3.1а, но появляется дополнитель-
ная резонансная полоса 2187+2145 см 1. В данной ситуации мы имеем
дело со сплошными спектрами поглощения, когда много тесно распо-
ложенных спектральных линий сливаются, и наблюдаем, фактически,
их огибающую. Исключение здесь составляет область деформацион-
ных колебаний, где имеется сильный центральный пик в диапазоне
частот ~ 1500+1850 см1. С помощью других способов спектроскопии
на фоне этих широких спектров удается выделить достаточно узкие
спектральные линии: на рис. 3.2 приведены панорамные спектры
КЭКР (см. выше) воды при Т=300°К, взятом из работы [3.1], где вы-
деляются узкие резонансные полосы частот 2970 и 3750 см '.

В работах [3.2, 3.4] найдены узкие резонансные полосы частот
поглощения в областях длин волн 1030; 8620 и 8330 см', а в ста-
тье [3.54] (рис. 3.3) приведе-
ны соответствующие часто-
ты: 12870; 10256; 7690-6950;
6212; 5050; 3333 см '.

Таким образом, уже на
основе этих фактов и боль-
шого объема других литера-
турных данных (см. табл. 3.1)
можно сделать вывод: на рис.
3.1а представлен не сплошной
спектр поглощения, а линей-
чатый с тесно расположен-
ными резонансными линиями.
Но тогда можно сформулиро-
вать следующие противоре-
чия, которые возникают при
анализе подобных спёктров

Рис. 3.2. Панорамные спектры когерентной
элипсометрии комбинационного рассеяния
/а||//<Р- воды при Т-30(СК для различных зна-
чений угла поляризации: I - х= + 15": 2 - х=0";
3-Х=-1(У [3.!].

жидкой воды на основе существующих в настоящее время в научной

литературе представлений по этому вопросу.

1.	Если предположить, что крайняя (в данном случае для рис.
3.1а будем называть условно) левая линия поглощения, связанная
с переходом молекулы Н2О (в газовой фазе) с нулевого уровня на
первый колебательный уровень асимметричной моды, соответствует
самому большому кванту 3756 см ', то возникает вопрос, откуда по-
являются линии поглощения от 3756 до 4000; 5150-^-5210; 8330; 8620;

Рис. 3.3. Спектральный коэффициент погло-
щения в жидкой воде [3.62].

8760; 10526 см '? На этот во-
прос при существующих пред-
положениях, что молекула Н2О
находится в равновесном со-
стоянии ответить невозможно.

В научной литературе этот
факт объясняют присутствием в
жидкой воде свободных радика-
лов ОН, спектр излучения (по-
глощения) которых совпадает с
этими спектральными линиями.
Тогда, чтобы объяснить линии

поглощения 5150-10526 см 1 необходимо предположить, что молекула
ОН находится в колебательно возбужденном состоянии, но такое со-
стояние ее не может быть вследствие практически полного совпаде-
ния колебательных уровней молекул ОН и асимметричной моды Н2О,
а, следовательно, сильной релаксации колебательной энергии. Кроме
того, относительная концентрация радикалов ОН в жидкой воде при
обычных условиях не превышает Ю^+Ю-7, а это значит, что интенсив-
ность ее спектральных линий должна быть очень слабой. Это связано с
тем, что она подчиняется закону Бугера €п(\У/\У0)=К0Ь, где: \У0 - пада-
ющее излучение на образец, - прошедшее излучение через среду, Ь
-длина пути прохождения излучения и Ко - коэффициент поглощения
(усиления) для данной спектральной линии, который напрямую зави-
сит от концентрации данного сорта молекул и населенности колеба-
тельных уровней. Далее, поскольку колебательный спектр молекулы
ОН практически совпадает со спектром асимметричной моды молеку-
лы Н2О вплоть до десятого колебательного уровня (разница дефектов
энергий ДЕд составляет 0+20 см~'), практически отдельно выделить
спектр молекулы ОН от спектра молекулы воды невозможно.

2.	Неясно, откуда появляются линии поглощения колебательных
квантов в диапазоне от 3651 (колебательный квант первого уровня
симметричной моды молекулы воды в газовой фазе) до 2800 см-1.
Если предположить, что в этом диапазоне существует линейчатый
спектр, то, следовательно, кванты поглощения света уменьшаются
от 3651 до 2800 см1. Но это сразу наводит на мысль, что происходят
переходы между вышележащими п-ым и п+1-ым колебательными
уровнями молекулы воды, поскольку для всех трех мод существует
ангармонизм, то есть величина колебательных квантов для вышеле-
жащих уровней уменьшаются. Тогда логически просто объяснить
весь этот спектральный диапазон поглощения, но в этом случае надо
принять за факт: молекулы Н2О в жидкой фазе находятся в колеба-
тельно возбужденном состоянии.

3.	Вызывает сомнение и существование комбинированных частот
диапазонов 2100+2187 см-1 и 800+1250 см 1 - неясно, что это такое. В
литературе не удалось обнаружить первоначальных ссылок и стро-
гого доказательства, просто пишут, что они являются суммой частот
деформационной моды и либрационых колебаний, а также либраци-
онных и трансляционных. Но колебания атомов водорода и кислорода
в молекуле и колебания молекул Н2О, как целое между собой, имеют
совершенно разную природу и, что самое главное, не имеют резонанс-
ной связи вследствие резкого отличия масс легкого атома водорода и
тяжелой молекулы воды. Рассмотрим этот вопрос подробнее.

Задача нахождения резонансной частоты межмолекулярных ко-
лебаний в жидкой воде достаточно корректно была решена в рабо-
тах [1.20, 1.13]. Резонансная частота колебаний двух молекул воды в
жидкости за счет водородных связей определяется:

у=(1/2л)(Кс/т)|/2,	(3.1)

где Кс - силовая постоянная межмолекулярных связей в жидкой воде,
определяемая энтальпией испарения воды; т - приведенная масса
колеблющихся молекул. Эта постоянная определяется: КС=54ДНИ/
^2, где - эффективный радиус межмолекулярного взаимодействия.
Подстановка выражения для Кс в формулу (3.1) дает следующую за-
висимость:

у=(3/2л50)(6ДНи/т)1'2.	(3.2)

Для значений эффективного радиуса 1,7-*-1,75 А и двух вариан-
тов приведенной массы получаются резонансные частоты: Ьур=320 см4
и Ьур=180 см4. Причем экспериментальные значения для резонансной
частоты межмолекулярных колебаний Ьур= 175 см4 [3.17,3.18] удовлет-
ворительно совпадают с расчетом, хотя формула (3.2) вызывает вопрос:
почему в ней используется энтальпия испарения воды, а не энергия во-
дородных связей? Расчет резонансных частот межмолекулярных коле-
баний, выполненный при подстановке в формулу (3.2) вместо теплоты
испарения воды ДНИ значения водородной связи равной 11н=21 кДж/
моль, дает величины -108 см-1 и -200 см4, для которых в спектрах
жидкой воды также есть линии поглощения [3.10-^3.14].

Поскольку в кластерах жидкой воды существует стабильная
льдоподобная тетраэдрическая кристаллическая структура за счет
водородных связей между молекулами, то такие колебания можно
представить как колебания узлов кристаллической решетки, что смо-
трится очень правдоподобно, а главное - такая модель обоснована
энергетически. При этом деформационная мода колебаний атомов в
молекуле Н2О практически связана только с изменением полярного
угла между связями О-Н, и частоты колебательных уровней опре-
деляются моментом инерции относительно оси, проходящей через
атом кислорода О (см. рис. 2.1а и формулу 2.18).

Колебательная система атомов в молекуле Н2О значительно
более жесткая (энергия химической связи ДНХ=494 кДж/моль) по
сравнению с межмолекулярными колебаниями (энергия водород-
ных связей 11н=21 кДж/моль) и ее самые низкие частоты 1695-4658
см-1 никак не совпадают с частотами межмолекулярных колебаний
(100^300 см4). Поэтому сложение частот между такими колебатель-
ными системами происходить не может и говорить о совместных ко-
лебаниях не приходится.

Можно было бы предположить, что при зондировании воды
мощным ИК излучением, кроме возбуждения резонансных внутри-
молекулярных колебаний, создается рассеянное излучение, возбуж-
дающее вынужденное комбинационное рассеяние (ВКР) (см. выше).
Тогда в общем случае должны наблюдаться целый набор частот, но в
научной литературе нет сведений, что жидкая вода обладает такими
свойствами и возбуждается только одна частота 3651 см4 [1.6], соот-
ветствующая валентным колебаниям.
4.	Совершенно непонятна природа либрационных (угловых) ко-
лебаний молекул воды как целое, которые обладают такими высоко
энергетическими квантами 60(Н800 см 1 узкорезонансных линий.
Если валентные колебания (ур V,, у3) молекулы Н2О определяются ее
силовыми постоянными и моментами инерции с энергией химиче-
ской связи 494 кДж/моль, межмолекулярные колебания с их энергией
связи (энтальпия испарения воды, либо водородные связи), то какие
силы их вызывают, а, главное, где черпается энергия в системе для
реализации таких высокоэнергетических колебаний? Обычно либра-
ционные колебания объясняют переменными электростатическими
силами за счет поляризационно наведенных и постоянно меняю-
щихся зарядов на соседних диполях. Но такой процесс совершенно
хаотический и регулярной система молекул из постоянно меняющих
свое угловое положение диполей стать не может. Напомним, что речь
идет не о хаотическом «дрожании» диполей, а о регулярных высоко
энергетических колебаниях с узкорезонансными линиями.

Оценим электростатическую энергию системы молекул в жид-
кой воде. Среднюю энергию ориентационного взаимодействия меж-
ду одинаковыми молекулами, обладающими дипольными момен-
тами, в жидкой воде, где тепловые движения и межмолекулярные
колебания молекул постоянно меняют положение диполя можно
оценить аналогично выражению (1.22) по формуле [1.2]:

Ц1Р=ц4/(24я^,КЧ<Т).	(3.3)

При подстановке соответствующих значений параметров в фор-
муле (3.3) энергия составляет 1_1О1~10 кДж/моль.

Необходимо отметить, что межзарядовые электрические поля
на середине расстояний между диполями в воде (~1,5 А) достигают
величин Еэ =108 В/см, и при расчете влияния электрического поля
на данный диполь необходимо учитывать воздействие окружающих
диполей вплоть до десятой координационной сферы. В этом случае
учет влияния соседних диполей на энергию взаимодействия нужно
производить путем интегрирования по достаточно большому ансам-
блю молекул, и в этом случае выделить какие-либо преобладающие
направления приложенных электростатических сил невозможно. Эта
энергия как бы «размазана» по пространству между молекулами, и из
нее невозможно выделить хотя бы часть энергии, ответственной за
направленные угловые колебания молекул. То же самое относится и
к индукционной энергии системы молекул (1.23), величина которой
составляет ~3 кДж/моль. Еще раз подчеркнем, если для валентных
и межмолекулярных колебаний процесс движения атомов и молекул
осуществляется строго вдоль направления связей, либо вокруг осей
молекулы, то для случая либрационных колебаний молекул процесс
абсолютно нерегулярный, случайный, и резонансных частот колеба-
ний не должно быть.

3.2.	Обоснование положений о колебательно-
вращательном возбуждении молекул воды в жидкой фазе

Чтобы ответить на выше поставленные вопросы проведем де-
тальный анализ колебательных уровней молекулы Н2О, находящейся
в жидкости. Типы колебаний молекулы воды показаны на рис. 2.1а и
соответствуют симметричной моде (ус), деформационной (уд) и асим-
метричной (уа). Стрелки на рисунке показывают направление прило-
женной силы, причем при симметричных колебаниях с частотой (ус)
меняется преимущественно только длина связей О-Н. Деформаци-
онные колебания (уд) приводят к изменению только полярного угла
<р0 между связями О-Н, не меняя их длины К.он. Для асимметричной
моды (уа) характерно также изменение только длины связей О-Н без
изменения полярного угла. Напомним, что валентными называются
колебания, меняющие в молекуле длину связей между атомами [1.2].
Нужно отметить, что, если для молекулы Н2О в газовой фазе поляр-
ный угол равен <р =104,5°, то для жидкости он уменьшается до вели-
чины ~100°, а для других фазовых состояний воды с ростом энергии
межмолекулярных связей снижается вплоть до 90° (см. табл. 2.2).
В этом случае можно сделать очень важный вывод: при изменении
длины одной О-Н связи К.он не меняется полярный угол <р0, и оказы-
вается очень слабое влияние на изменение длины второй О-Н свя-
зи. Это означает, что с высокой точностью можно считать колебания
мод молекулы Н2О независимыми, и они не оказывают влияния друг
на друга. Этот вывод очень важен для дальнейших исследований и
требует экспериментального подтверждения.

Сравним для этого молекулу Н2О с линейной молекулой СО2,
у которой атомы О-С-О расположены на одной линии, и при изме-
нении длины одной связи С-О тут же меняется длина второй связи.
С другой стороны, независимость разных типов колебаний атомов
в молекуле предполагает существование уменьшения вероятности
квантовых переходов между модами. Так, в справочнике по лазерам
[1.17] для молекулы Н,0 в газовой фазе приведены 63 квантовых
перехода колебательно-вращательных уровней, зарегистрированных
экспериментально к настоящему времени. Из данных этой таблицы
видно, что из общего количества переходов: 22 относятся к внутри-
модовым переходам; 20 переходов между симметричной модой и
деформационной; 4- между асимметричной и деформационной; со-
всем нет переходов между асимметричной модой и симметричной, а
17 переходов не идентифицированы, но они относятся к молекулам
в жидкой фазе, находящихся в водных аэрозолях.

В то же время для молекулы СО2 для зарегистрированных 20
колебательных квантовых переходов (не будем учитывать враща-
тельные переходы внутри колебательных мод) соответственно: 2
перехода относятся к внутримодовым; 3 - между асимметричной
и деформационной модами; 11 - между симметричной и деформа-
ционной и 4 - между симметричной и асимметричной [1.17]. Для
молекулы СО2 на основании многочисленных экспериментальных
данных установлены сильные межмодовые связи при квантовых
переходах, в то время как для молекулы Н2О (в газовой фазе) это-
го не наблюдается. Но для случая молекулы Н2О в жидкой фазе, по
сравнению с газовой, полярный угол уменьшается и приближается
к 90°, поэтому с высокой степенью достоверности принимаем для
расчетов независимость колебательных мод.

Вторая проблема спектральных характеристик жидкой фазы
воды - это значительно большее уширение спектральных линий,
чем для газовой фазы. Поскольку условия нахождения молекулы
Н2О в жидкости принципиально отличаются по сравнению с газовой
фазой, то, в связи с тесным их расположением (-3 А) и сильными
межмолекулярными связями, должно происходить существенное
уширение спектральных линий. Этот эффект дает заметный вклад
в образование сплошных спектров для жидкой воды. За уширение
спектральных линий молекул Н2О в жидкой и твердой фазах от-
ветственно много факторов (водородные связи, тесное размещение
молекул, колебания молекул и т.д.), но физическая сущность их на
основе литературных данных остается невыясненной, поэтому по-
пытаемся осветить данную проблему более подробно.

Необходимо различать уширение линий спонтанных переходов
и вынужденных, например, в оптическом резонаторе или под дей-
ствием зондирующей монохроматической волны излучения. Так,
если Доплеровское уширение контура спектральной линии в газо-
вой фазе для длины волны 0,63 мкм составляет ЬДу=0,05 см*1, одно-
родно уширенной, соответственно, ЬДу=2,7><10'3 см1, спонтанного
излучения молекулы СО2 (9,6 и 10,6 мкм) ЬДу=(22-29)х10'5 см1, то
под действием вынужденного излучения (в оптическом резонато-
ре) для длин волн 0,63; 3,39; 9,6; 10,6 мкм уширение значительно
меньше ЬДу=[15; 0,3-0,5; 2-3,3; (1-0,3)]* 10 5 см 1 [1.17, 3.19, 3.20].
В этом случае наблюдается тенденция уменьшения уширения линии
с возрастанием длины волны переходов. Рассмотренный диапазон
длин волн перекрывает диапазон длин волн, характерный для жид-
кой воды (см. табл. 3.1), и эти физические явления не могут объ-
яснить уширение ее спектральных линий вплоть до величины -300
см1. Даже при деформации молекулы Н2О в жидкой и твердой фазах
за счет межмолекулярных связей не может быть значительного из-
менения уширения линий переходов в отдельно взятой молекуле, и
поэтому в жидкости за полосы уширения ЬДу^ЗОО см-1 ответственны
другие эффекты.

Каждый колебательный переход в молекуле Н2О сопровождает-
ся большим числом вращательных переходов, поэтому вместо одной
линии перехода в спектре возникает полоса из многих линий. Раз-
решение этих полос в спектре будет зависеть от расстояния между
вращательными подуровнями колебательных уровней. Разберем этот
вопрос более подробно. В условиях газовой или паровой фазы, когда
взаимодействием между молекулами можно пренебречь для двуха-
томной молекулы и самой простой схемы жесткого ротатора, с учетом
предположений: неизменности среднего расстояния между атомами,
масса атомов сосредоточена в их центральных точках, из решения
уравнения Шредингера получается выражение для энергии враща-
тельных квантовых подуровней данного колебательного уровня [1.2]:

ивр=[ь2/(8л2})1]с+1)=в^с+1),	(3.4)

где Д - момент инерции молекулы относительно оси вращения, ] -
вращательное квантовое число.

Разность энергии при разрешенном переходе с нижнего вра-
щательного уровня на соседний верхний уровень определяется:
Дивр=ВуЦ'(]'+1)-]"(]"+1)]=Ву(]'(]'+1)]'(]'-1)]=В^', здесь Ву соответ-
ствует минимальному значению энергии вращательного кванта.

Многоатомные нелинейные молекулы, к которым относится и мо-
лекула Н2О, обладают тремя степенями свободы вращательного дви-
жения и характеризуются тремя моментами инерции относительно
осей X, V, 2, проходящих через центр массы молекулы (см. рис. 2.1а).
Соответственно, благодаря наличию трех моментов инерции и энергия
ее вращения зависит от трех вращательных постоянных: Вх=й/(8тг23х);
Ву=Ь/(8л2Зу); В2=Ь/(8л2Д2). С другой стороны, для многоатомной мо-
лекулы, благодаря большой величине моментов инерции (см. табл.
2.2) и малости вращательных квантов (для молекулы Н2О в газовой
фазе~15 см'1 [1.17]) по сравнению с колебательными квантами (1595,
3656,3751 см1), их вращение можно рассматривать квазиклассически
[1.5]. Тогда энергию вращения можно представить:

ивр=Мх2/(23х)+Му2/(23у)+М22/(2Д2),	(3.5)

здесь КТ - моменты вращения, выражения для которых в классической
механике имеют вид: М =2тгуТ, V. - частота вращения. Связь между
вращательными постоянными из квантовой механики и классиче-
ским выражением имеют вид (через равенство вращательных энер-
гий) М2= Ь)0+1 )/(4л2) и, подставив его в выражение (3.5), получим:

ивр=[Ь7(4л2)] [) 0+1)/) х+1( 1+1 )Л1у+п(п+1 )/32],	(3.6)

где], 1, п — вращательные квантовые числа, соответствующие осям
вращения X, V, X.

Естественно, в общем случае в каждый момент времени долж-
но выполняться условие ] Ф 1 п, а величины квантовых чисел ], 1,
п будут определять долю вращательной энергии, приходящуюся на
данную ось вращения. Если, например, в какой то момент времени
3=0,1Ф 0, п=0, то это означает, что молекула вращается строго только
относительно оси V. Суммарный вращательный квант для молекулы
Н2О тогда можно определить:

ивр=[й/(4л2)]П/Зх+1/Зу+п/32],	(3.7)

где), 1, п принимают значения 1,2,3.... Расчеты по формуле (3.7)
для молекулы Н2О в газовой фазе для частных случаев ее вращения
строго только относительно осей X 0^0,1=0, п=0), V 0=0, #0, п=0),
X 0=0, 1=0, п#)) дают следующие значения вращательных квантов
энергии: Е1врх=53,8 см'1; 11ВРУ= 28,6 см1, 1Дврг=18,44 см '.

На основании экспериментальных данных квантовых перехо-
дов по схеме, представленной в справочнике [1.17, стр. 124], можно
рассчитать с удовлетворительной точностью вращательные кванты
симметричной и асимметричной колебательных мод. В результате
расчетов получаются следующие значения: Сврэксп=13; 14,7; 14,8;
14,9; 16,3 см 1 и, если сравнить их с выше приведенными расчетными
значениями, то они удовлетворительно совпадают только с квантом
энергии при вращении относительно оси X с наибольшим моментом
инерции. Но из классической механики известно, что исследование
устойчивости вращения тела относительно свободных осей показы-
вает - она не одинакова. Если моменты инерции тела }>Зу> 1Х, то вра-
щение около осей X и V при наличии внешнего возмущения неустой-
чиво и всегда устанавливается вращение вокруг оси, относительно
которой момент инерции максимален. Этот факт хорошо подтвержда-
ется для молекулы Н2О, находящейся в газовой фазе, и вращательный
квант ее составляет 15-48 см1. Для такого большого вращательно-
го кванта молекулы Н2О в газовой фазе можно достаточно хорошо
разрешать спектральные линии, выделяя отдельные колебательно-
вращательные переходы, при этом наблюдаются максимальные пере-
ходы только вплоть до тринадцатого вращательного подуровня.

Для жидкой фазы, в силу больших межмолекулярных связей,
молекулу Н2О нельзя представить свободно вращающейся, и для
определения вращательного кванта невозможно пользоваться фор-
мулой (3.7). Поэтому применим формулу (3.5) для классической ме-
ханики и выразим моменты вращения через угловые скорости:

ивр=[чЛ+®т}у+®А1/2; ®2=®х2+Юу2+®22	(з.8)

В данном случае для жидкой среды необходимо знать экспери-
ментальные значения угловой скорости вращения (колебаний) мо-
лекулы Н2О, тогда для определения четырех неизвестных имеем два
уравнения, которые можно решить для отдельных частных случаев
вращения. Угловую скорость вращения молекул (диполей) в жидкой
воде можно оценить из времени релаксации диэлектрической про-
ницаемости под действием переменного электромагнитного поля.
В случае прекращения действия электрического поля на диполи мо-
лекул воды они возвращаются (поворачиваются) в исходное среднее
равновесное положение, определяемое водородными связями в жид-
кокристаллической структуре кластеров, только за счет ориентаци-
онных электростатических сил, вызывающих вращение диполей. В
то же время, известно, что основная масса молекул Н2О в воде (более
80%) объединена в кластеры, которые имеют интегральный диполь-
ный момент, причем эти кластеры устойчивы (энергия водородных
связей 11н=21 кДж/моль) относительно кинетической энергии «сво-
бодных» молекул (2+3 кДж/моль). В связи с этим для высоких частот
воздействия электромагнитного поля экспериментально определяют
некоторую среднюю величину релаксации диполей молекул Н2О,
находящихся в узлах тетраэдрической кристаллической структуры
кластеров для данной температуры. Приведем некоторые экспери-
ментальные времена угловых вращений молекул воды под действи-
ем электромагнитного поля: (оэксп=(3,7; 5; 1; 1+10; 1,2; 1,1)х10" сек 1
[1.7, 1.12, 3.8, 3.21, 2.13, 2.12]. Видно, что разброс данных довольно
большой, поэтому выберем, например, угловую скорость вращения
диполей (оэксп=4х10" Гц. Тогда, решая систему уравнений (3.8) для
частных случаев: 1) <ох=соу=0; а>2Д), 2) а>х=а>2=0; соуД), 3) а>2=а>у=0;
шх#), получаем значения вращательных квантов энергии: йвр2=3,6
см-1; ПВРУ=2,2 см'; 1)врх=1,4 см1. Для жидкой фазы воды, когда в
кристаллической структуре кластера основная масса молекул Н2О
связана между собой тремя-четырьмя водородными связями, вме-
сто вращения молекул более корректно говорить об угловом повороте
или угловых колебаниях, которые могут осуществляться относитель-
но всех трех осей, а также различных их комбинаций.

Как уже излагалось выше, в работах [1.20, 1.13] была решена
задача о межмолекулярных колебаниях в жидкой воде и найдена ча-
стота этих продольных колебаний вдоль водородных связей, которая
хорошо совпадает с измеренной резонансной линией поглощения в
воде ~175 см1. Поскольку каждая молекула в жидкокристалличе-
ской решетке кластера соединена четырьмя водородными связями
с окружающими ее четырьмя молекулами, то эти колебания должны
происходить вдоль всех этих четырех направлений. То есть молеку-
ла участвует в сложном пространственном колебательном процессе,
когда она будет не только перемещаться строго вдоль водородных
связей, но и принудительно поворачиваться на определенный угол,
и будут происходить вынужденные угловые колебания. Такая задача
очень тщательно полуэмпирически с подгонкой коэффициентов под
экспериментальные данные решена в работе [2.13] - найдено, что
угол колебаний диполей составляет ±21°, а период колебаний состав-
ляет (0,4-Ю,85)х 1012 сек в зависимости от температуры. Оценки вра-
щательных квантов для таких вынужденных колебаний молекул Н2О
с учетом моментов инерции для деформированной «конструкции»
молекулы (см. табл. 2.2) дают значения: 1)в1>2=727 см1; ивру=450
см4; Оврх=282 см4, что очень хорошо совпадает с экспериментально
измеренными линиями поглощения в жидкой воде (см. табл. 3.1).

Здесь необходимо сделать небольшое отступление от изложения
материала. В научной литературе до сих пор продолжается дискус-
сия между сторонниками и противниками теории изгиба водородных
связей в воде, на основании которой можно либо подтвердить выше
изложенные выводы, либо опровергнуть. Но проблема эта решает-
ся сравнительно просто: для межмолекулярных расстояний в жид-
кой воде ~3 А размеры объектов, участвующих в водородных связях
О....Н, то есть атома О и электронного облака атома Н не являются
точечными. Так ковалентный радиус атома кислорода равен 0,6 А, а
радиус атома водорода: 0,3-4),4 А. Поэтому взаимодействие между та-
кими заряженными объектами будет осуществляться по направлени-
ям под разными небольшими углами, определяемыми индикатрисами
распределения энергии в зависимости от угла. Тогда максимальное
взаимодействие между атомами будет происходить по воображаемой
линии, проходящей через центры атомов и максимумы индикатрис.
В то же время, в связи с конечным размером эпюр этих индикатрис
возможно существование водородных связей без их разрыва и в том
случае, когда линия, соединяющая центры атомов, и не проходит
через максимумы индикатрис. Согласно обработанным эксперимен-
тальным данным [2.13] такой угол раствора индикатрис друг относи-
тельно друга без разрыва водородных связей составляет ±21°.

Еще раз подчеркнем, что полученные оценочные результаты по
угловым колебательным частотам и энергиям молекулы Н2О в жид-
кости относятся к вынужденным угловым колебаниям под действием
электромагнитного поля и водородных сил. Эти частоты узкорезонанс-
ные и, в принципе, не объясняют причины образования сплошных
спектров жидкой воды. Поэтому возникает задача по решению этой
проблемы. Можно высказать предположение, что главной причиной
этого эффекта является существенное уменьшение вращательного
кванта энергии Ву молекулы Н2О, находящейся в жидкости, и появ-
ления у нее на каждом колебательном уровне большого числа близ-
ко расположенных вращательных подуровней, причем энергия этого
кванта должна быть меньше, по крайней мере, величины 0,1 см"1. Тог-
да большое количество квантовых переходов с одного колебательно-
вращательного уровня на другой, в силу пологой функции распреде-
ления населенности молекул по вращательным подуровням в районе
максимума, создадут практически сплошной спектр. Попытаемся
определить величину вращательного кванта из некоторых экспери-
ментальных данных, представленных в научной литературе.

Из экспериментальных данных работ [3.23+3.27,3.55+3.57] можно
составить следующую таблицу остро резонансных линий поглощений
высокочастотного излучения в миллиметровом диапазоне в жидкой
воде (табл. 3.2). При этом частоты 37,7; 42,25; 53,57 ГГц исследова-
лись в работе [3.24] по воздействию миллиметровых волн на организм

Частота, ГГ ц	37,7	42,25	50,3	51,8	53,57	64,5	65,5	95	105
Длина волны, мм	7,96	7,1	5,96	5,79	5,6	4,65	4,58	3,16	2,86
Ьу (экспер.), см'1	1,258	1,409	1,678	1,728	1,787	2,152	2,185	3,169	3,502
Ну (расчет), см'1	1,228	1,399	1,678	-	1,777	2,09	2,2	3,18	3,45
Вращат. число ]	29	31	34	-	35	38	39	47	49
Табл. 3.2. Экспериментальные и расчетные данные по резонансным часто- там поглощения в жидкой воде миллиметрового диапазона длин волн.									

человека и лучше всего люди распознавали частоты 42,25 и 53,57 ГГц,
эти частоты приводили к заметным изменениям характеристик крови
и функционированию различных органов человека. Авторами работы
[3.27,3.57] исследовались поддиапазоны частот 50,3 и 51,8; 64,5 и 65,5;
95 и 105 ГГц, причем в спектре возбуждения жидкой воды отмечалось
наличие двух близко расположенных резонансов в каждом из них, а с
изменением температуры эти пики смещаются по частоте.

Если сравнить второй ряд экспериментальных величин враща-
тельных квантов энергии с выше рассчитанными по данным релак-
сации диэлектрической постоянной воды, то видно достаточно удо-
влетворительное совпадение (Пвр2=3,6 см-1; ивру=2,2 см"1; 11В|>Х=1,4
см-1), что говорит о связи этих резонансных частот поглощения с
угловыми колебаниями макродиполей в жидкости.

Обратимся теперь к формуле (3.4). Оказалось, что простым под-
бором на основании частоты 50,3 ГГц удалось найти величину вра-
щательного кванта энергии равную В =0,00141 см 1 для жидкой воды,
определить значения вращательного квантового числа] для каждой из
частот и рассчитать их все. Необходимо отметить удивительно хоро-
шее совпадение расчетных и опытных величин по семи независимым
точкам. Из данных табл. 3.2 можно сделать принципиальный вывод,
что угловые колебания большинства молекул (кластеров) в воде про-
исходят относительно оси с максимальным моментом инерции, а вы-
падающую частоту 51,8 ГГц из этого ряда вращательных квантовых
чисел можно отнести к угловым колебаниям кластеров относитель-
но оси с меньшим значением момента инерции. На основании этого
факта можно объяснить экспериментальные данные работы [3.27] по
наличию двух близко расположенных резонансных частот в каждом
из поддиапазонов, что связано с наличием близких значений момен-
тов инерции относительно разных осей кластеров, поэтому и враща-
тельные кванты будут близко расположены друг к другу. Полученная
величина вращательного кванта подтверждается также эксперимен-
тальными данными [3.26], где показано, что частотное избиратель-
ное воздействие на биологические объекты имеет резонансные пики,
отстоящие друг от друга на расстоянии 0,0167=0,00167 см '.

Таким образом, на основании экспериментальных данных опреде-
лен вращательный квант энергии для молекулы Н,О, находящейся в
жидкой фазе, равный В =0,00141 см '. Этот квант значительно мень-
ше (в —10500 раз) его величины для свободной молекулы и, если для
газовой фазы максимальное вращательное число для всех возможных
квантовых переходов не превышает числа 13, то для жидкости макси-
мум его распределения находится в диапазоне чисел 29^-49 (см. табл.
3.2). Определенный вращательный квант энергии для молекул воды в
жидкости 8 =0,00141 см 1 соответствует частоте -4,23 х 107 Гц собствен-
ных угловых колебаний. При такой малой энергии вращательного кванта
расстояния между подуровнями колебательных уровней очень малы, и
для пологого максимума распределения населенностей по энергиям дей-
ствительно будет наблюдаться для жидкой воды практически сплошной
спектр, неразрешимый с помощью существующей аппаратуры (в работе
[3.6] авторы говорят об ошибке разрешения спектра не более -1 см4).

Если проанализировать данные табл. 3.2, то возникает вопрос,
почему такие малые кванты излучения (1,3=3,5 см ') резонансно по-
глощаются в жидкой воде, когда энергия колебательных квантов со-
ставляет 160СН-3750 см ', вращательных (как только что определили)
- 0,00141 см ', а энергия поступательного (колебательного как целой
молекулы) кванта 1,5кТ~312 см1. При таких параметрах жидкой воды
в предположении, что все молекулы в ней находятся в невозбужденном
основном состоянии, эти малые кванты должны были рассеиваться в
воде, переходить сразу в кинетическую (поступательную) энергию мо-
лекул за счет флуктуационного диапазона ее изменения, и никаких ре-
зонансных явлений наблюдаться не должно. В то же время из лазерной
спектроскопии и квантовой механики известно, что резонансно квант
световой энергии молекулой или атомом могут поглощаться только в
том случае, когда его величина с высокой точностью равна разности
энергий между двумя квантовыми состояниями молекулы или атома.

Квантовые переходы между колебательными уровнями могут
быть как одноквантовые, например, внутри одной моды, так и мно-
гоквантовые, которыми могут обмениваться соседние одинаковые
молекулы. В этом последнем случае разность энергий (дефект энер-
гий) двух состояний этих молекул может оказаться малой величиной
по сравнению с обменивающимися квантами, и если резонансным
способом селективно подвести его, то можно перевести систему мо-
лекул из одного состояния в другое. Но тогда отсюда следует, что
в жидкой воде существуют многоквантовые переходы колебатель-
ных состояний молекул, дефект энергий между которыми составляет
1,3+3,5 см1. Таким образом, окончательно можно сделать вывод на
основании существующих экспериментальных данных: молекулы в
жидкой воде находятся в колебательно возбужденном состоянии.

3.3.	Расчет колебательно-вращательных уровней
молекулы воды в жидкой фазе

Чтобы доказать выше приведенный вывод о присутствии в жид-
кой фазе воды колебательно-возбужденных молекул в различных со-
стояниях, необходимо рассчитать их колебательные энергетические
уровни с использованием экспериментально измеренных спектро-
грамм поглощения зондирующего излучения при прохождении его
через жидкую воду и сравнить с известными значениями эксперимен-
тальных резонансных линий поглощения в жидкой воде (табл. 3.1).
Для расчета колебательных уровней всех трех мод молекулы Н2О, на-
ходящейся в жидкой фазе, необходимо знать следующие параметры,
которые можно найти, в основном, из экспериментальных данных:

1.	Уширение спектральных линий.

2.	Значение величины ангармонизма колебательных уровней
всех трех мод.

3.	Величину первых колебательных уровней всех трех мод.

4.	Энергетические колебательные уровни всех трех мод.

3.	3.1. Уширение спектральных линий

Вначале рассчитаем уширение спектральных линий молекулы
Н2О для случая жидкой фазы, воспользовавшись постулатами стати-
стической физики и следуя методике, изложенной, например, в ра-
боте [3.28]. Поскольку колебательные моды молекулы Н2О в жидкой
фазе можно считать независимыми (показано ранее), то представим
их как отдельные ангармонические осцилляторы, каждое колеба-
тельное состояние которого состоит из совокупности непрерывно
распределенных вращательных подуровней энергии с плотностью
Ч>(Пп). Тогда статистическую сумму по состояниям системы (в от-
дельности для данной колебательной моды) можно записать:

Яср=1Яп; П = /ё(Ц)ехр(-Ц/кТ)Л)п,	(3.9)

где Оп - статистическая сумма каждого колебательного уровня п;
ё(13п) - функция распределения вращательных подуровней по со-
стояниям.

Для случая идеального газа, где взаимодействие между моле-
кулами происходит только при столкновениях, в качестве функции
распределения по состояниям в данном колебательном уровне обыч-
но используют распределение Больцмана по энергиям [1.5]:

ё(Пп)=2(Пп/лкТ)|/2ехр(-Пп/кТ)/кТ.	(3.10)

Это распределение достаточно пологое и описывает спектр молекул
(атомов) по энергиям до очень больших величин по сравнению с наибо-
лее вероятной величиной. Ясно, конечно, что его применять для условий
жидкости нельзя, поскольку в ней отсутствуют молекулы с большой ки-
нетической энергией в сравнении со средней величиной кТ [1.5].

Выберем априорно распределение молекул в жидкости по энер-
гиям на данном колебательном уровне как непрерывную, случайную
величину, подчиняющуюся закону распределения ошибок с центром
около заданной средней величины энергии уровня йп, [3.29]:

ё(^,Ц)=[1/((2л)'^)]ехр[-0,5((и-Ц)/^)2],	(3.11)

где ^2 - среднеквадратичное отклонение энергии I) от среднего зна-
чения энергии данного колебательного уровня Оа. Обоснование та-
кого распределения молекул по энергиям в жидкой воде на основе
экспериментальных данных приведено ниже в пункте 3.5 настоящей
главы. Средняя энергия квантового ангармонического осциллятора
для каждой моды (в случае их независимости) определяется [3.50]:

(7=Ьу0(п+ '/2>-п(п-1)Ху/2+Р(^) ,	(3.12)

где V - частота колебания нулевого (основного) уровня; Ху - величи-
на ангармонизма для данной колебательной моды; Р(^) - функция,
определяемая уширением спектральной линии. Подстановка выра-
жения (3.11) в формулу (3.9) и интегрирование дает:
Пп=0,5ехр[-^п/кТ+0,5(^п/кТ)2]егГс[(-^п/^п+^11/кТ)/(2)|/2].	(3.13)

Если величина стандартного отклонения близка к средней ки-
нетической энергии молекулы в жидкости, то для средних величин
энергии колебательных уровней Е1п >1000 1/см функция егГс[(-С'п/
^+^/кТ)/(2)|/2]=2 и поэтому можно записать:

О=ехр[-С7п/кТ+0,5(^/кТ)2].	(3.14)

Общая статистическая сумма может быть представлена в виде:

%= Е ехр[-ШкТ+О,5(^/кТ)2].	(3.15)

п

Тогда плотность вероятности населенности данного колебатель-
ного уровня молекулы по вращательным подуровням с учетом его
уширения определяется выражением:

РУп=§(Еп)ехр(-ип/кТуОср=[1/((2л)|/2у]ехр[-0,5((11-Оп)/^1)2-11АТ]. (3.16)

Максимум этой вероятности по вращательным подуровням со-
ответствует условию:

Ц, =ЧЛ2/кТ, тогда окончательно получаем выражение для
энергий текущего колебательного уровня с учетом его уширения:

О=Ьу0(п+'/2>-п(п-1 )Ху/2-4„2/кТ.	(3.17)

Энергия невозбужденного нулевого колебательного уровня мо-
лекулы согласно формулы (3.17) соответственно равна 6^=0,5Ьу0-^2/
(кТ). Эта энергия принимается за «нулевой» уровень, поскольку
энергия диссоциации молекулы отсчитывается не от дна потенци-
альной ямы ее распределения, а от «нулевого» уровня (см. рис. 1.10).
Поэтому в дальнейшем энергия колебательного уровня данной моды
молекулы рассчитывается по формуле:

(7-(7-Ц=Ьуоп-п(п-1 )Х/2-^2/кТ.	(3.17а)

Квант излучения (поглощения) при переходе между соседними
колебательными уровнями вычисляется по формуле:

ьу =и+|1 -и, = ьу,-пх-г + ,2/кт+с/кт	(3.18)

п+1 п+1итах п.Зтах 1 у >п+1	>п	х '

Здесь параметр соответствует полууширению спектральной
линии излучения (поглощения) при переходе молекул воды из одно-
го возбужденного состояния в другое. Схематически выше изложен-
ный материал по распределению колебательно-вращательных уров-
ней молекулы Н2О иллюстрируется рисунком 3.4, где показаны два
соседних колебательных уровня какой-то колебательной моды с рас-
Рис. 3.4. Схема колебательно-вращательных
уровней молекулы Н,О для жидкой фазы.

пределением населенностей
по вращательным подуровням.
Полуширина этого распреде-
ления и является полууши-
рением спектральных линий
квантовых переходов между
колебательно-вращательными
уровнями, показанных пун-
ктирными вертикальными ли-
ниями со стрелками. Величина
^2/кТ соответствует смеще-
нию наибольшей вероятности
квантового перехода между
уровнями относительно на-
чального положения колеба-
тельного уровня. Наибольшая
вероятность квантовых пере-
ходов между колебательными
уровнями соответствует опти-
мальным значениям враща-

тельных квантовых чисел ]оп для максимальных значений вероятно-
стей распределения. С изменением температуры величины ^+1 и

меняются по разному, поэтому изменяется и энергия кванта излуче-
ния (поглощения). Если для газовой фазы у молекулы Н2О оптималь-
ными вращательными квантами являются для симметричной моды
)оп =5-5-9; деформационной )оп =3-5-9 и асимметричной )оп=8, 9, то для
жидкой фазы оптимальные значения вращательных квантовых чи-
сел, по-видимому, лежат в диапазоне ]ОП=29-М9.

Таким образом, по формуле (3.17а) можно будет рассчитать
спектр молекул Н2О каждой моды колебаний для воды в жидкой
фазе. Для этого надо знать следующие параметры для каждого ее фа-
зового состояния: первый колебательный квант (может отличаться
от таковой в паровой фазе), величину ангармонизма колебательных
уровней Ху и полууширение спектральной линии Для того что-
бы, определить уширение спектральных линий поглощения молекул
Н2О в жидкой фазе проанализируем ряд экспериментальных работ.

На рис. 3.5, взятого из работы [3.30], приведена зависимость из-
менения ИК спектра поглощения водного биологического раствора
от температуры. Из рисунка видно, что полоса поглощения, относя-
щаяся явно к деформационной колебательной моде молекулы Н2О,
имеет не монотонный, а колеблющийся характер, что связано, как
будет показано в следующих главах, с фазовыми переходами второ-
го рода жидкой воды. Но причина изменения регистрируемой длины
волны излучения (погло-
щения), прошедшего через
вещество, заключается в
изменении уширения спек-
тральной линии (см. рис.
3.4). Когда она уменьшается
до минимума - амплитуда

Рис. 3.5. Зависимость спектральной линии погло-
щения деформационной моды молекулы Н,О в био-
логическом растворе от температуры [3.30].

возрастает до максимума и
наоборот - согласно уравне-
ния (3.18). Попытаемся най-
ти уширение спектральной

линии из данного эксперимента. По аналогии с работой [3.28] будем
искать дисперсию уширения линии на участках температур от 10 до
20°С и 24^-35°С в виде выражения ^2=$(кТ- 8)2, где коэффициенты д
и 8 определяются из значений функции на графике. Для этих двух
диапазонов температур получаем соответственно ^=15 см1 и ^=18
см-1. Здесь является полууширением спектральной линии, а умень-
шение (увеличение) поглощаемого кванта происходит на величину
^2/кТ=1,1 см '. Этот эксперимент интересен тем, что показывает на-
сколько сложна структура воды и как сильно меняются спектральные
характеристики молекулы Н2О в различных фазовых (типа жидких
кристаллов) состояниях жидкой воды.

Второй график изменения спектральной резонансной линии
поглощения воды в диапазоне 5150-^5205 см 1 приведен на рис. 3.6,
взятый из работы [3.6]. Эта работа была выполнена очень тщатель-
но: вода была дистиллированная двойной перегонки, аппаратура

Рис. 3.6. Температурная зависимость полосы погло-
щения воды для диапазона 5150^5205 см 1 [3.6].

измерения хорошо от-
регулирована, снима-
лось много эксперимен-
тальных точек, ошибка
измерений частотных
характеристик не превы-
шала ~1 см1. Поэтому
представленным на рис.
3.6 экспериментальным
точкам можно доверять,
и все их положения на
графике имеют свой
физический смысл, а не
просто представляют
некий разброс данных.
Необходимо отметить,
что и на этом графике
также наблюдаются изломы при температурах около 20, 30 и 4 ГС и
гистерезис кривых, но пока отвлечемся от этого эффекта и определим
уширение спектральной линии и уширение (увеличение) кванта из-
лучения. Полууширение линии сильно зависит от температуры и при
Т=10°С- §=101 см1; Т=20°С- §=71 см1; и Т=30°С- §35 см1, а умень-
шение кванта излучения соответственно на величину §кТ=49; 32; 18
см '. В данной ситуации на первый взгляд мы получили противоре-
чивый результат: обычно в газовой среде с увеличением температуры
уширение линий излучения или поглощения атомов и молекул, в свя-
зи с ростом числа столкновений, возрастает, а для жидкости (чистой
воды) для диапазона температур 1(И60°С - уменьшается. На самом
деле здесь противоречия нет, если вспомнить, что в жидкости (в воде)
на молекулы действуют несколько типов переменных по направле-
нию сил - водородные связи, электростатическое взаимодействие ди-
полей и кинетическая энергия столкновений. С ростом температуры
энергия водородных связей и электростатических сил уменьшается, а
энергия столкновений увеличивается и, таким образом, уменьшение
одних слагаемых преобладает над увеличением других (до опреде-
ленного диапазона температур) - отсюда наблюдаемый эффект.

В работе [3.4] исследовалось поглощение обезгаженной воды в
диапазоне длин волн 1,1-И,3 мкм (8650-^8260 см*1) и участок поло-
гого максимума кривой пытались аппроксимировать кривыми рас-
пределения по Гауссу, которые дают три максимума -8640; 8485 и
8260 см 1 с полууширением соответственно §57; 102 и 245 см*1. В
общем, из этой работы неясно, почему так близко расположенные
линии поглощения имеют сильно разнящиеся полууширения (может
быть, это было связано с ошибками в методике обработки).

Те же линии поглощения исследовались в более ранней работе
[3.2]. На рис. 3.7 приведены экспериментальные зависимости ам-
плитуд резонансных линий поглощения 10309 и 8658 см 1 от длины
зондирующей волны и различных агрегатных состояний воды: лед
I - 0°С; жидкая вода 21°С и 72°С; раствор МаС1О4 при 2 ГС. Сказан-
ное выше о влиянии водородных связей и электростатических сил на
уширение линий очень четко прослеживается по графикам на рис.
3.7. Поскольку для льда водородные силы максимальны и диэлектри-
ческая постоянная составляет-ЗВ по сравнению с паром (1,85В), то
уширение линий настолько велико, что максимумы поглощения ре-
зонансных линий в кривой «замыты» и слабо проявляются. Для жид-
кой воды увеличение температуры с 21°С до 72°С приводит к более
резкому максимуму линий поглощения, то есть к уменьшению уши-
рения за счет разрушения части водородных связей и уменьшения
действия электростатических сил между диполями (уменьшается
диэлектрическая постоянная). Для гидратной воды концентрирован-
кого раствора №С1О4 про-
исходит полное разрушение
тетраэдрической структуры
кластеров воды, большин-
ство молекул Н2О находятся
в гидратных оболочках ио-
нов, а оставшихся молекул
не хватает для образования
структуры кластеров с во-
дородными связями. Эти
«свободные» молекулы и
создают спектр поглощения
узкополосных линий с от-
носительно малым ушире-
нием. Измеренная величина
полууширения на этом гра-
фике составляет ^=96 см1.
По данным этой работы

Рис. 3.7. Зависимость поглощения излучения от
длины волны для:1 - лед I, О‘С: 2 - вода +21"С:

3 - вода + 72‘С; 4 - водный раствор МаСЮ, +2Г‘С
[3.2].

можно сказать, что в заданном диапазоне длин волн, поглощаемых
водой, достоверной резонансной линией поглощения является поло-
са 86408660 см1, а максимумы распределения гауссовых кривых
8485 и 8260 см1, полученных в работе [3.4], являются ложными.
Из этого графика для раствора солей в воде следует еще один инте-
ресный факт: молекулы Н20, находящиеся в гидратных оболочках
ионов, имеют совершенно другие резонансные спектральные линии
поглощения, не совпадающие со спектром свободных молекул и мо-
лекул объемной жидкой воды. Это обусловлено тем, что гидратиро-
ванные молекулы сильно деформированы (энергия межмолекуляр-
ных связей достигает -300 кДж/моль), а, следовательно, меняется
структура энергетических колебательных уровней.

Таким образом, на основании этих экспериментальных данных
можно сделать следующие выводы:

-	уширение резонансных линий поглощения для жидкой воды в
пределах роста температуры от 0 до 6О70°С уменьшается и зависит
от степени структурированности;

-	уширение линий поглощения возрастает с увеличением длины

волны падающего излучения;

-	молекулы воды, находящиеся в гидратных оболочках, имеют
другие резонансные спектральные линии поглощения.
3.3.2.	Ангармонизм колебательных уровней молекулы воды
и квант кинетической энергии

В газовой фазе средняя величина энергии кТ обычно соответ-
ствует кинетической энергии поступательного движения атома (мо-
лекулы), которая может принимать любые непрерывные значения, и
она не квантуется. Для жидкости, в особенности для чистой воды в
кластерах, характерна квазикристаллическая тетрагональная струк-
тура, где основная масса молекул (~80%) Н2О находятся в узлах
кристалла, соединенных друг с другом водородными связями. Такая
структура создается в образованиях (кластерах) размером 6=400 А,
между которыми существуют разорванные связи. Эта модель воды
в научной литературе считается общепринятой и подтверждается
большим количеством экспериментальных данных. Основываясь на
опытных данных, согласно которым время существования водород-
ной связи не более 10'3 сек [3.31], можно представить колебания мо-
лекул Н2О в узлах такой кристаллической решетки стационарными
(период колебаний молекул ~ 1012 сек), и уширение спектральных
линии колебательных мод молекулы Н2О будет определяться энер-
гией колебательного кванта межмолекулярных колебаний. Величина
такого колебательного кванта при температуре 300°К составляет 175
см 1 (см. выше), причем он также имеет свое уширение, которое, в
свою очередь, зависит от температуры. Этот колебательный квант
близок по энергии величине кТ=208,5 см 1 и использование его при-
водит к заведомо большему уширению спектральных линий по срав-
нению с энергией кТ. Такой выбор не принципиален, а более коррек-
тен, но в данной ситуации мы будем использовать в качестве средней
величины кинетической энергии молекулы «квант» кТ.

Вторая задача в данном разделе состоит в том, что необходимо
определить величины ангамонизма для различных колебательных мод
молекулы Н2О для случая их независимости друг от друга. Анализ на-
учной литературы по этому вопросу показывает, что значения ангар-
монизма Ху, приведенные в разных работах, отличаются друг от друга,
часто неизвестно их происхождение и обоснования величин, поэтому
рассчитаем их теоретически (для газовой фазы). Полная энергия коле-
бательного возбуждения молекулы Н2О определяется [1.7]:

и(пДп^п3*)=Ьо.(ч+1/2)+1 I Х.к(п+1/2)(п*+1/2),
|=1 1=1

где со. - гармонические частоты: со =3832,7; со2= 1648,47; со3=3942,53
см1; V. - частота трех мод колебаний (симметричной, деформацион-
ной, асимметричной); X. к - постоянные ангармонизма: X =-42,58;
Х22=-16,81; Х33=-47,57; Х|2=-15,93; X,,=165,824; Х23=-20,332 см'1.
Энергия нулевого (основного) уровня равна: П(000)=0,5(со|+со2+
(о3)+О,25(Х,,+Х22+Х„+Х|2+Х,3+Х23)=4634,32 см1.

Расчет для асимметричной моды дает: 13(001 )=8388,64 см-1;
11(002)= 12047,8см 1; 11(003)= 15611,84см-' ДЦ =11(001 НД000)=3754,32
см-1; Д11=11(002)-11(001)=3659,16 см1; ДЫ =Ы(003)-П(002)=3564,04
см-1; ХА=ДЦ-Ди2=95,16 см-'; Хд=ДП-Диз=95,12 см1.

Для симметричной моды получаем: 11(100)=8290,47 см-';
11(200)= 11861,43 см-'; 11(300)= 15347,25 см1; ДЦ=и(100}~и(000)
=3656,15 см1; Ди=и(200)~и(100)=3570,96 см1; ДП3=П(300>-и(200)
=3485,82 см-1; Хс=Ди,-Ди=85,19 см'; ХС=ДП2-ДП =85,14 см-'.

Для деформаиионной моды, соответственно: 11(010)=6243 см-1;
13(020)=7806,05 см-'; Ы(030)=9335,52 см-'; Ы(040)= 10831,38 см-'; ДЦ=
11(010)-11(000)=1608,62 см1; ДЫ =Ы(020}-и(010)=1563 см-'; ДЦ=и(030)~
11(020)=1529,47см1; ДЦ=11(040}Ч1(030)= 1495,86см1; Хд=ДЦ-ДЦ,М5,62
см1; Х=Д1±-Ди =33,53 см1; X =Д11-Д11 =33,6 см1.

С другой стороны, теоретические значения первых колебатель-
ных уровней, имеющиеся в научной литературе, несколько отличают-
ся от рассчитанных выше: так, для асимметричной моды 11д=3755,79
см-1; симметричной 13с =3656,65 см1; деформационной 11 д =1594,78
см1 [1.2, стр. 179]. Там же приведены и экспериментально измерен-
ные для паровой фазы воды величины: асимметричной 11д=3755,8
см1; симметричной Ц.=3651,4 см1; деформационной 13д=1595 см1.
Относительно величин ангармонизма этих мод наиболее достовер-
ным значением для симметричной моды можно считать Хс=85 см1,
при этом оно совпадает с величиной ангармонизма молекулы ОН
[1.16,1.21]. Величина ангармонизма для деформационной моды в
научной литературе встречается от значения 34 до 39 см1, а для
асимметричной моды в диапазоне от 94 до 97 см1. Такой разброс те-
оретически рассчитанных значений первых колебательных квантов
и их величин ангармонизма связан с идеализацией представляемой
молекулы по сравнению с реальной. При анализе экспериментально
измеренных частот первых колебательных квантов молекулы Н2О в
газовой (паровой) фазе надо также помнить, что кроме свободных
молекул в ней всегда присутствуют в больших количествах (по массе
больше, чем свободных молекул) кластеры в составе от димеров до
капель субмикронных размеров. В этих аэрозолях за счет энергии
сжатия молекулы деформированы, а, следовательно, имеют свой, от-
личный от свободных молекул, спектр поглощения и излучения.

При выборе значений первых колебательных квантов всех трех мод
и их величин ангармонизма надо учитывать еще один важный аспект -
необходимость квантования всех видов энергии, в данном случае для
различных агрегатных состояний воды, что будет показано ниже. Такое
квантование энергий, естественно, связано с существующим квантово-
механическим, фундаментальным законом для всех веществ и осо-
бенностями самой молекулы Н,О. Из этого закона следует, что первые
колебательные кванты энергии всех трех мод молекулы Н2О должны
квантоваться величинами их собственных значений ангармонизма. Дей-
ствительно, например, для молекулы Н2О в газовой фазе асимметричной
моды отношение Од/Хд=3756/94=39,958 близко к целому числу 40, для
симметричной моды ис/Хс=(3651,4... 3656,65)/85=42,9577... 43,0194
(близко к числу 43), а для деформационной моды Ыд/Х;=1595/34=46,91
(близко к числу 47). Поэтому для газовой фазы с учетом закона кван-
тования окончательно принимаем следующие значения первых коле-
бательных мод и их величин ангармонизма (с точностью до ±1 см'):
Од=3756; Хд=94; Ц=3655; ^=85; Ыд=1595; Хд=34 см1.

Рассчитанные выше величины ангармонизма для всех трех ко-
лебательных мод приведены для молекулы воды в условиях газовой
фазы, а в жидкости за счет межмолекулярных связей они должны быть
другими. В работе [1.21] этот вопрос экспериментально исследовал-
ся, и сделан вывод, что величина ангармонизма для колебательных
мод молекулы Н2О в жидкой фазе должна возрастать (это влияние
учитывается в следующем разделе). Можно с уверенностью сказать,
что с учетом экспериментальных измерений спектров жидкой воды,
при округлении последней значащей цифры величины энергии (в раз-
мерности см ') резонансных линий поглощения до 10 см 1 (см табл.
3.1), а также с учетом уширения линий, принятые точности значений
величин ангармонизма для всех мод будут удовлетворительными.

3.3.3.	Первые колебательные уровни всех мод молекулы Нг0
в различных агрегатных состояниях

В жидкой и твердой фазах воды молекула Н2О за счет межмолеку-
лярных связей деформирована и сжата (см. табл. 2.2), поэтому можно
предполагать, что ее молекулярные орбитали должны перестроиться
по сравнению с аналогичными для газовой фазы, другими должны
быть и энергетические колебательные уровни. Частично этот вопрос
рассмотрен в гл. 2 (см. рис. 2.12) проанализируем его более подробно
с обоснованием и доказательством. Для случая независимости коле-
бательных мод молекулы Н2О рассмотрим отдельно колебания фраг-
мента О-Н как ангармонического осциллятора. Тогда частота нулевых
колебаний такого осциллятора определяется формулой [1.2]:

^(ШлХКут)1'2,	(3.1а)

где у0 - частота колебаний с бесконечно малыми смещениями; Кс -
силовая постоянная фрагмента О-Н, зависящая от расстояния между
атомами и их зарядов; т - приведенная масса атомов осциллятора.
Атомы в фрагменте молекулы ОН колеблются в силовом поле
электронов и ядер, а силовая постоянная при условии малости коле-
баний определяется потенциальной энергией электронов, зависящей
от равновесного расстояния между атомами (Нкол=и(К)-и(К0)) [1.2].
Условие малости колебаний атомов в молекуле Н2О соблюдается: со-
гласно экспериментальным данным [1.7], величины средних ампли-
туд нулевой частоты колебаний атомов одинаковы при Т=0 и Т=290°К
и равны: 0-Н~0,0677 А и Н-Н~0,1129 А. Силовая константа опреде-
ляется взаимодействием ядер атомов в молекуле и распределением
электронной плотности, зависит от величины зарядов и межъядер-
ного расстояния. Она характеризует сопротивление связи атомов
на разрыв при малых колебаниях и «упругие свойства» химической
связи при бесконечно малых смещениях. В общем случае, чем более
упругая связь и короче межъядерное расстояние, тем она сильнее.
На рис. 3.8 приведена зависимость силовой постоянной молекул со-

единений водорода с элемента-
ми VII группы периодической
таблицы (НР, фрагмент ОН мо-
лекулы Н2О, ОН, НС1, НВг, Ю)
от межъядерного расстояния в
них (расчеты автора). Видно,
что с уменьшением расстоя-
ния она возрастает, причем в
диапазоне изменения межъя-
дерного расстояния 0,9-И А
можно с хорошей точностью
пользоваться линейной зави-
симостью Кс~уК0Н, где у - ко-
эффициент размерности.

Как было показано в гл. 2
(табл. 2.2), молекулы воды, на-

Рис. 3.8. Зависимость силовой постоянной от
межъядерного расстояния в молекулах: 1 -
НГ: 2 - фрагмент ОН в молекуле Н2О; 3 - ОН;
4-НС1; 5-НВг; 6-Ш.

холящиеся в жидкости, существуют в деформированном состоянии,
и расстояние Кон уменьшается от величины 0,958 А для свободной
Н2О до 0,913 А в жидкости при температуре 300°К. Тогда согласно
формулы (3.1а), можно определить величину энергии первого коле-
бательного уровня асимметричной моды молекулы Н2О:

Ьуа*=Ьу/(К0//К0/)'-	(3.19)

На основании выражения (3.19) получаем: Ьуаж = 3756
(0,958/0,913)|/2=3848 см 1 и для симметричной моды соответственно:
Ьусж=3744 см-1. Чтобы удостовериться в полученном важном резуль-
тате, проверим правильность формулы (3.19) на сравнении характе-
ристик молекул ОН и Н2О. Первый колебательный уровень молекулы
ОН равен 3737 см а межъядерное расстояние КО(|=0,97 А [1.12, 1.16].
Используя формулу (3.19) для молекулы воды в свободном состоянии,
получаем Ьуа‘ =3760 см ', что очень близко к экспериментальному зна-
чению 3756 см-1 асимметричной моды молекулы Н2О. Таким образом
можно рассчитать значения энергий первых колебательных уровней,
например, для асимметричной моды молекулы Н,О, находящейся в по-
верхностной пленке Ьуап= 3880 см ', гидратной оболочке иона Н3О+
Ьуагид=3942 см-1 или в капле аэрозоля ЬуаА)Р=4080 см 1 (см. табл. 2.2).

Для деформационной моды молекулы Н2О колебания атомов Н
относительно атома О можно представить как независимое враще-
ние ротаторов, поскольку силы, вызывающие угловые колебания,
приложены к атомам Н перпендикулярно связям О-Н (см. рис. 2.1а)
и длина этих связей не меняется. Силы упругости, приложенные
к атомам Н по направлению изменения полярного угла (по дуге) с
обеих сторон, одинаковы (взаимодействие электронных орбиталей
между собой). Тогда частота угловых колебаний будет обратно про-
порциональна моменту инерции атома Н относительно оси X, где
атом О берется за центр (см. рис. 2.1а): уд~ 1А1/о. Здесь Зго=тнКон2,
и первый колебательный уровень деформационной моды молекулы
Н2О в жидкости можно определить как:

у ГТ Г/1 Ж

Д Д 20	20 •

Расчеты дают значения первых колебательных уровней де-
формационной моды для объемной жидкой воды Ьуд*=1757 см ';
поверхностной пленки Ьуд"=1818 см1, гидратной воды иона Н3О+
Ьудгид=1934 см-1 и в капле аэрозоля Ьу АЭР=2253 см '.

Аналогично рассчитываются по формулам (3.19, 3.20) и посто-
янные ангармонизма для всех трех колебательных мод молекулы
воды в различных агрегатных состояниях. Суммарные данные по
расчетам первых колебательных уровней и величин ангарманизма
приведены в табл. 3.3.

Агрегатное состояние воды	Энергия связи, кДж/моль	Колебательные моды, см 1			Ангармонизм мод, см '		
		Ч	Ьу„	ч	Х,	Х1	
Пар	0	3655	1595	3756	85	34	94
Жидкость (20°)	41	3744	1757	3848	87	37	96
Вода в пленке	58	3775	1818	3880	88	38	97
Вода гидратная (Н,О‘)	134	3835	1934	3942	89	39	99
Вода в каплях аэрозолей	230	3970	2253	4080	92	48	102

Табл. 3.3. Первые кванты и постоянные ангармонизма молекулы Н,О для раз-
личных агрегатных состояний.
3.3.4.	Модель физических процессов взаимодействия
излучения с водой

Зондирующее излучение, падающее на образец с чистой водой,
частично рассеивается, а в спектральном диапазоне, где существу-
ет резонансное поглощение в зависимости от частоты и уширения
спектральных линий уменьшается по закону:

Еп(\УЛУ0)=К0Ь,	(3.21)

где XV - падающее излучение; XV 0 - прошедшее излучение через сре-
ду; Ко - коэффициент поглощения слабого сигнала среды; Ь - длина
пути прохождения излучения.

В случае, когда насыщение коэффициента поглощения (для сла-
бого сигнала излучения) отсутствует, он дается выражением [3.20]:

К0=АВу(2]-1)8(ш, %, Дш)[М+|Г(Н)-МпЕ(])]/кТ,	(3.22)

где А - коэффициент спонтанного излучения Энштейна для моле-
кулы Н2О; В1, - вращательный квант энергии; 8(<о, а>0, Део - функция
формы линии уширения (поглощения); Й Ы - населенности коле-
бательных уровней п+1 и п; Р(]) - функция распределения населен-
ности молекул по вращательным подуровням; со - угловая частота
падающего излучения; соо - резонансная частота поглощения моле-
кулы воды; До» - уширение спектральной линии.

Функция 8(<о, <о0, Део) в уравнении (3.22) определяет форму
уширения линии. В сравнении с газом, где атомы (молекулы) могут
приобретать большую скорость и возникает эффект Доплера, приво-
дящий к неоднородному уширению линий, в жидкости, вследствие
сильных межмолекулярных связей, скорости молекул ограничены
и уширение линий можно считать однородным [3.32]. Поэтому вы-
бираем для функции 8(со, со0, До») Лоренцеву однородно уширенную
линию и окончательно для определения амплитуды и формы про-
шедшего через среду сигнала получим:

гп(\УАУ0)=Е^со/[^2+(ю- ш0)2],	(3.23)

где Р=АВу(2]-1)[Мп+|Р(]-1)-МпР(])]/кТ, - полууширение спектраль-
ной линии. Здесь коэффициент Р учитывает физические свойства
вещества (плотность, коэффициент преломления, диэлектрическую
проницаемость, дипольный момент молекул и т.д). Поскольку мы все
время подчеркивали, что речь идет о слабом сигнале зондирования,
разность населенностей фактически будет постоянной и не насыщать-
ся (поглощенные кванты постоянно будут переизлучаться другим мо-
лекулам в объеме среды и далее рассеиваться). По этой причине коэф-
фициент Р может определяться из спектральных характеристик воды,
если известна резонансная частота поглощения и полууширение спек-
тральной линии. Совместное использование формул (3.17а, 3.18, 3.23)
позволяет обрабатывать широкополосные спектры жидкостей.

3.3.5.	Методика обработки широкополосного спектра
чистой питьевой воды

При обработке широкополосных спектров жидкой воды, кото-
рые на самом деле состоят из множества тесно расположенных узко-
полосных линий, применение обычных методик разложения в ряды
Фурье или функций Гаусса совершенно неправомерно, поскольку
это приводит к неверным данным [2.27, 3.4], поэтому необходимо ис-
пользовать другие методы, привлекая дополнительную информацию.
Изложим методику обработки широкополосного спектра жидкой пи-
тьевой воды (не дистиллированной), приведенного на рис. 3.1а.

Обработка начинается с левого края спектрального диапазона
~4000 см 1. В этой зоне частот расположены поглощающие кванты
первых колебательных уровней гидратированной воды иона Н3О+
-3942 см1, поверхностной пленки -3880 см 1 и первый квант асим-
метричной моды объемной воды -3848 см 1 (см выше). Из вышепри-
веденных экспериментальных данных об уширении полосы дефор-
мационной моды -1665 см 1 (2^=15 см1) и полосы 5200 см 1 (2^=55
см '), а также, исходя из пропорциональности 2^ -V, определяется
уширение для кванта 3942 см 1 равное 2^=36 см1. Затем, используя
значения амплитуды поглощения излучения средой, снятые с графи-
ка на рис. 3.1а, определяется коэффициент Г в формуле (3.23). Далее
составляется следующая система трансцендентных взаимно заце-
пляющихся уравнений с использованием формулы (3.23):

^|/^0=ехр(-Гу|/^1)+ехр[-Гу1^/((у1-у,)2+^22)]+ехр[-Еу|^3/
((у,-у3)2+^32)],

»;/Ж0^/-^^/4^7-у/)2+е/2)]+ехр(-Гу,/^)+ехр[-Гу2^/
(О2-У3)2ч-^32)],

>У3АУ0=ехр[-Еу3^/((у 3-у|)2+^,2)]+ехр[-Еу3^/

((у3-У2)Ц22)]+ехр(-Еу3/^3),	(3.24)

где ур у2, у3 - соответствующие частоты 3942; 3880; 3848 см ';

^3 - полууширение линии; XV р ^2, XV 3 - амплитуды поглощения
излучения, снимаемых с графика для соответствующих частот. Си-
стема уравнений (3.24) решается итерационно независимо для каж-
дой из трех мод: симметричной, асимметричной и деформационной.
Вначале определяются значения ^3 и ^2/кТ для п-го колебатель-
ного уровня данной моды, начиная с первого. Затем по формуле (3.18)
вычисляются кванты колебательной энергии Ьу. для следующего по
порядку п+1-го колебательного уровня, при этом для значений их ан-
гармонизма используются величины, приведенные в табл. 3.3. Далее
с использованием выражения (3.17а) определяется значение энергии
п-го колебательного уровня соответствующей моды. Потом система
уравнений (3.24) используется для вычисления следующих по по-
рядку величин полууширения для п+1 и п+2-ых колебательных
уровней и весь процесс повторяется. При необходимости с учетом
заданной точности вычислений корректируются предыдущие значе-
ния для п+1-го уровня и итерационный процесс повторяется.

Результаты расчета энергетических колебательных уровней и
квантов перехода молекулы Н2О в диапазоне валентных колебаний
2874-^-3848 см-1 и деформационных в 1535^-1757 см1 в соответствие
с экспериментальным графиком на рис. 3.1а представлены в табл.
3.4, где приведены также экспериментальные данные линий резо-

п	11		К' кТ	Ьу, Ч	8	Ьу эксп.		^л	К' кТ	Ч	8л	Ч ЭКСП.
1а	3848	29	4	3848			1757	22	2,3	1757		
1с	3744	20	1,92	3744								
2а	7600	20	1,92	3752	+2,08	3750	3477	13	0,81	1720	+ 1,5	1710
2с	7401	19	1,73	3657	+0,18	3651						
За	11256	19	1,73	3656	+0,19	3620	5160	10	0,5	1683	+0,3	1660
Зс	10971	6	0,17	3570	+ 1,8	3560						
4а	14816	6	0,17	3560	+ 1,8	3520	6806	5	0,12	1646	+0,36	1645
4с	14454	3	0,043	3483	+0,16							
5а	18280	3	0,043	3464	+0,16	3450	8415	9	0,4	1609	-0,28	1620
5с	17850	3	0,043	3396		3380						
6а	21648	3	0,043	3368		3369	9987	21	2,1	1572	-1,7	1590
6с	21159	3	0,043	3309								
7а	24920	3	0,013	3272			11522	56	15	1535	-13,9	1550
7с	24381	4	0,077	3222	-0,04	3220						
8а	28096	5	0,12	3176	-0,08	3200						
8с	27516	7	0,24	3135	-0,16							
9а	31176	14	0,94	3080	-0,82							
9с	30564	17	1,39	3048	-1,15							
10а	34160	37	6,57	2984	-5,63	2960						
10с	33525	64	19,65	2961	-18,3	2900						
11а	37048	112	60,2	2888	-53,6							
11с	36399	118	66,78	2874	-47,1							
Табл. 3.4. Колебательные уровни Н,О(УЛ, IIс жидкой воды, рассчитанные по спектрограмме (рис. 3.1а): п - номер уровня; Лг,,	1п>Д - кванты излучения  (поглощения); Лг - экспериментальные резонансные линии поглощения (табл. 3.1); КА. %д- уширение линий; ^/кТ- сдвижка уровней: дА, де	изменения  колебательного кванта и сравнение их с экспериментам (табл.З.1): А - асимме- тричная мода; С - симметричная мода; Д - деформационная мода, см~'.												
нансных поглощений в жидкой воде, взятые из табл. 3.1. На осно-
вании данных этой таблицы рассчитаны одноквантовые и двухкван-
товые переходы между симметричной и деформационной, а также
между асимметричной и деформационной модами. Теоретические
данные по этим квантам энергии совместно с экспериментальными
резонансными линиями поглощения показаны в табл. 3.5^3.7. Кро-
ме того, для сравнения в табл. 3.8 показаны колебательные энерге-
тические уровни гидратных молекул Н2О, а в табл. 3.4а приведены
рассчитанные по формуле (3.17а) уровни молекул Н2О, ОН, О2, М2 в
газовой фазе, ОН в жидкости и Н2О в каплях аэрозолей.

п	Н2О (газ)			Н2О (в каплях аэро- золей, Д6к=230кДж/ моль)			ОН (газ)	ОН (жид.)	О, (газ)	Ч (газ)
	Ч	ч-	Ч.	Ч	ч	41	11	11	11	О
1	3756	3651	1595	4080	3970	2253	3737	3830	1557	2331
2	7417	7217	3156	8058	7848	4458	7389	7573	3102	4647
3	10983	10698	4683	11934	11634	6645	10956	11229	4635	6948
4	14454	14094	6176	15708	15328	8724	14438	14798	6156	9234
5	17830	17405	7635	19380	18930	10785	17835	18280	7665	11505
6	21111	20631	9060	22950	22440	12798	21147	21675	9212	13761
7	24297	23772	10451	26418	25858	14763	24374	24983	10647	16002
8	27388	26828	11808	29784	29184		27516	28204	12120	18228
9	30384	29799		33048	32418		30573	31338	13581	20439
10	33285	32685		36210	35560		33545	34385	15030	22635
11	36091	35486		39270	38610		36432	37345	16467	24816
12									17892	26982
13									19305	29133
14									20706	31269
15									22095	33390
16									23472	35496
17									24837	37587
18									26190	
19									27531	

Табл. 3.4а. Спектральные характеристики молекул Н2О, ОН, О„ IV,: 13, -
энергия колебательных уровней, см1; АС- энергия сжатия в капле.

Отметим здесь еще одну важную особенность расчетов колеба-
тельных уровней молекул Н2О в жидкой воде на основании экспери-
ментальных спектров поглощения: если прибавить к максимальной
энергии одиннадцатого уровня асимметричной моды 0(0,0,11 )=37048
см 1 колебательную энергию нулевых уровней 11(000)=4634,32 см1,
Переход	Энергия кванта		Переход	Энергия кванта	
	Расч.	Эксп.		Расч.	Эксп.
2*( 1 д)-— 1 а	334	-	2х(1д) —1с	230	200
2х(2д)—2а	646	-	2х(2д) —2с	447	450
2х(3д)—За	936	-	2х(3д) —Зс	651	
2х(4д)—4а	1204	1200	2х(4д) —»4с	842	800
2х(5д)—5а	1450		2х(5д)—5с	1020	1030
2х(6д)—6а	1674	1660	2х(6д) —6с	1185	1170
2х(7д)—7а	1876		2х(7д) —7с	1337	

Табл. 3.5. Возможные двухквантовые переходы между деформационной и ва-
лентными модами, см

то получим величину 11=41682,32 см 1 очень близкую к энергии дис-
социации молекулы Н2О на радикалы О и ОН (17О=41282 см1), что
еще раз подтверждает правильность полученных результатов.

Нужно подчеркнуть, что все выше проведенные расчеты энер-
гетических колебательных уровней для жидкой воды относятся к
температуре ~300°К, а в диапазоне изменения температур (Н100°С
отличия в значениях первых колебательных уровней и величин ан-

Переход	Энергия кванта		Переход	Энергия кванта	
	Расч.	Эксп.		Расч.	Эксп.
Зд—0	5160	5150-5205	За—6а	10392	10309
5д—0	8415	8333,8651	2с—5с	10449	10526
2а—0	7600	7690	4д—0	6806	6950
7д—Зд	6362	6212			

Табл. 3.6. Возможные внутримодовые переходы, см

гармонизма для симметричной и асимметричной мод составят 0,3%.
В то же время, для тех же характеристик деформационной моды из-
менения достигают уже 1,1%, поэтому при сравнении эксперимен-
тальных спектральных характеристик жидкой воды с расчетными
нужно об этом помнить. Подтверждением этому служит рис. 3.5, где
представлено экспериментальное поведение максимальной линии
поглощения третьего уровня деформационной моды (Н20(0,3,0)) в
зависимости от температуры. Видно, что в диапазоне от 10 до 60°С
она изменяется на 1,06% (отметим также и по этой величине хоро-
шее согласие расчета и эксперимента).
Переход	Энергия кванта		Переход	Энергия кванта	
	Расч.	Эксп.		Расч.	Эксп.
1д—*1с	1987		1д—>1а	2091	2120-^2130
2д—>2с	3924	3980	1д->3а	9499	9434
Зд—>2с	2241	2140-2187	2д—»1а	371	
4д—»2с	595	597,590, 570	Зд—»2а	2440	
2с—>5д	1014	1030	4д->2а	794	766
6д—*3с	984		2а—>5д	815	800
7д—»4с	2932	2900- 2960	6д—>3а	1269	1170, 1130,1200
Зс—>7д	551	550,570	7д—»4а	3294	3220
2д—»1с	267		За—>7д	266	
1д—*3с	9214		6д—»5а	8293	8260,8333
5с—»3д	12690	12870	2а—»7д	3922	3980
Табл. 3.7. Возможные одноквантовые переходы между деформационной и валентными модами, см~‘.					

3.4. Анализ спектральных характеристик жидкой воды с
точки зрения колебательно-неравновесного состояния

3.4.1.	Основные положения и обоснование спектральных
характеристик

Из табл. 3.4 следует главный вывод: в жидкой воде существуют
колебательно возбужденные молекулы Н2О вплоть до одиннадцатого
уровня и энергией до ~37000 см-1. Необходимо подчеркнуть, что в из-
ложенной теории и расчетной методике никаких подгонок нет. Факт
деформации молекулы Н2О в жидкости был подтвержден на большом
количестве экспериментальных данных в настоящей главе и главе 2.
На основании этих данных должна меняться соответственно сило-
вая постоянная и моменты инерции молекулы. В расчетной методике
проделано все строго и единственный произвольный параметр, кото-
рый был выбран на основе экспериментальных значений из научной
литературы, это полуширина колебательного кванта 3942 см-1, равная
36 см1. Но эта величина выбрана достаточно разумно, и вариации
ее в процессе расчетов в широком диапазоне показали слабое влия-
ние этого фактора. Из таблицы 3.4 видно, что полууширение спек-
тральных линий довольно значительно на «крыльях» распределения
спектрального диапазона валентных и деформационных колебаний и
уменьшается к центру спектра. Это уширение приводит, в общем - то
Уровень	ч ч	Ьуд  Ч		Ьул
1а	3942	3942	1934	1934
1с	3835	3835		
2а	7785	3843	3829	1895
2с	7581	3746		
За	11529	3744	5685	1856
Зс	11238	3657		
4а	15174	3645	7502	1817
4с	14806	3568		
5а	18720	3546	9280	1778
5с	18285	3479		
6а	22167	3447	11019	1739
6с	21675	3390		
7а	25515	3348	12719	1700
7с	24976	3301		
8а	28764	3249		
8с	28188	3212		
9а	31914	3150		
9с	31311	3123		
10а	34965	3051		
Юс	34345	3034		
Па	37917	2952		
Нс	37290	2945		
Габо. 3.8. Колебательные уровни Н,О (1)А, 11с 1!^ гидратной воды: НуЛ, Луг Луд-кван- ты излучения (поглощения), рассчитанные по спектрограмме (рис.3.1 а), см '.				

к незначительному умень-
шению (увеличению) энер-
гии квантов излучения за
счет величины дисперсии
^2/кТ, значения которой
приведены в шестой и две-
надцатой колонках табл.
3.4 со знаком плюс или
минус в зависимости от
того, что результирующая
величина в сумме соглас-
но формулы (3.18) может
прибавляться, либо отни-
маться. Ее влияние стано-
вится заметным только для
десятых-одиннадцатых
уровней валентных и седь-
мого деформационного ко-
лебаний.

В табл. 3.5+3.7 при-
ведены возможные одно-
квантовые и двухкван-
товые переходы между
колебательными уровнями
за счет поглощения (испу-
скания) кванта излучения,
а в табл. 3.4+3.7 показаны
для сравнения экспери-
ментальные резонансные
линии поглощения в жид-
кой воде из табл. 3.1 для
спектрального диапазона
800+12870 см1. Наблюда-

ется удивительно хорошее
совпадение фактически всех этих экспериментальных данных с рас-
четными. Этот факт не является случайным, тем более, если принять
к сведению, что опытные данные все разнородные, неизвестно при
каких условиях они получались, не учитывались ошибки измерений,
диапазон температур и т.д. Кроме того, и рассчитанные резонансные
линии не являются абсолютно точными, поскольку для реальной
молекулы Н2О величина ангармонизма всех колебательных мод мо-
жет отличаться от теоретически рассчитанных величин, по крайней
мере, на величину ±5 см1. Остальной диапазон экспериментальных
резонансных линий поглощения в жидкой воде 50+766 см 1 связан с
межмолекулярными взаимодействиями и будет объяснен в гл. 6.

Как видно из табл. 3.4, пики квантов поглощения располагаются
в диапазоне валентных колебаний 2874+3848 см 1 и деформационных
1535+1757 см 1 с интервалом 5+50 см 1 и, в принципе, они должны были
проявиться в спектре, а на самом деле реально снимается практически
сплошной спектр, за исключением центральной спектральной линии
деформационной моды 1650+1660 см '. Причем рассчитанные значения
уширений линий невелики (но они согласуются с существующими экс-
периментальными данными) и не могут объяснить образование сплош-
ных спектров. Попытаемся разобраться в этом вопросе более детально.

Во-первых, согласно существующей структурной модели воды
в ней кроме «каркасных» молекул тетрагональной кристаллической
решетки кластеров, количество которых составляет 75+80% имеют-
ся, так называемые, «свободные» молекулы Н,0 (20+25%), которые
находятся в пустотах каркаса и на периферии кластерных образо-
ваний. Количество водородных связей этих молекул с окружающи-
ми молекулами находится в диапазоне от нуля до двух. Вследствие
этого «конструкция» молекул будет менее сжата и, в соответствие с
вышеизложенным материалом, будет иметь другие геометрические
характеристики, силовую постоянную, а, следовательно, свой спектр
поглощения ИК излучения, сдвинутый относительно основной мас-
сы молекул на величину до 100 см1. Это хорошо видно из сравнения
поглощающих квантов молекул воды в газовой и жидкой фазах, при-
веденных в табл. 3.4 и 3.4а.

Во-вторых, в жидкой воде, включая и дистиллированную, всегда
присутствуют ионы, радикалы, газы: ОН, Н2, Н,О+, Н?О2, Н5О2+, НО2,
Н2О2. Ионы обычно всегда гидратированы молекулами воды, значи-
тельно более сильно деформированными, чем в растворе, поэтому
спектр их поглощения будет другим (см. табл. 3.8) и накладывается
на основной спектр. Для растворенных газов и кислород-водородных
радикалов также в каждом конкретном случае существует свой спектр
поглощения, влияющий на результаты измерений. Правда, необходимо
отметить, что амплитуда «пиков» поглощения данного сорта частиц в
соответствии с формулой коэффициента поглощения (3.22) будет за-
висеть от их количества, то есть от концентрации и населенности. По-
скольку относительная концентрация таких элементов в жидкой воде
обычно невелика (10'7+1 О'6) то и влияние будет слабое.

В-третьих, поскольку любой объем воды со всех сторон (вклю-
чая и стенки сосуда) окружен пленкой, в которой молекулы воды на-
ходятся в более сжатом состоянии по сравнению с объемной водой
и обладают своим спектром, сдвинутым относительно основного
на диапазон 0+30 см 1 (см. табл. 3.3), то даже при толщине пленки
100-5-200 А ее влияние будет значительным. Обычно это также связа-
но с условиями эксперимента - объем кюветы с образцом жидкости,
которая вставляется в измерительное устройство, невелик, и коли-
чество молекул воды пристеночных слоев составляет значительную
долю от общего числа по ходу зондирующего луча.

В-четвертых, в газовой фазе молекулы основное время находят-
ся в свободном состоянии и, вследствие разреженности газа и невы-
соких скоростей их в момент взаимодействия, деформация молекул
будет слабая. В жидкости, поскольку их основная масса связана меж-
ду собой достаточно жесткими знакопеременными силами (водород-
ными связями), то вследствие колебательных процессов деформация
молекул будет также подчиняться циклическому закону, то возрас-
тать, то уменьшаться. Таким образом, «конструкция» молекулы в
жидкости будет «дышать», следовательно, постоянно будут меняться
геометрические характеристики (полярный угол и расстояние ОН) и
силовая постоянная, что приведет к постоянно изменяющимся в не-
котором диапазоне спектральным характеристикам самой молекулы
Н2О («динамическое уширение спектральных линий»). Максималь-
ный диапазон отличия спектров свободной молекулы Н2О от моле-
кулы, находящейся в жидкости, составляет ~ 100 см-1 (см. табл.3.4 и
3.4а). Таким образом, если в жидкой воде в данное мгновение будут
существовать молекулы с характеристиками от свободной до макси-
мально деформированной, то их линейчатые спектры перекроются
практически полностью, и будем иметь сплошной спектр.

Проанализируем теперь заново с позиций рассчитанного мате-
риала экспериментальную спектрограмму на рис. 3.1а. Напомним,
что она была снята для обычной питьевой, очищенной с помощью
сорбентов от механических примесей, но не дистиллированной воды
хорошего качества. В такой воде всегда присутствуют ионы разных
сортов, которые гидратированы. В гидратных оболочках молекулы
Н2О значительно более сильно деформированы (энергия связей до-
стигает- 300 кДж/моль) по сравнению с молекулами объемной воды,
а, следовательно, большую величину будет иметь силовая постоян-
ная. Это вызовет сдвижку первых колебательных уровней энергии
таких молекул в сторону больших величин до —4000 см ’, а остальные
уровни, начиная со второго-третьего колебательного уровня, будут
близки к уровням молекул объемной воды в диапазоне добавочного
изменения от 0 до 50 см1. Поэтому огибающая спектра валентных
колебаний несимметрична относительно центральной линии в левом
«крыле» зависимости в диапазоне энергий квантов 3700+4000 см1.
Спектрограмма деформационных мод сравнительно узкополосная и
энергия квантов находится, в основном, в диапазоне 1600+1750 см1,
что говорит о заселенности колебательных уровней не выше пятого.
Для спектрограммы частот, так называемых, либрационных ко-
лебаний в диапазоне 400+1300 смхарактерна резкая асимметрия
огибающей кривой относительно вертикальной линии, проходящей
через «пик» наибольшей величины. Это наводит на мысль, что здесь
присутствуют спектры различных типов колебаний, разделенные
границей 740+760 см1. Действительно, как уже показано выше, для
вынужденных угловых колебаний молекул Н2О как целого под дей-
ствием водородных сил характерны резонансные колебания 282,450,
727 см-1 и различных их комбинаций в случае угловых вращений
кластеров сразу относительно нескольких осей. К этому же диапа-
зону следует отнести переходы молекул с состояний симметричной
и асимметричной мод на деформационную и наоборот: Ь^О^+п,
у2,у3) ^Н2О(ур у2 + ],у3); Н2О(у,, у2, у3+1)^Н2О(уру2 + ], у3), включая
одноквантовые: Зс—>7д; 2д—>1с; 4д—>2с; 2д—>1а; 4д—>2а; и двухкван-
товые: 2х(1д)—>1с; 2х(2д)—>2с; 2х(3д)—>3с; 2х(1д)—>1а; 2х(2д)—>2а
(см. табл. 3.5+3.7). Вторая часть диапазона спектрограммы, так на-
зываемых, «комбинированных» частот 760+1300 см1, как видно из
табл. 3.5+3.7, целиком относится к валентным колебаниям и связа-
на с переходами между деформационной и симметричной (асимме-
тричной) модами.

Анализ спектральных характеристик различных состояний жид-
кой воды, приведенных на рис. 3.1 и 3.2, показывает, что резонансные
линии максимального поглощения излучения в инфракрасном диапа-
зоне для них отличаются друг от друга, особенно для валентных ко-
лебаний. Так, для водопроводной воды, очищенной сорбентами (рис.
3.1а), линии максимального поглощения приходятся на диапазоны:
3400+3500, 1650+1660 и 700+800 см1; для дистиллированной воды,
обработанной импульсным периодическим магнитным полем (рис.
3.16), соответственно: 3660+3760, 2140+2190, 1640+1650 и 700+730
см1; для дистиллированной воды (рис. 3.2) 2970+2980, 3640+3660
и 3740+3760 см"1. Это означает, что в данных трех случаях молеку-
лы воды имеют различную степень колебательного возбуждения.
Действительно, наибольшая вероятность поглощения приходящего
кванта излучения молекулами воды будет осуществляться для одно-
квантовых переходов всех трех мод по квантовым реакциям [3.50]:
Н2О(у,, у2, у3)+Ьу—*Н2О(у,, у2, у3+1), Н2О(у,, у2, у3)+Ьу—>Н2О(ур у2+1,
у3), Н2О(ур у2, у3)+Ьу—>Н2О(у1+1,у2, у3), поэтому, если нижние коле-
бательные уровни Н2О оказываются заселенными, то спектр погло-
щения смещается в коротковолновую область (см. табл. 3.4). С этой
точки зрения для спектра воды, показанного на рис. 3.1а, за линии
максимального поглощения ответственны реакции:

Н2О(у,, у2, 4)+3464 см '-^СЧу,, у2, 5),
Н2О(4, у2, у3)+3396 см1—>Н2О(5, у2, у3),
Н2О(У,, з, у3)+1646 см1—Н2О(у,,4, V,),
Н2О(у,, 4, у3)+794 см-,->Н2О(у1, у2, 2).

Для дистиллированной воды, обработанной магнитным полем
(рис. 3.16):

Н2О(у,, у2, 1)+3752 см1—Н2О(ур у2, 2),
Н2О(1, у2, у3)4-3657 см1— Н2О(2, у2, у3),
Н2О(у,,1, у3)4-2091 см1—Н2О(у,, О, 1),
Н2О(ур 3, у3)+2241 см '- Н2О(2, 0, у3),
Н2О(у,, 4, у3)+794 см1—Н2О(у,, у2, 2).

Для дистиллированной воды (рис. 3.2) соответственно:
Н2О(у,,7, у3)+2932 см-'—Н2О(4, 0, у3),
Н2О(1, у2, у,)4-3657 см'1-» Н2О(2, у2, у3),
Н2О(ур у2, 1)4- 3752 см1— Н2О(у,, У2, 2).

Таким образом, для водопроводной воды, обработанной сорбен-
тами (рис. 3.1а), степень колебательного возбуждения молекул Н2О
оказывается существенно высокой, когда уровни симметричной и
асимметричной мод заселены вплоть до четвертого, а деформаци-
онной до третьего. В то же время для дистиллированной воды, об-
работанной магнитным полем, валентные моды заселены на первом
уровне, деформационная до третьего, а для варианта, показанного
на рис. 3.2, увеличивается населенность только деформационной
моды вплоть до седьмого уровня. На основании этого примера мож-
но сделать вывод: по спектральному составу поглощения излучения
жидкой водой с привлечением расчетных данных табл. 3.4 можно
определить степень колебательного возбуждения молекул Н2О.

Сравнение всех экспериментальных резонансных линий погло-
щения табл. 3.1 и расчетных значений, приведенных в табл. 3.4+3.7,
показывает, что все они относятся либо к внутримодовым перехо-
дам, либо переходам между валентными модами и деформационной,
но совершенно нет резонансных линий, соответствующих перехо-
дам между симметричной и асимметричной модами напрямую.
Этот факт, с одной стороны, согласуется с экспериментальными
данными колебательных переходов для молекулы Н2О в газообраз-
ной фазе [1.17], а с другой - подтверждает обоснование отсутствия
влияния друг на друга этих мод, заложенного в исходных предпо-
сылках расчетов.

Возникает еще один вопрос - какие закономерности лежат в
основе изменения колебательных уровней всех мод и величин их
ангармонизма молекулы Н2О при переходе от одного агрегатного со-
стояния в другое? Для этого рассмотрим несколько агрегатных со-
стояний воды и сравним значения колебательных уровней, рассчи-
танных в зависимости от геометрических характеристик молекулы
Н2О (табл. 3.9).
Из табл. 3.9 видно, что при переходе агрегатных состояний пар
(100°С) - вода жидкая (0°С) - гидратная вода (Н3О+) - колебатель-
ные уровни симметричной, деформационной и асимметричной мод
квантуются примерно целыми числами (1, 2, 5, 10) соответствую-
щих значений величин ангармонизма молекулы Н,О в газовой фазе.
Для агрегатных переходов состояний: вода жидкая (100°С) - вода
жидкая (0°) - лед I (0°) видно, что квантование между колебательны-
ми уровнями симметричной и асимметричной мод осуществляется
величиной -10 см1, а деформационной -19 см ', что, в свою очередь,
квантуется разностью величин ангармонизма симметричной и асим-
метричной мод молекулы Н2О в газовой фазе: Иу=Хд-Хс~9 см1.

Состояние воды	А	Ьу(	ЬДус =  Ьу-Ьу, 1	ЬДу(/  V	Ьуд	ЬДуд= Ьу-Ьу.,'	ЬДуу х„'	Ьу^	ЬДуд=  Ьу-Ьу/	ЬДуд/ х;
Пар(100°С)	0,958	3655	0		1595	0		3756	0	
Вода(100°С)	0,916	3738	83	0,976	1745	150	4,41	3841	85	0,904
Вода (0°С)	0,911	3748	93	1,094	1764	169	4,97	3852	95	1,01
Лед I (0»С)	0,906	3758	103	1,21	1783	188	5,53	3862	105	1,12
Вода гид. Н,О*	0,87	3835	180	2,12	1934	339	9,97	3942	186	1,979
Табл. 3.9. Влияние агрегатного состояния воды на первые колебательные уровни мо- лекулы Н,О (см') и закон их квантования, Хг'=85 см': Х.'=34 см'; X'=94 см'.										

Таким образом, разности энергий первых квантов колебатель-
ных мод воды разных агрегатных состояний квантуются величиной
их ангармонизма, причем с хорошей точностью, если учесть неопре-
деленность выбора между теоретическими расчетами и эксперимен-
том. Такая закономерность, по-видимому, не является случайностью:
величина ангармонизма колебательных уровней молекул и даже
разность между ними относятся к минимальному значению кван-
та внутренней энергии молекулы при переходе ее из одного агре-
гатного состояния в другое. Структура молекулы деформируется
ровно настолько, чтобы разность энергий колебательных уровней
квантовалась этой минимальной величиной, характерной для моле-
кулы данного вещества. В эту концепцию не укладывается величина
первого кванта 3880 см 1 для молекул воды, находящихся в поверх-
ностной пленке. Но это вызвано тем, что энергия внутренних свя-
зей молекул в поверхностной пленке определялась по интегральной
энергетической характеристике: экспериментально измеренному по-
верхностному натяжению некоторого слоя конечной толщины, кото-
рый рассчитывался теоретически. Если предположить, что энергия
связей между молекулами в приповерхностном слое такая же, как в
гидратной оболочке, то есть соответствует правилу квантования де-
фекта энергии при переходе в другое агрегатное состояние, то тогда
толщина поверхностного слоя должна уменьшится, а поверхностное
натяжение увеличиться.

3.4.2.	Квантовые переходы между колебательными
уровнями молекул воды в жидкой фазе

На основании рассчитанных данных таблиц 3.4-Н3.7 и экспери-
ментальных данных следует, что с большой вероятностью возмож-
ны переходы состояний молекул, в основном, между валентными и
деформационной модой. Однако, наблюдается близкое совпадение
квантов поглощения (испускания) для второго уровня симметричной
моды - 3655,18 см 1 и третьего уровня асимметричной моды - 3656,19
см1, в этом частном случае переходы возможны между разными мо-
лекулами Н2О. Запишем возможные квантовые переходы состояний
молекул между колебательными уровнями с минимальной разностью
энергий этих уровней (минимальным дефектом энергии ДЕд):

Одноквантовые переходы между двумя молекулами:

1.	Н2О(2,у2, 2)^Н2О(1, у2, 3)±ДЕ =1 см1,

2.	Н2О(3, 2, у3)^Н2О(4, 0,у3)±ДЕд=6 см	(3.25)

Двухквантовые переходы между двумя молекулами:

а) Между симметричной модой и деформационной

(туда и обратно):

3.	Н2О(4,4,у3)+Н2О(у,,1,у3)^Н,О(5,3,у3)+Н2О(у,,0,у3)±ДЕд=7 см ',

4.	Н,О(7,5,у3)+Н,О(у,,7,у3)^Н2О(8,4,у3)+Н2О(у,,6,у3)±ДЕд=9 см1,

5.	Н20(3,1,у3)+Н20(у|,2,у,)^Н20(4,0,у3)+Н20(у1,1,у,)±ДЕд=6 см1,

6.	Н2О(4,1 ,у3)+Н,О(у,,4,у3)^Н2О(5,0,у,)+Н2О(у1,3,у3)±ДЕд=7 см1,

7.	Н2О(6,4,у,)+Н*О(у,,6,у3)^Н2О(7,3,у3)+Н2О(у1,5,у3)±ДЕд=4 см1,

8.	Н20(5,6,у,)+Н20(у,,1,у3)^Н20(6,5,у3)+Н20(у1,0,у3)±ДЕд=20 см ',

9.	Н2О(4,3,у3)+Н2О(у|,2,у3)^Н2О(5,2,у3)+Н2О(у,,1,у3)±ДЕд=7см ',	(3.26)

10.	Н2О(5,5,у3)+Н2О(у,,2,у3)^Н2О(6,4,у3)+Н2О(у,,1,у3)±ДЕд=20 см1,

11.	Н2О(5,6,у3)+Н,О(у,,2,у3)±5Н2О(6,5,у3)+Н2О(у1,1,у3)±ДЕд=17 см ',

12.	Н2О(6,7,у3)+н‘О(у,,2,у3)^Н2О(7,6,у3)+Н2О(у|,1,у,)±ДЕд=ЗЗсм ',
13. Н2О(5,4,у3У+Н2О(у,,3,у3)^Н2О(6,3,у3)+Н2О(у,,2,у3)±ДЕд=20 см ',
14. Н2О(5,5,у3)+Н,О(у,,3,у3)^Н2О(6,4,у3)+Н2О(у,,2,у3)±ДЕд=17см ',
15. Н2О(6,7,у3)+Н2О(у,,3,у3)±5Н2О(7,6,у3)+Н2О(у1,2,у3)±ДЕд=4 см1,
16. Н2О(8,7,у3)+Н2О(у,,6,у3)^Н2О(9,6,у3)+Н2О(у|,5,у3)±ДЕд=59 см 1;

б) Между асимметричной модой и деформационной

(туда и обратно):

17.	Н2О(у1,5,5)+Н2О(у1,1,у3)^Н2О(у,,4,6)+Н2О(у1,0,у3)±ДЕд=2 см ',

18.	Н2О(у1,4,5)+Н2О(у1,2,у3)±5Н,О(у,,3,6)+Н2О(у1,1,у3)±ДЕд=2 см1,

19.	Н,О(у, ,4,7)+Н2О(у, ,7,у3)^Н2О(у, ,3,8)+Н2О(у, ,6,у)±ДЕд=5 см 1,
20. Н2О(у,,5,7)+Н2О(у|,6,у3)^Н2О(у,,4,8)+Н2О(у,,5,у3)±ДЕд=5 см1 ,
21. Н2О(у|,6,8>+'Н2(Ху|,7,у3)^Н2(Ху,,5,9>+'Н2О(у,,6,у3)±ДЕд=27 см',	(3.27)
22. Н2О(у1,3,4)+Н,О(у|,1,у,)±*Н2О(у|,2,5)+Н,О(у|,0,у,)±ДЕд=24 см
23. Н10(у|,7,6)+Н20(у,,1,у3)^Н20(у1,6,7)+Н20(у|,0,у,)±ДЕд=20 см ',
24. н’О(у|,6,6)+Н,О(у|,3,у,)^Н,О(у,,5,7)+Н,О(у|,2,у,)±ДЕд=17 см ',
25. Н2О(у|,7,8)+Н2О(у,,6,у,)±5Н2О(у1,6,9)+Н2О(у,,5,у,)±ДЕд=27см '..
Необходимо отметить, что, поскольку точность расчетов по выше
изложенной методике сравнима с величинами дефектов энергии этих
реакций, поэтому в реальном случае дефекты энергий ДЕд будут не-
сколько отличаться от приведенных в (3.25+3.2Т). Для того чтобы их
определить, надо проводить высокоточные экспериментальные ис-
следования. С другой стороны, известны резонансные линии погло-
щения жидкой водой излучения с длиной волны миллиметрового ди-
апазона и энергией квантов 1,26; 1,41; 1,68; 1,73; 1,79; 2,15; 2,18; 3,17;
3,5 см 1 (см. табл. 3.2), которые по порядку величины близки к дефек-
там энергий квантовых переходов (3.25-^3.27). Если воздействовать
на воду таким типом излучения (резонансными квантами равными
дефектам энергии этих переходов), то можно осуществлять перевод
молекулы из низшего колебательного состояния в более высокое. Та-
ким образом, на основании полученной теоретической информации о
возможных квантовых переходах между молекулами можно выдавать
практические рекомендации по их колебательной накачке.

Разберем фундаментальный вопрос о физических процессах в
такой системе колебательно-возбужденных молекул в жидкой воде,
когда на нее воздействуют, например, очень слабым переменным маг-
нитным или электромагнитным полем. Вначале вообще необходимо
понять, что происходит с молекулой Н2О, когда она из равновесного
состояния переходит в колебательно возбужденное. При колебатель-
ном возбуждении молекулы Н2О, когда энергия запасается на высо-
ких колебательных уровнях, должны перестраиваться ее электрон-
ные орбитали и существенно меняться распределение электронной
плотности, по крайней мере, верхних орбиталей. Действительно
этот факт подтверждается теоретическими расчетами “аЬ тИю"

а)	б)

Рис. 3.9. Распределение электронной плотности
колебательно-возбужденных молекул: а) Н,О (1,0,3) и б)
Н2О (0,0,4) газовой фазы (расчет "аЬ тШо ") [3.33, 3.34].

электронной плотно-
сти колебательно воз-
бужденной молекулы
воды [3.33, 3.34]. На
рис. 3.9 представлены
рассчитанные функ-
ции распределения
электронной плотно-
сти молекулы воды в
газовой фазе для двух
колебательно возбуж-
денных состояний: а)
для состояния Н20(0,0,4), то есть колебательно возбужденной засе-
лением с первого по четвертый уровень асимметричной моды при
нулевых заселениях остальных мод и б) Н2О( 1,0,3), в которой засе-
лен первый колебательный уровень симметричной моды, с первого
по третий уровень асимметричной моды, а деформационная мода
также не заселена. Рисунки выполнены в виде замкнутых изолиний
одинаковых значений электронной плотности, центром которых яв-
ляются все восемь электронов, имеющихся в молекуле Н2О. Ком-
поновка этих изолиний показывает одновременно и расположение
электронов (сгустков электронной плотности).

Из рисунка (3.9) видно, что, хотя величины колебательной
энергии для обоих состояний молекулы воды примерно одинако-
вы: 13(0,0,4)= 14454 см1; 13(1,0,3)= 14634 см1, но распределение
электронной плотности существенно различное. Если для молекулы
Н2О( 1,0,3) электроны компактно расположены по линии близкой к
окружности (в проекции на плоскость рисунка) вокруг некоторого
центра, то для возбужденного состояния Н20(0,0,4) наблюдается
резкая асимметрия расположения электронов и электронной плот-
ности вокруг них. Таким образом, из этих рисунков следует, что при
изменении колебательной населенности различных уровней молеку-
лы Н2О происходит существенное перераспределение электронной
плотности или, другими словами - перетекание части электронного
облака из одной части молекулы в другую.

Рассмотрим процесс обмена энергией между колебательными
уровнями всех трех мод молекулы Н2О. Как только что мы устано-
вили, жидкая вода является системой, состоящая из молекул, нахо-
дящихся в колебательно-неравновесном возбужденном состоянии. В
таких системах при наличии ангармонизма колебательных уровней
всегда идет процесс У-У обмена (у1ЬгаНопа1 - уН>гаНопа1 ехсИап^е),
приводящий к отклонению от равновесного на верхних колебатель-
ных уровнях распределения населенностей (типичный пример - по-
явление распределения населенности Тринора на колебательных
уровнях молекул СО и СО2 в газовых лазерных средах). В этом слу-
чае при столкновении молекул, либо излучательно - поглотительным
путем кванты колебательной энергии с нижних уровней будут пере-
даваться на верхние, а дефекты энергии (разность энергии между
квантами) переходят в кинетическую энергию молекул и рассеива-
ются в окружающую среду. То есть здесь действует основополагаю-
щий закон физики и термодинамики - стремление системы частиц
к состоянию с минимальной потенциальной (в данном случае запа-
сенной колебательной) энергией. Процесс идет тем более эффектив-
но, чем меньше дефект энергии между уровнями или имеется канал,
куда излучательно может отводиться эта разность энергий. Этот про-
цесс прекращается при полном насыщении верхних колебательных
уровней, которые согласно экспериментальным данным для моле-
кулы Н2О в жидкой фазе при ЗОО°К ограничены числом 10-^11 для
асимметричной и симметричной моды и 7 - для деформационной.
Это нетривиальный вывод, но он получен на основании опытных
данных спектрограммы для жидкой воды (см. табл. 3.4 и рис. 3.1а)
и объясняется достаточно просто - заселение более высоких колеба-
тельных уровней в среднем приводит к диссоциации молекулы Н2О.

Рассмотрим схему квантовых переходов (3.25+3.27) между всеми
тремя модами, представленную схематично на рис. 3.10. На ней при-
ведены колебательные уровни трех мод молекулы Н2О и стрелками
показаны переходы состояний, которые имеют наибольшую вероят-
ность, исходя из минимальных значений дефектов энергий реакций
(3.25+3.27). Наибольшей энергоемкостью в молекуле Н2О обладают

0----------------------------------- 0

Рис. 3.10. Схема колебательных уровней молеку-
лы Н2О и наиболее вероятных переходов между
ними.

симметричная и антисимме-
тричная моды, и если оказы-
вается, что ансамбль молекул
находится в неравновесном
колебательно-возбужденном
состоянии, то начинает идти
конкурирующий процесс
У-У накачки между этими
двумя модами. Это обуслов-
лено тем, что квантовые пе-
реходы, как уже говорилось
выше, разрешены только по-
парно между симметричной
и деформационной модами
(туда и обратно), а также
между антисимметричной
и деформационной (туда
и обратно). Возможен, по-
видимому, один канал пря-

мого обмена энергией между ними (вторым уровнем симметричной

моды и третьим уровнем антисимметричной моды, вследствие пол-
ного совпадения резонансов (см. табл. 3.4), но для этого необходимо
экспериментальное подтверждение такого факта.

За счет У-У процессов кванты энергии, например, начинают
переходить с деформационной моды на симметричную, заполняя ее
и опустошая свою. При этом будут происходить, в основном, двух-
квантовые переходы, поскольку квант деформационной моды при-
мерно в два раза меньше кванта симметричной (или антисимметрич-
ной моды). Если асимметричная мода заполнена полностью, то с нее
энергия начинает перетекать на деформационную, заполняя ее, по-
скольку при наличии резонансных переходов «пустые емкости» в си-
стеме существовать не могут (энтропия системы должна возрастать),
и, таким образом, энергия будет перетекать с антисимметричной
моды на симметричную до тех пор, пока не произойдет полное засе-
ление свободных уровней симметричной моды, а затем весь процесс
пойдет обратно. Это связано с тем фактом, что число разрешенных
переходов (с минимальным дефектом энергии ДЕ ) с симметричной
моды на деформационную и обратно составляет 15 (3.25-^3.27), в то
время как с деформационной на антисимметричную и обратно только
9, кроме того, в реакциях этих типов разные дефекты энергии ДЕд.

Обобщая все выводы, можно сказать, что происходит колеба-
тельный процесс такого типа: заселяется симметричная мода до
уровня насыщения, а градиент распределения колебательной энер-
гии, определяющий вероятность У-У процесса накачки, уменьшает-
ся, в это время колебательные уровни асимметричной моды осво-
бождаются, градиент распределения колебательной энергии для нее
увеличивается, следовательно, возрастает вероятность ее У-У накач-
ки. Начинается процесс переходов квантов энергии с симметричной
моды на деформационную, но, поскольку «емкость» ее небольшая
(всего -14% по сравнению с общей энергоемкостью молекулы), то
этот процесс по времени затягивается, пока энергия с деформацион-
ного уровня не перейдет на асимметричную моду. Происходит про-
цесс перекачки энергии с симметричной моды через деформацион-
ную моду на антисимметричную до ее насыщения. Далее переход
колебательной энергии происходит в обратном направлении по тому
же пути. Такой колебательный процесс постоянно будут подталки-
вать различные внешние (очень слабые) воздействия, например, пе-
ременные электрические, магнитные, акустические поля.

Эту колебательную схему удобно представить в виде электриче-
ской ЬС цепочки, показанной на рис. 3.11. Емкости конденсаторов
Ср С2, С3 представляют
собой емкости энер-
гии соответствующих
мод, индуктивности Ц
- энергию поляризации
молекул Н2О; АУ - энер-
гия, которая черпается
за счет внешних воздей-
ствий (магнитные, элек-
трические, акустические

поля). Частота колебаний в таком контуре определяется: у3=1 /[1Э,С ] С2/
(С|+С2)]1/2; у=1/[П3С3С2/(С3+С2)]1/2. Здесь предполагается, что коле-

Рис. 3.11. Модельная электрическая схема колебатель-
ного процесса перехода энергии .между .модами моле-
кулы И,О (у V, V*)
бательные контура связаны между собой только за счет изменения
емкости «конденсатора» С2, то есть зависят от степени заполнения
энергией деформационной моды. Емкости системы можно предста-
вить в виде С=С0|[п-0,0116п(п-1)]; С =С02[]-0,0Ю5](]-1)]; С=С03[1-
0,01261(1—1)], где п,], 1 =1, 2, 3... - номера колебательных уровней в
разных модах. Чтобы решить такую задачу необходимо знать экспе-
риментальные константы скоростей передачи энергии между различ-
ными уровнями, которые к настоящему времени неизвестны.

Здесь описана идеализированная схема перехода колебательной
энергии с одной моды на другую в одной молекуле. На самом деле в
передаче энергии в реакциях (3.25+3.27) участвуют обязательно, по
крайней мере, две соседние молекулы воды, которые обменивают-
ся излученными квантами энергии. Но запись реакций (3.25+3.27) в
виде двух молекул также условна, поскольку вероятность двухкван-
тового обмена между двумя молекулами невелика. В реальности в
жидкой воде, в связи с плотным расположением молекул, на каждую
из них попадает большое количество разных излученных квантов
энергии из всего ансамбля окружающих молекул, благодаря чему,
вероятность «выбора» подходящего кванта для протекания данной
реакции существенно возрастает.

Очень важное значение в этой колебательной схеме имеет факт
наличия жидкокристаллической решетки кластеров в воде. Как уже
говорилось выше, достаточно сильные водородные связи обеспечи-
вают малую амплитуду колебаний молекул, малую их кинетическую
энергию и, как следствие, малый допустимый дефект энергии ДЕд для
протекания реакций перехода энергии между колебательными уровня-
ми. Для «свободных» молекул в жидкой воде, а также при разрушении
кристаллической решетки кластеров кинетическая энергия молекул
резко возрастает, что увеличивает допустимый дефект энергии ДЕд в
реакциях колебательных переходов, и основная масса колебательной
энергии будет релаксировать в тепло. Поэтому колебательная энергия
в жидкой воде будет запасаться, в основном, в «каркасных» молекулах
кристаллической решетки кластеров. У такой колебательной системы
с большим количеством путей перехода колебательной энергии (25 ре-
акций) естественно должно быть много резонансных частот, которые
будут близки по величине к их дефектам энергий ДЕд.

3.5.	Релаксационные процессы колебательной энергии
в жидкой фазе воды

В научной литературе выражение релаксация, релаксационные
процессы употребляют в самых различных смыслах: как установле-
ние термодинамического равновесия системы; переход электронной,
вращательной, колебательной энергии в поступательную энергию
атомов, молекул; взаимодействие электронных орбиталей; перерас-
пределение энергии внутри системы и т.д. В данной книге под сло-
вом релаксация будем понимать только процессы перехода колеба-
тельной энергии молекул в кинетическую. Такие процессы в газовой
колебательной неравновесной кинетике называют У-Т- релаксацией,
а процессы перераспределения колебательной энергии при обмене
квантами света между молекулами - У-У обменом.

3.5.1.	Теоретический анализ релаксационных процессов

При обмене колебательной энергией между модами в молеку-
лах остаток энергии (разность между энергиями обменивающихся
квантов, или дефект энергии ДЕд) должен переходить либо в кине-
тическую энергию движения молекулы, либо в другой квант колеба-
тельной энергии этой же или соударяющейся с ней другой молекулы.
Если в газовой фазе (особенно разреженной) молекула может при-
обретать большие скорости, большие кинетические энергии и при
столкновении быстро передавать ее соседним молекулам, то в жид-
кости ситуация иная. Прежде, чем перейти к анализу релаксацион-
ных процессов в жидкости покажем интересные закономерности их
для газовой фазы молекул Н2О.

В книге [3.20] приведен вывод, основанный на эксперимен-
тальных измерениях константы релаксации молекулы СО2 в газовой
фазе: столкновения колебательно-возбужденных молекул, в которых
избыток энергии ДЕд намного превышает кинетическую энергию
молекулы (кТ) имеют очень малые вероятности переходов (релак-
сации колебательной энергии). Чем больше ДЕд/кТ, тем медленнее
релаксация колебательной энергии. Подобная закономерность про-
слеживается и для молекул воды, что подтверждается на экспери-
ментально измеренных константах релаксации Н2О для разных мод
колебательных уровней. Приведем некоторые экспериментальные
данные по измерению констант релаксации различных колебатель-
ных мод молекулы Н2О при столкновении ее с молекулами воды в
газовой фазе по следующим реакциям [3.51, 3.52, 3.53].

1)	Н20(0,0,4)+Н20=>2Н20+ДЕд= 14454 см1

2)	Н20(0,2,0)+Н20=>Н20(0,1,0)+Н20(0,1,0)+ДЕд=-39 см~'

3)	Н20(0,2,0)+Н20=>Н20+Н20(0,1,0)+ДЕд=1556 см~' (3.28)

4)	Н20(0,1,0)+Н20=>2Н20+ДЕд =1595 скг1

5)	Н20(у1,0,у3)+Н20=>2Н20+ДЕд =3756 (3651) см1.

Константы релаксации этих процессов, полученные в несколь-
ких работах, показаны в табл. 3.10. Из данных этой таблицы видно,
что время релаксации колебательных процессов по реакциям 2^-5
Номер реакции	1	2	3	4	5	Литература
Константа релаксации, Кр хЮ " см’/молек./сек.	22	12,1  9,1	12,1  9,1	5,4  5,5-9,1	2,2  3	3.51,3.52,  3.53
Время релаксации, * 1010 сек.	2,4	4,4  5,9	4,4  5,9	10  9,8-5,9	24  18	3.51,3.52  3.53
Вероятность процесса, 1пРу	-	0,6	0,6	0,27	-	3.52
Табл. 3.10. Константы, времена релаксации и вероятности процессов (3.28).						

для всех мод, действительно, зависит от дефекта энергии ДЕд - чем
выше он, тем меньше вероятность процесса и наоборот. Кроме того,
наблюдается закономерность: вероятность релаксации увеличивает-
ся для четных значений (2 и 4) квантов колебательной энергии (для
реакций 1, 2). Это связано с тем фактом, что в момент столкновения
молекул Н2О, в силу водородных связей О...Н, возможно образова-
ние долгоживущего комплекса типа димера (Н2О)2, а энергия взаимо-
действия в таком димере составляет ~18 кДж/моль =1505 см 1 [3.35].
Если дефект энергии существенно меньше энергии связи комплекса,
то такой димер может существовать неопределенно долго, колеба-
тельная энергия перераспределяется между молекулами и при его
развале она переходит в кинетическую, то есть процесс этот доста-
точно длительный. В случае когда дефект энергии больше энергии
связи молекул в димере, то он разваливается быстро, то есть скорость
релаксации высокая. Кроме того, в этих процессах наблюдаются яв-
ления резонанса: если дефект колебательной энергии квантуется на
две примерно равные величины, то обе разлетающиеся молекулы
приобретают одинаковую кинетическую энергию, и вероятность та-
кой реакции высокая, в противоположном случае вероятность суще-
ственно ниже (на порядки).

В двух независимых экспериментальных работах [3.52, 3.53]
были получены одинаковые результаты: отношения констант ре-
лаксации двух реакций №3 и 5 (3.28) равны Крз(2уд)/Крз(уа)=4,03 и
Кр5(2уд)/Кр5(уа)=4,14. Поскольку, как уже говорилось выше, скорость
релаксации определяется количеством молекул, имеющих кине-
тическую энергию равную энергии этих квантов 2Ьуд=3 153 см 1 и
Ьуа=3756 см1, то для определения этой закономерности воспользу-
емся распределением Больцмана по кинетическим энергиям атомов
(молекул) (3.10). Вычисления по ней для двух квантов 2Ьуд и Ьуа
дают величину отношений вероятностей релаксации Ру(2уд)/Ру(уа)=
16,6. С другой стороны, вероятности процессов релаксации и ско-
ростные коэффициенты пропорциональны средним частотам стол-
кновения частиц, которые определяются: у'=М08<У> ~ М08<Пк'/2>,
где: 3 - сечение взаимодействия частиц; <У> - средняя скорость; 11к
- их кинетическая энергия. Таким образом, действительно получаем
величину Кр5(2уд)/КР5(уа) близкую к экспериментальной:

Кр(2уд)/Кр(уА)~[Ру(2уд)/Ру(уА)]|2=[ 1,6х 10 */107]12=4,07.	(3.29)

В научной литературе, когда возникает вопрос о времени лю-
бых релаксационных процессов в жидкой воде, приводят, обычно,
цифры 10"-1012 сек и считается, что более длительных времен нет.
Чтобы разобраться в этой проблеме выпишем для сведения времена
некоторых процессов, происходящих в жидкой воде, определенные
экспериментально для температуры ~20°С, взятых из работ [1.7,
1.12, 3.8, 3.22, 2.11, 1.19, 2.41, 3.31, 3.37, 3.38] (табл. 3.11). Еще раз
необходимо подчеркнуть принципиальное различие поведения мо-
лекул в жидкости (воде) и газовой фазе. Если в газе молекула всегда
ведет себя, как независимая частица, имеющая вектор скорости (им-

№	Характеристика процесса	Время т, сек
1	Дисперсионная флуктуация электронной плотности	0,33x10 13
2	Время релаксации упругой объемной вязкости	0,5x1012
3	Время релаксации упругой сдвиговой вязкости	0,65х Ю12
4	Период либрационных колебаний	0,5х 1012
5	Время ориентационной релаксации диэлектрической постоянной	8,5Х1012  -2,4x10’
6	Время электронной релаксации диэлектрической постоянной	0,53х 1012
7	Период одного колебания при распространении звуковых волн	10"
8	Время затухания акустических колебаний	1,7х1012
9	Время переориентаций и трансляционных перемещений молекул	>10"
10	Среднее время жизни иона Н* (Н3О')	2,2x1012
11	Среднее время жизни иона ОН	4х 1012
12	Среднее время жизни возбужденного электронного состояния	10"
13	Время жизни электрона в воде вследствие его сольватации	10"
14	Время диэлектрической релаксации для льда I	1,5x10’
15	Время перестройки электронных орбиталей молекулы	10"-1 о-7
16	Время протонного обмена между молекулами	3,8x10"
17	Характерное «время жизни» водородной связи	(1,1-1,5)хЮ3
Табл. 3.11. Характерные времена некоторых процессов, происходящих в жидкой воде.		
пульс), кинетическую энергию, и она движется по прямой линии от
одного соударения до другого, то в жидкости вследствие сильных
водородных связей Ин~21 кДж/моль происходят сугубо, в основном,
колебательно-вращательные периодические движения (за время су-
ществования водородной связи).

Тогда времена процессов №2^9, приведенные в табл. 3.11, можно
рассматривать как периоды колебаний молекулы Н2О в жидкокристал-
лической решетке. В этом случае максимальная энергия колебательно-
го кванта, например, для т=0,5 х 1012 сек будет составлять ~67 см 1, что
значительно меньше «кванта» кинетической энергии кТ=208,5 см '.
Как раз в этом и кроется причина малого времени протекания процес-
сов №2<-9, и применять их для объяснения релаксации колебательных
квантов энергии молекул Н,О( 1600^37000 см ') просто нельзя.

Дисперсия флуктуаций электронной плотности (процесс №1)
напрямую связана с временем перестройки электронных орбиталей
(о чем говорилось выше) и именно она определяет энергию водород-
ных связей, число которых, в связи с плотной упаковкой молекул в
кластере жидкости, строго определено кристаллической структурой
и произвольно увеличиваться не может. Поэтому этот фактор кана-
лом релаксации больших квантов энергии служить не может (иначе
жидкость самопроизвольно распалась бы на молекулы).

Для того чтобы каким-то образом оценить времена релаксации
колебательной энергии молекул Н2О в жидкости на нулевой уро-
вень, то есть переход ее в кинетическую (потенциальную) энергию
осцилляторов в жидко-кристаллической решетке кластера необ-
ходимо определить функцию распределения молекул в жидкости
по кинетической (потенциальной) энергии. Обратимся для этого к
функции распределения
атомов кислорода в жидкой
воде, неоднократно экспе-
риментально измеренной
с помощью метода ЯМР с
очень хорошей точностью
и представленной в ряде ра-
бот [2.2, 3.39, 3.40]. Пример
такого распределения поло-
жения атомов кислорода в
жидкой воде показан на рис.
3.12 [3.40]. Из рисунка вид-
но, что функция достаточно
«острая», явно не больцма-
новского типа и очень хо-
рошо описывается законом

Рис. 3.12. Функция радиального распределения
атамов кислорода в жидкой воде (25"С): 1 - экс-
перимент; 2 -расчет [3.40].
нормального распределения ошибок типа: §(Коо)=ехр[-0,5((Х-х)/
О2]/(^(2п)1/2) в диапазоне расстояний между атомами кислорода 2,6
А<К<3,3 А. Здесь сю)/2 - определяется на половине высоты
максимума кривой, отсчитываемого от линии параллельной оси аб-
сцисс и проведенной касательно к первому правому минимуму, при
этом среднее расстояние в жидкости между атомами О составляет
2,9 А. Полная ширина функции распределения по данным трех экс-
периментальных работ [2.2, 3.39, 3.40], соответственно, составляет
0,364 А; 0,286 А и 0,31 А, поэтому примем для дальнейших расчетов
значение Д^КдД^ЧХЗ А, а у основания кривой, то есть для мак-
симально возможного отклонения атомов О от среднего положения
Ав^оД^бА.

Взаимодействие молекул воды между собой можно условно
представить как цепочку осцилляторов пар молекул 1 и 2; 2 и 3; 3
и 4; 4 и 5 и т.д., которое определяется водородными связями (пру-
жинками) (см. рис. 3.13). В процессе их резонансного влияния, ког-
да, например, «пружинка» осциллятора 4^-5 сжимается, то не толь-
ко перемещается молекула 4, но и весь осциллятор 3-4 на половину
амплитуды Д§(К )/2. Поэтому собственные амплитуды каждого
осциллятора будут в два раза меньше наблюдаемого на рис. 3.13.

Чтобы определить по-
тенциальную энергию осци-
ллятора для димера моле-
кул Н2О, отвлекаясь пока
от общей колебательной
системы, которую можно
принять за некую большую
массу, используем выраже-

ние для энергии осциллятора Окол=К.с(Х-х)2/2 [1.20], где Кс - сило-
вая постоянная, определяемая из формулы (3.1). Воспользовавшись
расчетным значением резонансной частоты колебаний молекул в
кристаллической решетке 175 см 1 [1.20], проверенной эксперимен-
тально [3.17,3.18], получаем для димера молекулы воды Кс=32,66
Н/м. Тогда для	и /=2,9 А значение потенциальной энер-

гии (а, следовательно, и кинетической [1.2]) равно П|/2=185 см-1 и
Чо=740 см1. Таким образом, из экспериментальных данных рабо-
ты [3.40] получено, что средняя кинетическая энергия молекул Н2О,
участвующих в колебательных взаимодействиях между собой, равна
185 см1 (при ~25°С). Это близко к колебательному кванту 175 см-1
и кинетическому «кванту» 208,5 см'1, а максимальное значение ки-
нетической энергии кластеров не превышает величины 740 см1, что
согласуется со спектрограммой на рис. 3.1а и выводами о принад-
лежности ее к вынужденным колебаниям кластеров в жидкости.

Двоо

1	2	3	4	5

Рис. 3.13. Схема колебаний молекул воды в жидко-
кристаллической решетке.
На основании этих данных определим величину дисперсии или
полууширения кривой распределения молекул Н2О в жидкости по
кинетическим энергиям в виде нормального закона распределения
ошибок:

ё(Ик)=( 1/(2л)‘ ^)ехр[-((Нк-кТ)/^].	(3.30)

За среднее значение кинетической энергии молекул жидкости
принимаем величину, которую измеряет термометр. Величину по-
лууширения в формуле (3.30) можно определить, например, аппрок-
симируя с учетом нормировки кривую распределения §(К(Х)), при-
веденную на рис. 3.12, по среднему значению энергии 4 =185 см '.
Тогда получаем ^кср=20 см ', а по максимальному значению 4о=74О
см ', соответственно, ^КМАХ= 218 см '. Наиболее достоверное значе-
ние полууширения функции распределения - это ^КСР=20 см ', чему
соответствует общее среднестатистическое наиболее вероятное рас-
пределение молекул Н,0 в жидкой фазе по кинетическим энергиям,
но чтобы заведомо избежать ошибок при оценке времен релаксации
колебательной энергии используем в расчетах также и наихудший
вариант МАХ=218 см', который, в принципе, маловероятен, но га-
рантирует от предвзятого подхода к этой проблеме.

Рассчитаем времена релаксации трех нижних колебательных
уровней молекулы Н2О в жидкости асимметричной моды 3848 см ',
симметричной 3744 см 1 и деформационной 1757 см '. Для этого,
определив функции распределения для жидкости (3.30) и газа (3.10),
затем по формуле (3.29) находим константу релаксации колебатель-
ной энергии в жидкости по известным экспериментальным данным
констант релаксации молекулы Н,0 в газе (табл. 3.10). Результаты
этих расчетов приведены в табл. 3.12.

Уровень колебатель- ной энергии, см 1	Жидкость				Гат	
	с.и =218 см '		4к(р=20 см '		Ру’	трм, сек
	р ж	’сек	р ж	тн,г сек		
3850	4,2x1 О*2	1,3х 10'7	9x10'74'1	8х 101'"'2	0,22x10-’	2,4x10-’
3742	2,3x10”	7х Ю'4	4,5x10647'	1,5x10’461	0,36x10’	2,4x10’
1757	1,9x10 14	1,3x105	2,2x1074'1	2x10м4	3,46x10*	10’

Табл. 3.12. Рассчитанные вероятности Р,. и времена релаксации трр1 первых
колебательных уровней .молекулы Н,О в жидкости и сравнение их с данными
в газовой фазе.

Видно, что для наиболее вероятного значения СР=20 см 1 вре-
мена релаксации с первого колебательного уровня всех трех мод мо-
лекулы Н О в идеально чистой жидкости чудовищно большие трЕЛ=
Ю65О-1О3б4осек,то есть, фактически, релаксация колебательной энер-
гии (У-Т процесс перевода ее в тепло) равна нулю, что связано с вы-
бором функции распределения молекул по энергиям.

В данном случае расчет велся, основываясь сугубо на экспери-
ментальной кривой распределения атомов кислорода в жидкой воде,
а поскольку молекулы постоянно колеблются в жидкости, то с высо-
кой точностью измерялись средние амплитуды колебаний. Поскольку
потенциальная (кинетическая) энергия осциллятора пропорциональ-
на квадрату этих амплитуд, то фактически это экспериментально
определенное распределение является функцией распределения по-
тенциальной энергии молекул в жидкости. Для такого распределения
вероятность наличия молекул Н,0 в жидкости с энергией, например,
700 см 1 крайне мала и составляет несоизмеримо малую величину
-101000. Приведенные оценки по цифрам времен релаксации нельзя
воспринимать как конкретные расчетные данные, которыми можно
пользоваться на практике. Но они показывают действительно воз-
можность увеличения времен релаксации колебательной энергии в
жидкости на десятки порядков, по сравнению с газовой фазой, что
наблюдается на практике громадного количества опытных данных,
о чем будет изложено ниже.

Проведем дополнительно качественный анализ релаксационных
процессов колебательной энергии в жидкой воде, основываясь на за-
конах статистической вероятности. Для того чтобы с самого нижнего
колебательного уровня деформационной моды произошла релакса-
ция колебательной энергии в кинетическую, то есть в тепло, необхо-
димо, чтобы этот квант энергии разделился на 1757/208,5=8,4 частей
и эти «кинетические кванты» кТ переданы сразу в одно мгновение
девяти молекулам Н,О. Для нижнего кванта асимметричной моды
энергия должна делиться на 3848/208,5=18,5 частей, то есть долж-
ны происходить очень маловероятные многоквантовые переходы.
Из неравновесной колебательной кинетики газовых сред разрядных
и лазерных устройств на основании большого фактического мате-
риала по измерению констант релаксации и передачи колебательной
энергии между уровнями вероятность двух- и трех- квантовых пере-
ходов обычно в 103-5-106 раз меньше, чем для одноквантовых перехо-
дов [3.50]. Поэтому даже на основе этих фактов можно утверждать,
что вероятность девяти или девятнадцати квантовых переходов бу-
дет крайне низка. Кроме того, в жидкости каждая молекула окру-
жена в первой координационной сфере только четырьмя соседними
молекулами и девять или девятнадцать молекул собраться вместе и
контактировать не могут. Даже в случае наиплотнейшей упаковки
молекул, которая существует в гидратных оболочках ионов, макси-
мальное количество контактирующих молекул друг с другом через
атом иона не превышает семи. Таким образом, можно сделать вывод,
что прямой канал релаксации колебательных квантов в тепло (в иде-
ально чистой воде) имеет практически нулевую вероятность.

До сих пор мы рассматривали воду как идеальную жидкость
без инородных включений. На самом деле в ней всегда присутству-
ют растворенные вещества, газы, механические примеси, пузырь-
ки, ионы и т.д., объемная жидкость контактирует со всех сторон со
стенками сосуда, поверхностной пленкой. Все твердые гидрофиль-
ные частицы, ионы, пузырьки, присутствующие в воде, окружены
пленкой из одно или двух мономолекулярных слоев молекул Н2О,
энергия связей которых может достигать 300 кДж/моль. Эти моле-
кулы будут иметь свой, отличный от молекул объемной фазы спектр
поглощения и колебательных уровней, не совпадающих между со-
бой. В этом случае при взаимодействии молекул объемной воды с
гидратными будет происходить частичная релаксация колебательной
энергии в тепло, за счет дефектов энергии ДЕд квантовых переходов
между ними, которые меньше «кванта» кинетической энергии кТ.
То же самое происходит при контакте молекул объемной воды с мо-
лекулами инородных растворенных веществ, радикалов типа ОН, О,
Н, НО2, Н2О,, углеводородов, сернистых соединений и т.д.

Растворенные газы в зависимости от их сорта действуют по раз-
ному. Газы, молекулы которых не образуют прочных соединений с мо-
лекулами воды, например, инертные типа Аг, Кг, Хе, имеющие полно-
стью заполненные электронами внешние орбитали, попадая в пустоты
каркасной тетраэдрической структуры, вытесняют оттуда «свободные»
молекулы воды, «распирают» изнутри и ужесточают кристаллическую
решетку. Это приводит к уменьшению амплитуды колебаний молекул
Н2О в межмолекулярных связях, уменьшению кинетической энергии,
а, следовательно, к уменьшению релаксации колебательной энергии
молекул воды. В конечном итоге для оптимальной концентрации таких
растворенных газов происходит увеличение населенности верхних ко-
лебательных уровней на порядки, что подтверждается большим коли-
чеством экспериментальных фактов (будет обсуждаться ниже).

Молекулы других газов, таких как, например, О2, 14 , Н, могут
запасать колебательную энергию на уровнях близких к уровням мо-
лекулы Н,О. Так у молекулы О, близко резонансными уровнями (где
дефект энергии меньше энергии кТ) являются: №1,5, 7, 12, 17, 19, 22,
а у молекулы 1Ч2 соответственно: №3, 5, 8, 11, 14, 15 (см. табл. 3.4 и
3.4а). В других процессах У-У передачи колебательной энергии между
молекулами воды эти газы могут служить релаксантами ее в тепло.

Наличие пузырьков в жидкости, включая, так называемые «баб-
стоны» (см. гл. 2), также будет приводить к релаксации колебатель-
ной энергии в связи с сугубо нерезонансным обменом энергиями
молекул объемной воды с молекулами, окружающими пузырьки.
Столкновения молекул воды со стенками сосуда или другими твер-
дыми гидрофобными поверхностями будут приводить к прямой релак-
сации колебательной энергии, поскольку на этих границах разрывают-
ся водородные связи, молекула на коротком участке может приобретать
большую скорость. Колебательная энергия больших квантов может
переходить сразу в кинетическую энергию молекул, за счет соударений
со стенками происходит их нагрев, а стенки сосуда, в свою очередь,
будут нагревать объемную воду. Это не абсурд, как может подумать чи-
татель, а является прямым следствием преобразования колебательной
энергии молекул в неравновесных системах в тепло. В данном случае
жидкость (вода) имеет большую запасенную колебательную энергию и
высокую колебательную температуру системы, а статическая темпера-
тура, определяемая кинетической энергией межмолекулярных колеба-
ний, будет низкой и переход этих энергий одну в другую может проис-
ходить только у стенки (для достаточно чистой воды).

Сильная релаксация колебательной энергии происходит при
турбулизированном течении жидкости, повышении температуры
выше 60°С, образовании пузырькового кипения, сильных акустиче-
ских, электромагнитных, кавитационных и других нерезонансных
воздействиях, когда часто рвутся водородные связи между молеку-
лами. Молекула может в этот момент приобрести большую скорость,
и большие кванты колебательной энергии сразу перейдут в кинети-
ческую энергию этой молекулы. Но даже в такой жидкости, когда
молекулы Н2О соединяются за счет дисперсионных сил и восстанав-
ливается кристаллическая решетка, то начинают идти процессы по
возрастанию запасенной колебательной энергии.

3.5.2.	Обзор некоторыж экспериментальных работ
релаксационных процессов жидкой воды

Проведенный выше теоретический анализ релаксационных про-
цессов колебательной энергии в жидкой воде подтверждается боль-
шим количеством экспериментальных данных по долговременной
«памяти» жидкой воды и льда, которые имеются в литературе и из-
вестны из практического опыта, проанализируем некоторые из них.

Во второй главе уже обсуждались эксперименты, проводившие-
ся с гидратированными кварцевыми подложками, которые нагревали
и охлаждали при одновременном измерении электрического сопро-
тивления (проводимости) [2.20]. В процессе постепенного нагрева
сопротивление скачками резко падало, а проводимость возрастала,
причем изменения достигали несколько порядков, по сравнению
со средней величиной. Когда образец медленно охлаждали зависи-
мость проводимости (сопротивления) имела монотонный падающий
характер, и наблюдался сильный временной гистерезис в кривых,
требовались временные интервалы в виде нескольких часов или су-
ток, чтобы восстановить прежние физические характеристики пле-
ночной воды на подложке.

Еще один пример большого времени восстановления исходно-
го энергетического баланса жидкой воды показан в работе [3.6] и

1.5

1

0,5

дп/ат
Ю4

10	20	30	40	50 Т°С

Рис. 3.14. Температурная зависимость про-
изводной показателя преломления жидкой
воды:1 - вода была предварительно нагрета
до кипения; 2 - вода была предварительно за-
морожена [3.6]; 3 - данные работы [3.60].

на рис. 3.14, где представлены
зависимости изменения произ-
водной по температуре коэф-
фициента преломления чистой
дистиллированной воды. На
этом рисунке кривая №2 от-
носится к воде, которая была
предварительно заморожена
и далее, когда лед растаял, из-
мерения проводились по мере
возрастания температуры. Кри-
вая №1 относится к варианту,
предварительно нагретой воды

до кипения - измерения прово-
дились по мере ее остывания.
В данном случае наблюдается
сильный гистерезис структур-
ных свойств воды. При этом
авторы работы утверждают,

что разность величин между кривыми значительно превосходит
ошибку измерений. Но если согласно данным табл. 3.11 время вос-
становления водородных связей составляет всего 103 сек, то в чем
причина такого сильного временного гистерезиса? В дополнении к
этим данным можно привести таблицу 3.13 измерения кислотности
(параметр рН) чистой воды предварительно обработанной импульс-

ным электромагнитным излучением, где измерения проводили в те-
чение двадцати пяти суток [3.5].

В работе [3.41] авторы очень тщательно исследовали релакса-
ционные свойства различными способами обработанной воды, ре-
зультаты измерений которой представлены в табл. 3.14. По данным
авторов [3.41] после кипячения воды для восстановления ее свойств

К-во суток после обработки воды	До обработки	1	6	8	12	13	18	25
Степень кисл., рН	5,74	7,3	8	8,2	8,39	8,1	8,35	8,4
Табл. 3.13. Изменение кислотности порции воды после обработки ее им- пульсным электромагнитным излучением [3.5].								
Способ приготовления воды	Вода (Р)	Вода (90)	Вода (К)	Талая вода
Свежеприготовленная вода	5,29±0,03	5,44±0,03	5,82±0,07	5,53±0,03
Хранилась в течение трех суток открытой	5,37±0,07	5,59±0,06	5,56±0,07	5,57±0,03
Хранилась в течение трех суток закрытой	5,29±0,08	5,57±0,03	5,82±0,09	-
Табл. 3.14. Изменение кислотности воды (рН) в зависимости от способа ее приготовления и условий хранения: (Р) - обычная вода; (90) - нагретая до 90“ С и резко охлажденная; (К) - кипяченая [3.41].				

по кислотности, структуре, оптическим и другим характеристикам
требуется не менее пяти суток.

Много исследований проводилось по обработке воды и льда I
очень слабым (в -500 раз меньше геомагнитного поля земли) пере-
менным магнитным полем на резонансных частотах низкого диа-
пазона 0,014-^25 Гц [3.42+3.46]. После воздействия переменным
магнитным полем резонансной частоты в течение шести часов на
образец чистой воды или льда измерялись физические свойства: диэ-
лектрические потери (1§5), электропроводность, теплопередача, сте-
пень кислотности (рН), и наблюдались ряд явлений с длительным пе-
риодом установления системы к исходному состоянию. Флуктуация
светорассеяния в жидкой воде происходила с периодами 2+7 мин,
восстановление спектра осуществлялось часами, а для льда время
перехода в равновесное состояние составляло более суток. Время
возрастания параметра до максимального значения составляло
около шести часов, а время перехода в равновесие около трех часов.
В других измерениях изменения величины (§5 после обработки воды
сохранялось неизменным в течение двух часов и полностью исчеза-
ло через пять-шесть часов, а во льду на следующие сутки.

Длительные процессы установления исходных характеристик
воды наблюдаются и при резком изменении температуры. В работах
[3.47,3.48] исследовались зависимости флюоресценции водного рас-
твора миозина от температуры при резком ее изменении (скачком) от
17 до 25°С и от 6 до 25°С. Интенсивность флюоресценции в первом
случае достигает своего значения при 25°С практически мгновенно,
а во втором случае только через несколько минут. Аналогичное яв-
ление наблюдается при обработке воды слабыми электрическими
полями, СВЧ излучением, монохроматическим излучением, кавита-
цией, резонансным акустическими воздействиями.

В научной литературе такая большая длительность установле-
ния равновесных состояний воды после подобных воздействий объ-
ясняют либо общими словами «структурная перестройка», либо ну-
тацией (криволинейное движение) протонов, спиновыми эффектами
и т.д., но, как признают большинство и самих авторов этих работ,
объективно полного понимания проблемы нет.

Попытаемся разобраться в этом вопросе. Все молекулы воды в
жидком состоянии одинаковы, поэтому фразу «структурная пере-
стройка» надо понимать не в смысле перестановки молекул, а в смысле
установления положения диполей друг относительно друга и восста-
новления водородных связей в кристаллической решетке кластеров.
Но время первого процесса составляет 10"-НО” сек, а второго ~10’3
сек (см. табл. 3.11), поэтому совершенно ясно, что тетраэдрическая
льдоподобная структура в воде в температурном диапазоне 0-=-50°С
восстанавливается быстро. Значит, остается вывод только один: много
времени требуется для установления энергетического баланса меж-
ду отдельными молекулами. Если бы молекулы обладали только ки-
нетической энергией и не были колебательно возбуждены, то процесс
установления равновесного состояния такой системы (как показыва-
ют термодинамические расчеты) должен происходить быстро (за вре-
мя выравнивания температуры по всему объему жидкости). На прак-
тике такие процессы установления идут часами и сутками. Это можно
объяснить большими временами У-У обмена колебательной энерги-
ей между молекулами и химическими реакциями, протекающими в
чистой воде и обеспечивающими постоянный приток колебательной
энергии, о чем более подробно будет изложено в следующей главе.

Так же происходит обмен колебательными квантами в жидкости.
В газовой фазе, где молекулы имеют большую кинетическую энергию,
они, налетая друг на друга, сближаются настолько, что образуют долго-
живущие комплексы, где колебательная энергия переходит на все его
степени свободы, а затем перераспределяется в продуктах его распада.
Второй вариант менее эффективный вследствие малой плотности сре-
ды, включает в себя молекулу излучателя и молекулу поглотителя, когда
в первой при переходе ее из одного возбужденного состояния в другое
испускается оптический квант энергии, а в другой - поглощается.

В жидкости ситуация иная: молекулы достаточно жестко за-
креплены в узлах кристаллической решетки кластеров (по крайней
мере, в течение периода времени не более 10’3 сек) на расстояниях
~3±О,3 А (с учетом амплитуд межмолекулярных колебаний) и даже
при трансляционных перемещениях не приближаются ближе этого
расстояния друг к другу за счет сил отталкивания. Поэтому способ
передачи колебательной энергии путем испускании и поглощения
квантов излучения за счет перехода молекул из одного состояния
в другое является наиболее вероятным и энергетически выгодным.
Поскольку плотность среды большая, то вероятность поглощения
квантов излучения будет высокая, причем молекулами не только
первой координационной сферы, но и последующих. Если излучен-
ный квант энергии попадает на молекулу, имеющую такой же квант
колебательной энергии, то происходит резонансное усиление слабо-
го сигнала в данном направлении, пока не встретится молекула со
свободными колебательными уровнями способная поглотить это из-
лучение. Такая передача колебательной энергии напрямую зависит
от времен спонтанного и вынужденного излучения с данного уровня
или комбинации уровней, а также от плотности заселенности уров-
ней. Когда происходит насыщение коэффициентов усиления и погло-
щения среды процесс приема-передачи квантов энергии ослабевает.

В молекуле, излучившей квант энергии, или принявшей его, затем
происходит процесс перераспределения по колебательным уровням.
Например, если молекула поглотила квант излучения, соответствую-
щий уровням 6+7 асимметричной моды, а сама была возбуждена толь-
ко до третьего уровня этой же моды, то далее обязательно начинает
идти процесс перехода этого кванта с верхнего уровня до четвертого.
В связи с тем, что между уровнями существует ангармонизм, вели-
чина которого равна ХА=96 см-1, то необходимо при каждом переходе
на следующий нижний уровень добавлять этот дефект энергии. Недо-
стающий дефект энергии может черпаться только за счет кинетиче-
ской энергии самой молекулы, величина которой - 208,5 см1, то есть
необходимо отобрать очень заметную величину, почти ее половину.
Поскольку каждая молекула Н2О на межмолекулярном уровне за счет
водородных сил связана с четырьмя соседними молекулами, то такой
отбор энергии не может произойти мгновенно и необходимо время для
установления нового резонансного состояния всей системы дисперси-
онно связанных молекул. Если принять во внимание, что и эти четыре
молекулы имеют водородные связи с другими соседними молекулами,
то автоколебательный процесс всей системы молекул может устанав-
ливаться достаточно долго. Таким образом, мы показали, с одной сто-
роны, как выравниваются населенности колебательных уровней всех
молекул по всему объему жидкости, а с другой, неразрывную связь
между внутриколебательным движением атомов в молекуле и меж-
молекулярными колебаниями. Отсюда можно сделать важный вывод,
что времена установления такой автоколебательной системы ко-
лебательных уровней молекул и межмолекулярных колебаний могут
быть очень большими, что и подтверждается на практике.

3.6.	Квантование энергетических процессов
в жидкой воде и льду

Комплексный анализ вышеизложенного материала показывает,
что хорошее совпадение большого количества экспериментально
определенных резонансных частот поглощения излучения в жидкой
воде (более пятидесяти) с теоретически рассчитанными колебатель-
ными уровнями не является случайным совпадением. Все резонанс-
ные частоты поглощения и рассчитанные колебательные уровни
трех мод молекулы Н2О представляют собой большой набор энер-
гий, которые участвуют в обменных процессах межмолекулярных
взаимодействий.

В этот набор квантов энергии, начиная с самых малых, входят:
вращательный квант Ву=0,00141 см ', величины ангармонизма трех
мод Ха=96, X =37, Хс=87 см 1 и далее все сочетания с первого по
одиннацатый уровни симметричной и асимметричной мод, а также
с первого по седьмой деформационной моды (см. табл. 3.4). С этих
позиций квантования проанализируем имеющиеся в литературе
[1.7, 1.12, 1.19, 2.1, 2.2, 2.10, 3.8, 1.38] экспериментальные данные
по энергетическим взаимодействиям между молекулами в жидкой
воде и льду. Результаты такого анализа приведены в табл. 3.15, где
энергетические характеристики межмолекулярных взаимодействий
сравниваются с набором колебательных квантов молекулы Н2О, рас-
считанных по табл. 3.4. В табл. 3.15, в левом столбце представлены
различные виды энергии, определяющие межмолекулярное взаимо-
действие в жидкой воде и льду, а во втором - подобранные колеба-
тельные кванты энергии молекулы Н2О с минимальным дефектом
энергии. Выражение типа Ц/Ьу, Ьу/Ху в третьем столбце определяет
кратность данной величины энергии относительно кванта и ангар-
монизма колебательной моды. Причем чем ближе оно к целому чис-
лу, тем меньше дефект энергии и тем точнее квантование данного
вида энергии.

Для видов энергии №Н5 можно сделать следующие заключе-
ния. Во-первых, они прекрасно подтверждают выводы первой и вто-
рой глав о квантовании энергии межмолекулярных связей (энтальпия
испарения) для жидкой воды и льда. Во-вторых, экспериментальные
данные значений энергии с хорошей точностью совпадают с целыми
квантами колебательной энергии молекулы Н,О. Разность энталь-
пий испарения жидкой воды и льда составляет с высокой точностью
шесть значений ангармонизма симметричной моды. Энтальпия су-
блимации воды со льда равна четырем величинам ангармонизма
асимметричной моды, а активационный барьер десорбции воды с
поверхности льда превышает энтальпию сублимации воды ровно
(с учетом ошибки экспериментальных и расчетных данных) на ми-
нимальный квант колебательной энергии - величину ангармонизма
деформационной моды Хд.

Особо следует отметить квантование разности энтальпий испа-
рения воды при изменении ее температуры от нуля до 100°С ровно
Энергия связей молекул воды 11,, см 1		йу, см 1	Ь/Иу; Ьу/Х
1	Теплота испарения воды (0°С); 1Э|=3748	3742	11,/йу=1,0016
2	Теплота испарения льда (0°С); 112=4274	Ьу=[Ц - О,]=526	йу/Хс=6,046
3	Энтальпия сублимации воды со льда (0"С); 11,=4134	йу=[113 - Ц,]=386	йу/Ха=4,01
4	Барьер десорбции со льда (0°С); С14=4169	Ьу=Щ4- Ц]=35	йу/Хд=0,946
5	Скрытая теплота испарения воды (100°С); 11 =3135	Ьу=[11, -  Ц]=613	йу/Хс=7,046
6	Энергия переориентации диполя; Ц=876		117Х =10,07
7	Энергия Ь -дефектов (отсутствие протонов между атомами О...О); 11,=4764-5-3573	3742;  3850	О/йу-1
8	Энергия связи (Н2О),; 11^=1752-5-1783	1757	Ця/йу~1
9	Вклад 3-х частичного взаимодействия в кла- стере воды (Н2О),; 11,=518		и/Хс=5,954
10	Вклад 4-х частичного взаимодействия в кла- стере воды (Н,О)4; И|0=70		11|О/ХС=О,8О5
11	Энергия водородной связи в жидкой воде; 11 и=1751-5-2090	1757	11||/йу~1
12	Энергия гидратации иона Н*; 11|2=21485	21645	Н,,/йу=0,9926
13	Энергия гидратации иона Н,О'; 11п=11206	11259	11,,/йу=0,9953
14	Энергия гидратации иона Н,О2‘; 11|4=7356	7397	11/Ьу=0,9945
15	Энергия гидратации иона Н7О,‘; 11, ,=6655	6672	11„/йу=0,9975
16	Энергия гидратации иона Н9О4+; 11|(=5955	5936	11../йу= 1,0032
17	Энергия гидратации иона НнО5‘; 11|7=5250	5160	11|7/йу=1,0182
18	Энергия гидратации иона Н|1ОЙ*; 11|х=4554	4459	О19/йу=1,0213
19	Энергия гидратации иона ОН ; 11|9= 14309	14446	11|9/йу=0,9905
20	Энергия гидратации иона Н,О2_; 1120=7724	7603	Ц2(/йу=1,0159
21	Квант энергии дисперсионной связи Ьул=175	1757	йу/ йул= 10,04
Табл. 3.15. Квантование различных видов энергии, существующих в жидкой воде и льду:	- колебательный квант молекулы Н2О: Хс=87,  ХД=37, Ха=96 см'1 - величины ангармонизма трех колебательных мод.			

на семь частей. Это означает, что с увеличением температуры воды
в этом диапазоне энтальпия испарения уменьшается не непрерыв-
но, а скачками. При этом каждый скачок соответствует изменению
структуры воды от кристалла твердого вещества (льда) в жидкость
до перехода жидкости в пар (фазовые переходы первого рода), а в
промежутке между ними меняется жидкокристаллическая структура
кластеров (фазовые переходы второго рода). Действительно, в науч-
ной литературе имеется много экспериментальных данных при изме-
нении физических свойств воды для следующих значений температу-
ры: 0; 15+16; 20+21, 28+30; 40+42; ~60; ~80; 100°С (см. табл. 2.8).

Энергия переориентации молекул воды (диполей) с высокой
точностью равна одному кванту - величине ангармонизма симме-
тричной моды. В диапазоне экспериментальных ошибок определе-
ния энергии образования Ь-дефекта Бьеррума в жидкой воде (когда
на линии водородной связи между атомами кислорода двух соседних
молекул воды отсутствует протон О....О) укладываются целые зна-
чения колебательных квантов первого уровня симметричной и пер-
вого уровня асимметричной моды. Энергия связи димера молекул
воды (Н2О)2 равна энергии первого уровня деформационной моды,
а энергии связи последующих молекул в кластере воды квантуются
величиной ангармонизма симметричной моды.

Очень важное значение имеет определение точного значения
энергии водородной связи, которая равна колебательному кванту
первого уровня деформационной моды. В научной литературе по-
священо большое количество работ расчетам структур воды, водных
растворов и выбор неверного ее значения, а также геометрических
характеристик молекул Н2О приводят к неправильным результатам.
Так в статье [1.39] приведен обзор данных теоретических расчетов
по различным моделям, которые дают ошибочные результаты, да и
сами авторы допустили ошибки в связи с неправильным выбором
величины энергии водородной связи.

В работе [3.8] приведен график расчетной зависимости энергии
гидратации ионов НпОт+ от количества присоединенных молекул,
поэтому удалось последовательно рассчитать колебательные кванты
этой энергии. Для больших квантов энергии относительная ошибка
получается небольшая (2+0,3%), но даже этот остаток энергии необ-
ходимо квантовать величинами ангармонизма всех трех мод, поэто-
му практически для всех видов энергии, существующих в жидкой
воде и льду, она квантуется до очень малых значений, а остаток энер-
гии (менее 37 см ') может квантоваться вращательным квантом, либо
переходить в кинетическую энергию молекул.

Как отмечалось ранее, фундаментальная резонансная частота
поглощения для жидкой воды Ьуд=175 см 1 определяет водородные
(дисперсионные) связи между молекулами, и при использовании ее
в формуле (1.6) дает энергию дисперсионных связей, совпадающую с
энтальпией испарения воды. Если теперь сравним квант этой колеба-
тельной энергии, ответственной за межмолекулярные связи Ьу , с пер-
вым квантом деформационной моды самой молекулы Н2О (1757 см1),
находящейся в объемной жидкой воде, то наблюдается их кратность
с высокой точностью (10,04). Это не случайное совпадение, а пока-
зывает наличие резонансных связей между данными типами колеба-
ний, что еще раз подтверждает правильность расчетов колебательных
уровней молекулы Н2О (табл. 3.4), находящихся в жидкой воде.

Аналогичным образом можно рассчитать квантование и других
видов энергии в воде: растворение различных веществ, энергия натя-
жения пленки на границе разделения фаз, гидратаци ионов, энергии
связей веществ и т.д., что позволит значительно уточнить их величины.

3.7.	Анализ экспериментальных данных различных типов
излучений в жидкой воде с точки зрения колебательной
неравновесности молекул

В научной литературе и жизненной практике существует большое
количество опытных данных, связанных с водой и ее свойствами, ко-
торые до сих пор не нашли своего объяснения. Попытаемся, с одной
стороны, раскрыть природу таких явлений, а с другой - подтвердить
вышеизложенную теорию колебательной неравновесности воды.

Прямая релаксация колебательной энергии молекул Н2О в жидко-
сти может происходить путем излучения квантов энергии при переходе
ее с одного возбужденного состояния в другое нижележащее или сра-
зу на нулевой уровень. Подтверждением этого вывода может служить
только эксперимент, но в научной литературе не удалось найти мате-
риалов по измерению собственного излучения воды в ИК диапазоне,
по-видимому, такую задачу никто и не ставил, поскольку установив-
шееся мнение о полностью равновесных процессах, протекающих в
воде, считаются абсолютно достоверными. С другой стороны, имеется
очень много работ по исследованию сонолюминесценции, хелюминес-
ценции, криолюминесценции и флуоресценции воды и водных раство-
ров при различных воздействиях на них: ультразвуковых колебаний,
электромагнитного поля, СВЧ - излучения, монохроматического из-
лучения, резкого охлаждения, турбулентного течения жидкости и т.д.
[2.30, 2.31, 2.44, 3.22]. В литературе общепринятым фактом считается,
что все эти типы излучения в жидкой воде связаны либо с возбужде-
нием электронных уровней молекул Н2О, ОН, Н2О2, либо излучением
квантов света при рекомбинации радикалов ОН и Н, или ионов ОН и
Н+. На самом деле это не так. Покажем, что все эти типы излучений на-
прямую связаны с колебательным возбуждением молекул Н2О.

3.7.1.	Сонолюминесценция жидкой воды и водных растворов

Исследованию спектральных характеристик сонолюминесцен-
ции воды и водных растворов, в присутствии ультразвуковых колеба-
ний и кавитационных пузырьков посвящено много работ, например,
[2.30, 2.44, 3.46, 3.22]. Оказывается, что спектр излучения в диапа-
зоне от 0,2 мкм до ближайшего ИК диапазона (0,8 мкм) фактически
получается сплошным с рядом нескольких сильных пиков. Примеры
таких спектров, взятые из работы [2.30], показаны на рис. 3.15. Вид-

0,55	0,6	0.65	0.7Х, мхм(Хс)

Рис. 3.15. Спектр сонолюминесценции воды
при воздействии ультразвука: 1 - насыщенной
Аг (333 кГц): 2 - раствора ХаС1, насыщенного
Хе (500 кГц) [2.30].

но, что спектр излучения в диа-
пазоне 0,2-Ю,6 мкм практиче-
ски сплошной с сильным пиком
при Х~0,33 мкм, и наблюдается
также много мелких пиков. Для
водного раствора №С1 пики
максимальной сонолюминес-
ценции соответствуют длине
волн Х~0,584 мкм. Анализ дру-
гих работ [2.30,2.44,3.46,3.22]
показывает, что наблюдаемые
пики соответствовали следую-
щим квантам энергии 33336,

17137, 17255, 16963, 30795,
38491, 30770, 29873, 26688,
33030, 36392 см1.

Авторы всех этих работ

без исключения приписывают пики поглощения и излучения радика-
лу ОН, электронно-возбужденной молекуле Н,О, реакциям рекомби-
нации радикалов ОН и Н, ионов ОН и Н+, парам воды, находящимся

в пузырьках, но это только отдельные узкие спектральные линии, а
наличие сплошного спектра в научной литературе никак не объяс-
няется. Кроме того, для того, чтобы получить максимальную интен-
сивность сонолюминесценции в большинстве работ исследовалась
вода, насыщенная благородными газами (Аг, Хе, Кг) или насыщен-
ных водных растворов. Но концентрация радикалов ОН, а тем более
электронно-возбужденных молекул Н2О в пузырьках, если принять
на веру теорию высоких температур при их схлопывании, будет
очень мала (~10'7). Поэтому интенсивность излучения будет невысо-
кой, и при прохождении через воду с большим количеством близких
линий спектрального поглощения вообще должно все поглотиться.
Но, тем не менее, другой теории, объясняющей интенсивную соно-
люминесценцию при кавитационном и предкавитационном режимах
(когда вообще отсутствуют пузырьки, а свечение происходит), нет.

Если сравнить кванты экспериментальных пиков излучения с
расчетными колебательными уровнями воды в жидкой фазе (табл.
3.4), то все они кроме первого (38491 см1) очень хорошо совпада-
ют с квантами излучения молекулы Н2О при переходе ее с седьмого-
одиннадцатого уровней на нулевой, первый и второй (см. табл. 3.16).
Отличие экспериментального пика излучения 38491 см 1 от макси-
мального расчетного одиннадцатого колебательного уровня асимме-
тричной моды молекулы Н,0 объемной жидкой воды (37035 см ') свя-
зано с тем, что он относится, по-видимому, к молекулам, находящимся

Переходы	11а-0	11с -0	11а=>1а	10с=>0	10с>1с	9с=>0	7а=>2а	7с=>2с
Квант (расчет)	38610	36377	33165	33505	29763	30546	17310	16970
Излуч. (эксп.)	38491	36392	33030	33356	29873	30770	17255	16963
Табл. 3.16. Сравнение экспериментальных линий излучения спектра воды за счет сонолюминесценции с расчетными значениями (табл. 3.4 и 3.4а), см '.								

в пленке пузырьков или в гидратной оболочке ионов. В этих условиях
молекулы Н,0 будут сильнее деформированы, чем в объемной воде и
иметь спектр колебательных уровней до более высокого предела, что
видно из данных табл. 3.4а.

С учетом уширения многочисленных спектральных линий пере-
ходов молекул воды и тех факторов, которые излагались выше, по-
лучается сплошной спектр с сильным резонансным пиком десятого
колебательного уровня. Этот факт, между прочим, говорит о мак-
симальной населенности именно этого уровня при воздействии на
воду ультразвуковых колебаний.

Для раствора 1ЧаС1 (рис. 3.15) характерен резонансный пик
17120 см '. В растворе солей происходит разрушение кластеров воды.
Большинство молекул уходят в гидратные оболочки ионов и С1 ,
а оставшиеся «свободные» молекулы с минимальным количеством
водородных связей имеют спектр близкий к спектру молекулы Н2О
в газовой фазе. При этом максимально заселен пятый колебатель-
ный уровень, что говорит об уменьшении запасенной колебательной
энергии в «свободных» молекулах по сравнению с чистой водой.

Использование растворенных газов (Аг, Хе, Кг) в воде приво-
дит, как уже говорилось выше, к увеличению интенсивности соно-
люминесценции на порядок и более. Это связано с тем фактом, что
нейтральные молекулы газов попадают в пустоты каркасной тетра-
гональной решетки кластеров, распирают ее (эквивалентный ради-
ус пустот каркаса 1,56 А [3.49], а радиусы молекул газов 1,92-^2,18
А). Амплитуда колебаний молекул в узлах решетки уменьшается, а,
следовательно, уменьшается их кинетическая энергия (то есть квант
кТ), поэтому релаксация колебательных квантов обычным образом
на нижележащие и нулевой уровни затрудняется, вследствие умень-
шения возможности получения молекулой из кинетического резер-
вуара больших величин дефектов энергии ДЕ,(. Благодаря перенасы-
щению верхних колебательных уровней увеличивается вероятность
прямых переходов молекул с вышележащих колебательных уровней
сразу на нулевой с испусканием большого кванта излучения уль-
трафиолетового диапазона. Таким образом, достаточно корректно с
помощью излагаемой теории колебательного возбуждения молекул
воды в жидкой фазе объясняются и эти экспериментальные данные
по сонолюминесценции.

3.7.2.	Хелюминесценции и криолюминесценция воды

В предыдущем параграфе мы рассматривали физический про-
цесс распространения и распределения колебательной энергии
между различными степенями свободы молекул и по всему объему
жидкости. За счет излучаемых квантов в объеме жидкости должна
выравниваться и накапливаться колебательная энергия в молекулах
воды. Таким образом, колебательная энергия перераспределяется по
объему жидкости, и, поскольку на границах сосуда будут происходить
потери излучения на его стенки, либо в окружающую среду (если
стенки прозрачны для излучения), то следует ожидать, что в центре
сосуда запасенная колебательная энергия будет иметь максимальное
значение. Этот теоретический вывод очень элегантно подтвержда-
ется серией экспериментов по исследованию характеристик чистой
дистиллированной воды, представленных в монографии [2.7].

Один из экспериментов заключался в следующем: чистая дис-
тиллированная вода наливалась в термостат, а у стенки сосуда по-
мещалась металлическая ручка (закрытая цилиндрическая трубка)
заполненная водой Й. Грандера. Вода Й. Грандера бралась из источ-
ника «Стефания», вытекающего из штольни заброшенного медного
рудника в Австрии, и обрабатывалась слабым переменным магнит-
ным полем высокой частоты [3.3]. Эта вода обладала повышенным
уровнем запасенной колебательной энергии и очень долго сохраняла
свои свойства. Затем в испытуемой воде по пространству термоста-
та измерялась интенсивность хелюминесценции (свечение воды в
ультрафиолетовом и видимом диапазоне). Оказалось, что в центре
сосуда интенсивность хелюминесценции выше в полтора-два раза,
чем на периферии сосуда.

Этот эксперимент требует пояснения: вода Й. Грандера это ак-
тивированная вода, где благодаря специальной обработке создаются
условия протекания самоподдерживающейся реакции по развалу ча-
сти молекул Н2О на радикалы ОН и Н, причем выделяющаяся энер-
гия целиком идет, в основном, на колебательное возбуждение самих
молекул воды, находящихся в высоковозбужденном состоянии. При
переходе молекул Н2О, находящихся в ручке Й. Грандера, из верхне-
го возбужденного состояния в нижнее состояние излучается квант
энергии. Это излучение, попадая в объем воды термостата, абсолют-
но резонансно поглощается в ней, молекулы воды в термостате по-
степенно колебательно возбуждаются, и в нем начинает идти про-
цесс аналогичный тому, который протекает в воде Й. Грандера. О
химических реакциях и физических явлениях, протекающих в таких
условиях, подробно будет изложено в следующей главе, а этот экспе-
римент прямо подтверждает протекание колебательно неравновес-
ных процессов в воде и наличии излучения из нее, включая видимый
диапазон волн.

Подтверждение колебательной релаксации с помощью излучен-
ных квантов дает интересный опыт, проведенный авторами моногра-
фии [2.7] с водой длительное время (несколько суток) облучаемой
пробной порцией воды Й. Грандера и находившейся в спокойном
состоянии в термостате. После выдерживания этой дистиллирован-
ной воды в термостате несколько суток отбирали большую порцию
воды, измеряли интенсивность хелюминесценции и затем начинали
ее интенсивно перемешивать, постоянно измеряя интенсивность
свечения. Поведение интенсивности излучения имеет явно не моно-
тонный характер со временем перемешивания, показанный на рис.
3.16. Вначале в течение 30 мин
интенсивность излучения име-
ет осциллирующий характер
около среднего значения 50
отн. ед. Затем за период време-
ни около 20 мин интенсивность
свечения возрастает в среднем
более чем в три раза и далее
спадает до уровня ~40 ед.

Такое поведение излуча-
тельных процессов в этом экс-
перименте объясняется сле-
дующим образом. Воздействие

(облучение) на опытную дистиллированную воду от активированной
воды Й. Граднера приводит к повышению в ней уровня запасенной
колебательной энергии. Этот факт подтверждается многочисленны-
ми экспериментами по измерению ее физических свойств (электро-
проводности, поляризации, теплопроводности, кислотности рН, ЕЬ и
т.д.). В процессе длительной выдержки (несколько суток) в сосуде по
объему устанавливается распределение населенности колебательных
уровней, причем в центре сосуда оно максимальное, а к периферии
спадающее до минимального значения у стенок и верхней поверхно-

0	10	20	30 40	50 «О 1дшн

Рис. 3.16. Изменение интенсивности хелюми-
несценции в пробе воды в процессе ее переме-
шивания [2.7].
сти. Во время перемешивания отобранной пробы жидкости в отдель-
ном сосуде образуются крупные и мелкие моли (вихри), в которых
оказываются молекулы воды с разной степенью колебательной насе-
ленности (большой и малой). Взаимное излучение молекул из таких
молей приводит к постепенному выравниванию населенностей коле-
бательных уровней молекул, находящихся в них. Поэтому наружу из
сосуда выходит небольшой уровень излучения (основная масса кван-
тов еще поглощалась самими молекулами воды, которые находились
на периферии сосуда и имели значительно меньшую населенность
колебательных уровней). Такое состояние системы продолжается до
того момента, пока жидкость не перемешается до .иономолекулярно-
го уровня, и у всех молекул населенности колебательных уровней вы-
ровняются, а для этого требуется значительное время.

Затем начинается, так называемый, генераторно-усилительный
процесс в жидкости. Для описания его выберем в центре сосуда ма-
лую сферу, из которой спонтанно наружу излучаются кванты с воз-
бужденных колебательных уровней. Поскольку в остальной среде
также имеется много молекул с высокой населенностью таких же
уровней, то при попадании кванта излучения на возбужденную мо-
лекулу она излучит такой же квант строго в том же направлении, что
и пришедший квант, то есть происходит процесс усиления слабого
сигнала, как и в активной лазерной среде. Будет происходить лавино-
образное усиление данного монохроматического излучения согласно
формул (3.21, 3.22), которое с большой интенсивностью выходит на-
ружу сосуда. Освобождающиеся верхние колебательные уровни на-
чинают подпитываться запасенной колебательной энергией с нижних
уровней за счет процессов У-У передачи колебательных квантов.

Здесь необходимо сделать небольшое отступление. Как извест-
но, молекула Н2О в газовой фазе обладает значительными постоян-
ными ангармонизма всех трех мод (Хд=95, Хс=85, Хд=34 см '), для
сравнения, например, постоянная ангармонизма молекулы 14 со-
ставляет ~ 15 см1, а СО ~ 13 см '. Для газовой фазы колебательно
неравновесных процессов передача колебательной энергии при стол-
кновении молекул по реакциям: СО(у)+СО(у) => СО(у+1)+СО(у-1);
142(у)+142(у) => М2(у+1)+М2(у-1) осуществляется с вероятностью в
106 раз больше, чем в обратную сторону [3.50]. Эта закономерность
прослеживается для всех молекул, имеющих значительные величи-
ны постоянных ангармонизма колебательных уровней. Происходит
процесс, так называемой, У-У накачки верхних колебательных уров-
ней молекул вплоть до насыщения.

Таким же образом и в жидкой воде будет происходить пере-
распределение колебательной энергии на верхние колебательные
уровни, тем более, что при перемешивании жидкости водородные
связи значительно чаще будут рваться, чем в спокойной жидкости,
что вызывает увеличение кинетической энергии молекул и возмож-
ность получения больших значений дефектов энергии, необходимых
для квантовых переходов. Все эти процессы имеют достаточно дли-
тельные времена протекания, тем более что подключается большое
количество разнообразных переходов между колебательными уров-
нями, как внутри каждой моды, так и между модами (см. 3.25+3.27).
Необходимо отметить, что передача колебательной энергии с асим-
метричной моды на симметричную может происходить только че-
рез «узкое горло» деформационной моды по реакциям (3.25+3.27).
В связи с этим процесс «высвечивания» лишней запасенной энергии
из жидкости продолжается достаточно длительное время - около 20
мин (см. рис. 3.16), пока ее уровень не станет близким к обычному

неактивированному состоянию воды, а средняя интенсивность хе-
люминесценции станет ниже (~40 ед), чем предварительно активи-
рованной воды (~50 ед).

Результаты еще одного эксперимента представлены в моногра-
фии [2.7]. Дистиллированная вода заливалась в закрытый стеклян-
ный сосуд, который выдерживался продолжительное время в зазем-

ленном металлическом экране, и затем с помощью метода измерения

хелюминесценции исследовали влияние геомагнитного поля и окру-
жающих электромагнитных полей на интенсивность свечения. По
представленной таблице в зависимости от времени наблюдения
(часы суток, дата), погоды трудно сделать какие-то выводы по зако-
номерностям процессов. Но когда отбирали пробы воды для измере-
ний (переливали часть в измерительную ячейку прибора объемом 0,1
см3), то наблюдали зависимость изменения интенсивности свечения

от времени, показанную на рис. 3.17. Видно, что вначале имеется зна-

чительный всплеск свечения,
который через 12+Имин спа-
дает до низкого фона. Объем
стеклянного сосуда наверняка
был больше измерительной кю-
веты, в связи с чем, уровень за-
пасенной колебательной энер-
гии в воде, находящейся в нем,
всегда должен быть выше, чем
в маленькой емкости. В первые
минуты в этой кювете после
наполнения испытуемой водой
еще существуют конвективные

Рис. 3.17. Изменение интенсивности свече-
ния хечюминесценции воды со временем после
заполнения кюветы [2.7].

потоки жидкости, всплывание мелких пузырьков, перемешивание за
счет температурных градиентов и восстановления тетраэдрической
структуры жидкости, одновременно происходит перераспределение
колебательной энергии за время пять-шесть минут. Затем, аналогич-
но вышеизложенному, происходит лавинообразное высвечивание
колебательных квантов энергии, которая, по сути, является разно-
стью средних значений ее большого и малого объемов. Таким обра-
зом, из этого эксперимента следует, что общая величина запасенной
колебательной энергии жидкой воды зависит от ее объема. При
этом, когда объем становится очень большим, то она стремится к

некоторому пределу.

В той же монографии [2.7] приведены результаты измерений
хелюминесценции капли объемом 0,05 см3 дистиллированной, ки-
пяченой воды, которая выстаивалась в течение 44 часов перед опы-
том в большом объеме. Капля помещалась на тефлоновую подлож-
ку дозаторного устройства прибора по измерению интенсивности
хелюминесценции. На рис. 3.18 приведена зависимость изменения
интенсивности хелюминесценции капли от времени - наблюдает-

Рис. 3.18. Изменение интенсивности хелюми-
несценции капли воды, выдержанной в тече-
ние 44 часов в большом объеме [2.7].

ся достаточно резкий моно-
тонный спад излучения. На
этом примере еще раз можно
убедиться о сильной зависи-
мости запасенной колебатель-
ной энергии от объема сосуда
и места в объеме жидкости.
Вода в сосуде имела какой-то
уровень запасенной колеба-
тельной энергии, но отобран-
ная в малую каплю, оказалась
в условиях, когда потери на
излучение через наружную по-

верхность превосходят процессы ее накопления, характерные для
большого объема, и поэтому происходит интенсивное высвечивание
излучения квантов колебательной энергии до уровня, соответствую-
щего малому объему жидкости.

Поскольку, как оказалось, вода испускает излучение различ-
ных длин волн, то должны существовать факты о ее дистанционном
влиянии на такую же воду. Действительно из практики обыденной
жизни и поставленных опытов известно много интересных явлений,
которые до сих пор не объяснены. Так, в той же монографии [2.7]
представлены результаты эксперимента, заключавшегося в том, что
микроорганизмы культуры Е. СоИ или ЕпЧегососиз помещали в квар-
цевую кювету с биологическим раствором, а на разных расстояниях
от нее располагали кювету с дистиллированной водой и измеряли
в ней интенсивность хелюминесценции. Зависимость интенсив-
ности излучения от расстояния между кюветами показано на рис.

3.19, взятого из монографии [2.7]. Видно, что когда кюветы нахо-

дятся вплотную друг к другу,
воздействие на воду - нулевое,
далее с увеличением расстоя-
ния интенсивность свечения
от дистиллированной воды
возрастает, достигает макси-
мума и затем спадает. График
похож на зависимость влияния
на испытуемый объект воздей-
ствий с помощью радиоволн.
Действительно, если кювета
с микроорганизмами является
источником электромагнитного
излучения в длинноволновом

10 20 30 40 50 60 70 80 90 Ь.см

Рис. 3.19. Дистанционная зависимость хе-
люминесценции воды от расстояния между
кюветой с водой и кюветой с колонией микро-
организмов Е.СоИ [2.7].

диапазоне, и поскольку от нее волны распространяются во всех на-
правлениях по сфере, включая и строго противоположное от кюветы
с микробами, то образуется стоячая волна, и сам источник радиоволн
является узловой точкой, где величина амплитуды электромагнитной
волны близка к нулю. По мере удаления испытуемого объекта от ис-
точника радиоволн амплитуда увеличивается и достигает максиму-
ма на длине волны Л/4. Исходя из данных на рисунке 3.19, имеем:
Х/4=0,6 м или Л=2,4 м, что соответствует частоте 1,25 х 108 Гц и кванту
энергии 0,00417 см '. Используя величину кванта энергии вращатель-
ных переходов для молекулы воды В=0,00141 см1, можно предста-
вить энергию излучения в виде ии=В^(]+1 )=0,00141]()+1). То есть,
имеем квант излучения при переходе молекулы Н2О с вращательного
уровня ]=3=2 на вращательный уровень ]=1 какой-то колебательной
моды. Эти экспериментальные данные говорят о том, что в жидкой
воде постоянно происходят не только переходы между колебательны-

ми уровнями трех мод. но и их вращательными подуровнями.

Еще один интересный эксперимент описан в монографии [2.7], в
котором пробирка с питательной средой с культурой микроорганиз-
мов помещалась в сухой термостат. От этой пробирки шел экрани-
рованный провод к другой пробирке с водно-щелочным раствором
люминола, у которого измеряли интенсивность хелюминесцентного
свечения. Согласно схеме эксперимента, и как считают авторы ра-
боты, электромагнитное воздействие через экранированный провод
от питательной среды с микроорганизмами осуществлялось с по-
мощью электромагнитных волн. Результаты измерений такого из-
лучения приведены на рис. 3.20 в виде импульсов интенсивности в
зависимости от времени. Общий анализ этого рисунка показывает,
1о.е.

16 3146 76 106 136 166 1961, сек

Рис. 3.20. Дистанционное влияние на хелюми-
несценцию водного раствора люминола от про-
бирки с культурой микроорганизмов [2.7].

во-первых, что амплитуда
пиков явно не одинаковая,

и они чередуются между
собой, во-вторых, здесь
видно влияние нескольких
частот. Интервалы времени
чередования импульсов со-
ставляют: ~2,5; -3-4; ~12;
-21, -25; -45; -67 секунд,
что соответствует частотам

0,4; -0,3-0,24; -0,08; -0,0476; -0,04; -0,022; -0,015 Гц. Конеч-

но, при таком анализе с ограниченной информацией могут быть и
ошибки, но главный вывод следующий: частотный диапазон воз-
действий очень низкий, то есть это сверхдлинные радиоволны. Но,
как известно, такие волны распространяются фактически по любым

материалам с очень малыми потерями и можно предположить, что
воздействие с такими частотами от пробирки с микроорганизмами
до пробирки с раствором люминола происходит не только через про-
вод, но и напрямую через окружающую среду. Можно предположить
также, что в данном эксперименте влияние одной водной среды на
другую происходит и за счет передачи энергии низких инфразвуко-
вых колебаний, которые также распространяются по любым средам,
включая воздушную атмосферу, с минимальными потерями.

Явление, связанное с криолюминесцентным излучением воды при
ее резком охлаждении и раскалывании льда I, с одной стороны, также
подтверждает вывод о колебательном возбуждении молекул Н,О, а с
другой - хорошо объясняется вышеизложенной теорией. Исследование
криолюминесценции в работах [3.58, 3.59] показало, что при резком
охлаждении воды до очень низких температур (77°К) возникает ее све-
чение в виде отдельных импульсов, следующих друг за другом, причем
они имеют короткий передний фронт (менее 109 сек) и экспоненциаль-
но затухающий задний фронт с временем 1,5*10’5 сек. Такие же им-
пульсы света наблюдаются и при раскалывании льда 1 на воздухе.

В данном случае, когда молекулы Н,О, находящиеся в жидкой
воде и имеющие, например, колебательный квант, запасенный на пя-
том уровне симметричной моды - 17850 см ', резко охлаждаются,
сохраняя свое фазовое состояние, например, в малых порах специ-
альных стекол, то за счет гидратационных связей с элементами типа
81 резко меняется геометрия молекул (угол <р0 и длина связи Кон).
Происходит перестройка колебательных уровней молекул и если, на-
пример, энергия гидратации составила -100 кДж/моль, как у иона
Н3О+, то энергия пятого колебательного уровня должна быть 18285
см-1 (см. табл. 3.4). Поэтому кванты энергии величиной 17850 см-1
не могут удержаться на этих уровнях и высвечиваются в виде фото-
нов света. При раскалывании льда происходит обратный эффект: во
льду молекулы Н,0 более сильно деформированы и имеют большие
по величине колебательные кванты, чем свободные молекулы в газе
или в пленке жидкой воды. Поэтому, когда в зоне раскола льда про-
исходит освобождение части молекул воды от водородных связей, то
они переходят в состояние с меньшей деформацией и колебательны-
ми уровнями, соответствующими меньшим квантам энергии. Боль-
шой квант колебательной энергии на уровне, соответствующему ее
меньшему значению, не может удержаться на нем и высвечивается
также в виде фотона света. При этом для такой ситуации в объемной
жидкой воде разность энергий квантов может отводиться в резерву-
ар кинетической энергии за счет интенсивных соударений с другими
молекулами воды и излучения может не происходить. Когда раска-
лывается лед на воздухе, то отвода дефекта энергии не происходит и
колебательный квант молекулы излучается.

3.7.3.	Флуоресценция воды и водных растворов

Флуоресценция воды и водных растворов - это такое же излу-
чение квантов света молекулами воды, как и сонолюминесценция,
хелюминесценция и криолюминесценция и дело тут только в суще-
ствующей общепринятой научной терминологии, которую мы об-
суждать не будем, а просто приведем еще некоторые эксперимен-
тальные данные колебательного возбуждения молекул Н2О.

В работе [3.46] проводили исследование влияния слабого пере-
менного магнитного поля с напряженностью Нв=12,3 А/м и СВЧ-
излучения на спектральные характеристики флуоресценции водных
растворов красителя Р6Ж и белка при температуре ~ЗОО°К. Результа-
ты измерения спектрального состава излучения флуоресценции при
различных воздействиях показаны на рис. 3.21. Видно, что они слабо
влияют на спектр, несколько уменьшая интенсивность излучения,
причем максимум излучения практически не меняется и для водного
раствора белка приходится на длину волны 0,337 мкм (29673 см '), а
раствора красителя Р6Ж - 0,57 мкм (17543 см '). Если теперь срав-
ним эти кванты энергии с энергией комбинированных колебательных
квантов молекулы воды для жидкой фазы: Н2О(6,5,0) - 29574 см 1 и
Н20(5,0,0) - 17850 см ', то с учетом кинетической энергии молекул
при этой температуре 1,5кТ=312 см 1 они прекрасно совпадают, что
еще раз подтверждает вывод о том, что за флуоресценцию ответ-
ственны возбужденные колебательные моды молекул воды.

Воздействие монохроматического лазерного излучения на во-
дные растворы красителя Р6Ж исследовалось в работе [3.61]. Экс-
0,54	0,56	0,58	0,6 Х,мкм(Р6Ж)

Рис. 3.21. Спектр флуоресценции водных растворов:
1, Г, 1" - бака; 2, 2'. 2" - Р6Ж; 1.2 - без воздействия;
12'- при воздействии магнитного поля Нв=12,3 А/.ч;
/",2" - при воздействии СВЧ-ипучения [3.46].

перимент проводился
следующим образом:
водный раствор краси-
теля Р6Ж марки ДЭК
находился в стеклянной
кювете сечением 1 х 1 см,
помещенной в центре
оптического резонатора
с коэффициентами от-
ражения зеркал 0,99 и
0,65, который облучал-
ся излучением второй
гармоники импульсно-
го рубинового лазера
(0,347 мкм). Спектры
флуоресценции на выхо-
де полупрозрачного зер-
кала регистрировались

на спектрофлуориметре МРР-4 НйасЫ. Исследовались различные
концентрации растворов при температуре 22,4°С, спектральные ха-
рактеристики которых показаны на рис. 3.22. Энергия квантов мак-
симумов линий излучения, показанных на рис. 3.22, составляет: №1
- 17762 см4; №2 - 17482 см~' и 16750 см1; №3 - 16475 см1. С другой
стороны, этим максимумам линий излучения соответствуют следую-
щие значения энергий комбинированных колебательных мод моле-
кул воды: Н20(5,0,0)- 17850см1; Н2О(2,6,0)- 17388 см1; Н2О(0,1,4)
- 16573 см '; Н2О(3,3,0) - 16416 см4, поэтому с учетом величины

кинетической энергии моле-
кул 1,5кТ=312 см 1 можно
утверждать, что в данном
эксперименте за флуорес-
ценцию также ответственны
возбужденные колебатель-
ные моды молекул воды.
Влияние концентрации рас-
творенного красителя Р6Ж
на изменение спектра флуо-
ресцентного излучения свя-
зано с изменением структу-

0,56 0,575 0,59 0,605 0,621, мкм

Рис. 3.22. Спектр флуоресценции водного рас-
твора красителя РбЖ: 1 - Ск=5 * 1(С .чоль/л; 2 -
С=2*1(14.чоль/л; 3 - СК=5*1(У .чоль/л [3.61].

ры воды, разрушением исходных кластеров и образованием новых
с участием молекул Р6Ж, в результате чего происходит перераспре-
деление колебательной энергии между молекулами Н2О, составляю-
щими кристаллическую структуру кластеров.
3.8.	Влияние переменного магнитного поля
на жидкую воду и лед

С вышеизложенным экспериментальным материалом коррели-
руют данные многочисленных опытов по воздействию на воду сла-
бого переменного (синусоидального) магнитного поля [3.42*3.46].
На рис. 3.23 приведены типичные зависимости изменения диэлек-
трических потерь	(ДП/П0) для воды и льда от частоты при

воздействии слабого переменного магнитного поля, изменяющегося
по закону НВ=НВ°+ НВ0со§(2яй), для Нво=О,О8 и 12,3 А/м, где Нв° -
магнитная напряженность геомагнитного поля земли [3.46]. На рис.
3.23 наблюдаются резонансные явления, когда при определенных
условиях (резонансных частотах) такие физические свойства как:

1

0,8

0.6
0,4

од

0,02	0,04 0,06 0,08 (Гц 154 160

Рис. 3.23. Зависимость относительных изменений
пРи воздействии переменного магнитно-
го поля Нв=Н^+Нвосоз(21ф) на лед I (1) и воду (2)
[3.46].

диэлектрические потери,
электропроводность, тепло-
передача, степень кислот-
ности - резко возрастают,
сохраняются неизменными
два-три часа, и в равновесие
система молекул жидкости
приходит через три-шесть
часов, а льда через сутки.
Все резонансные частоты,
измеренные в вышеприве-
денных работах, показаны в
табл. 3.17. Причем для льда

по сравнению с водой резонансные явления узкополосные, больше

по амплитуде и более ярко выражены. Ширина максимумов изме-
нения свойств и их положение на шкале частот магнитного поля не

зависит от измеряемой области частот параметров (1§8 и т.д.). Насы-
щение воды газами О2, СО2, либо обезгаживание, введение хлоридов
(до 1%) в магнитных полях Нв=12,3 А/м и выше сопровождалось
некоторым уширением максимумов и их сдвигом на несколько

процентов по шкале частот.

Для магнитных полей напряженностью Нв=0,08 А/м и ниже
влияние примесей не оказывает воздействия в пределах точности экс-
перимента. В переменном магнитном поле на оси соленоида, куда
помещалась испытуемая кювета с водой и льдом, напряженность
электрического поля составляла Еэ=5* 1010* (5*1,5)х 10'7 В/см, поэто-
му влияние его на их физические свойства было ничтожно. При уве-
личении постоянной составляющей магнитного поля до величины
«Л0 =20 максимумы изменения физических свойств для резонанс-
ных частот оставались неизменными. С ростом величин эти мак-
симумы уменьшались, а для Нво/Нв°>40 все резонансные частоты не
наблюдались, за исключением частоты 2,5 Гц для большой величины
Нво=212 А/м. Еще одно важное свойство этих резонансных частот: при
температуре воды выше 310°К все магнитные эффекты пропадали.

Попытаемся объяснить эти магнитные эффекты с позиций раз-
витой выше теории колебательной неравновесности молекул Н2О в
жидкой воде и льду. Если сравнить результаты рассмотренного ра-
нее эксперимента, представленного на рис. 3.20, то с учетом ошибок
измерения периодов времени между импульсами хелюминесцен-
ции водного раствора люминола, частоты на рис. 3.20 удовлетвори-
тельно совпадают с частотами в табл. 3.17 в диапазоне 0,014-Ю,08
Гц. По-видимому, в этом же эксперименте присутствовали и более
высокие частоты, но авторы, не предполагая их наличия, сделали

№	1	2	3	4	5	6	7	8
Н , А/м	0,08	0,08	0,08	0,08	0,08	12,3	212	0,08
Жидкая вода								
Г, Гц	0,014	0,04	0,078	1,4	1,54	2,2	2,5	3,2
Лед 1								
Г, Гц	0,014	0,04	0,078	1,4	1,54	2,2	2,5	3,8
№	9	10	11	12	13	14	15	-
Н , А/м	0,08	0,08	212	212	6,2	12,3	0,08	-
Жидкая вода								
Г, Гц	4,5	9,1	22,5	25	86	156,4	2494	-
Лед 1								
Г, Гц	4,4	7,8	22,5	25	86	156	2494	-
Табл. 3.17. Резонансные частоты воздействия переменного магнитного поля Н=Н^+Н„.сох2п1'1 на воду и лед 1 [3.42^3.46]. о	о	о<)	г	.	1	з								

слишком медленную развертку осциллограммы. Таким образом,
можно предположить, что процессы влияния слабых магнитных по-
лей происходят и в живой клетке с биологическими ритмами, резо-
нансно совпадающими с переходами энергии между колебательно-
вращательными уровнями молекулы Н,О.

Возникает вопрос, что происходит с молекулой Н,О, находя-
щейся в жидкой или твердой фазах, в условиях воздействии на нее
слабого переменного магнитного поля? Это можно объяснить следу-
ющим образом: при воздействии синусоидального магнитного поля
на распределение электронной плотности молекулы (см. рис. 3.9)
происходят вынужденные ее перетекания (перетекание заряда) из
одной части сферы в другую, процесс циклически повторяется при
изменении фазы магнитного поля. Но тогда, в соответствие с рис.
3.9 и 3.10, это перетекание электронной плотности вынуждает моле-
кулу к переходу, например, из одного состояния Н,О(0,0,4) в другое
Н2О( 1,0,3). Если частота переменного магнитного поля совпадает
с собственной частотой колебательных переходов молекул Н,О, то
этот эффект усиливается, что вызывает многоквантовые переходы
между колебательными уровнями симметричной и асимметричной
мод через деформационную моду согласно рис. 3.10. Эти процессы
приводят к перераспределению колебательной энергии между уров-
нями всех мод, существенно отличающейся от «квазиравновесного»
исходного состояния воды, то есть создается «неравновесное» со-
стояние воды (льда), которое характеризуется перекачкой колеба-
тельной энергии с нижележащих уровней на вышележащие.

Эти процессы приводят к интенсификации химических реакций,
протекающих в жидкой воде и во льду, увеличению разложения мо-
лекул Н2О на ионы Н+ и ОН-, отрыву электронов у ионов ОН и далее
к их гидратации. Таким образом, концентрация ионов Н+ в растворе
возрастает, а концентрация ионов ОН" уменьшается. Интенсифика-
ция этих процессов резко возрастает потому, что при вступлении в
реакцию колебательно возбужденных молекул реагентов их скоро-
сти могут возрастать в 103-^1015 раз. Все эти вопросы более подробно
будут освещены в следующих главах.

Такие изменения в жидкой воде и льду и приводят к значитель-
ным изменениям их физических свойств: повышению кислотности,
увеличению электропроводности, теплопроводности, диэлектриче-
ских потерь, что и наблюдается в эксперименте. Узкополосные пики
с большей амплитудой изменения физических свойств для резонанс-
ных частот у льда по сравнению с жидкой водой объясняются, во-
первых, уменьшением релаксационных процессов колебательной
энергии, поскольку амплитуда либрационных колебаний молекул
(как целое) в твердом кристалле меньше, чем в жидкой воде. Во-
вторых, с уменьшением температуры или кинетического «кванта»
кТ уменьшается допустимый диапазон для дефектов энергии ДЕд в
реакциях (3.25-^3.27) и снижается количество реакций (частот), при-
нимающих участие в этих процессах. С другой стороны, переменное
магнитное поле, воздействуя на диполи молекул воды, приводит их
к вынужденным угловым колебаниям (упорядоченным) и амплитуда
этих колебаний, естественно, будет зависеть от средней величины
магнитного поля Нво, с ростом которой она увеличивается. Но в этом
случае, фактически, увеличивается кинетический (углового враще-
ния) «квант» кТ, что приводит к росту релаксации запасенной коле-
бательной энергии в молекулах в тепло. Поэтому, начиная с величин
Нво/Нвг'=2О магнитного поля, происходит уменьшение амплитуд из-
менений физических свойств воды, а при Нво/Нв°>4О все резонанс-
ные частоты (за исключением одной) уже не наблюдаются, то есть
релаксационные процессы преобладают над реакциями (3.25+3.27).

Исключение составляет частота 2,5 Гц для большой величины
НВ0=212 А/м, влияние которой можно объяснить колебанием макро-
диполей, состоящих из связанных между собой молекул воды (класте-
ров) [2.12,3.36], в результате чего создается упорядоченная структура
из кластеров, электростатические поля которых складываются и об-
разуется структура воды с более высокой напряженностью электриче-
ского поля. Это, как было изложено выше, в свою очередь приводит
к росту энергии межмолекулярных связей, деформации молекул и, в
конечном счете, к увеличению запасенной колебательной энергии.

Большие времена, требуемые для обработки образцов жидкой
воды и льда (два-три часа), а также времена перехода системы мо-
лекул в «квазиравновесие» (3+24 часа), как указывалось ранее, тре-
буются для протекания большого количества многоуровневых реак-
ций (3.25+3.27) через «узкое горло» деформационной моды с малыми
скоростными коэффициентами для всех молекул в объеме жидкости.
Очень важным экспериментальным фактом является исчезновение
всех магнитных эффектов жидкой воды при повышении ее температу-
ры свыше 310°. Этот эффект связан с фазовым переходом второго рода
преобразования одной структуры воды в другую в диапазоне темпера-
тур 39+41°С, что очень хорошо видно по измерению градиента коэф-
фициента преломления среды в зависимости от температуры на рис.
3.14 и о чем более подробно будет изложено в следующих главах.

В заключение данной главы приведем систематизированные
данные по резонансным частотам поглощения (излучения) электро-
магнитного излучения (ЭМИ) и акустических колебаний плотности
для жидкой воды (табл. 3.18). В ней собраны значения величин, ко-
торые получены экспериментальным путем при измерении ее харак-
теристик (табл. 3.1, 3.2, 3.17) (литературные данные). Кроме того,
добавлены рассчитанные значения вращательного кванта, величин
ангармонизма колебательных мод и наиболее вероятных только
одноквантовых переходов молекул Н,О с нулевого колебательного
уровня на все уровни вплоть до одиннадцатого симметричной, асим-
метричной мод и деформационной до седьмого. Понятно, что эта
таблица является неполной, но даже из нее видно, что резонансных
частот поглощения ЭМИ и акустических колебаний у жидкой воды
существует более 138 штук в широком диапазоне от 0,014 до ~1015
Гц. Надо также помнить, что воздействие на воду ЭМИ и акустикой
с частотами кратными резонансным в табл. 3.18 также будет приво-
дить ее в колебательно-возбужденное состояние.
0,014	0,04	0,078	1,4	1,54
2,2	2,5	3,2	4,5	9,1
22,5	25	86	156,4	2Х103
2,49х 103	4,25x103	2х 104	ЗхЮ4	1,О5х1О5
1,48х10'	106	4,23 х! О7	1,6x10’	5x10*
8,48 х 10*	2,27х 1010	2,5х1010	3,77х 1010	4,23х 1010
5,03х 1010	5,18х 1010	5,36х 1010	6,45х 10'°	6,55х 1010
9,5х 1010	1,05х 10"	Зх10"	3,23х10"	1,ЦхЮ12
1,8х 10'2	2,61х 10”	2,88х 1012	5,25х 10'2	5,4х Ю12
6х1012	8,7х1012	1,35х 10”	1,36х 10”	1,41x10”
1,58x10”	1,65х10”	1,71х10”	1,77х 10”	1,79x10”
2,01x10”	2,06х10”	2,2х10”	2,28х 10”	2,3x10”
2,4х 10'3	3,39х10”	3,51х1О”	3,6х 10”	4,65x10”
4,77х 1О13	4,86х10”	4,92х 10”	4,94х 10”	4,97x10”
4,98х 10”	5,1x10”	5,13х 10”	5,27х 10”	6,3x10”
6,36х10”	6,39х10”	6,42х 10”	6,5х 10”	8,7x10”
8,88х 10”	9,6x1013	9,66х 10”	1,01х 10”	1,014x10”
1,02х 10”	1,035х 10”	1,043х10”	1,056x10”	1,068x10”
1,086х1014	1,095x10”	1,125х10”	1,154x10”	1,194x10”
1,52х 1014	1,55x10”	1,86x10”	2,04x10”	2,09x10”
2,22х 1014	2,28х10”	2,Зх10”	2,5x10”	2,525x10”
2,586х 1014	2.629х10”	2,83х10”	3x10”	3,08x10”
3,093х 1014	3,16x10”	3,29х10”	3,38x10”	3,46x10”
3,86х 1014	4,34х10”	4,45х10”	5,09х10”	5,18x10”
5,345х 1014	5,484x10”	6,348x10”	6,494x1014	7,31x10”
7,476х 1014	8,255x10”	8,429х10”	8,962ХЮ”	9,169x10”
9,231x10”	9,359х10”	9,91х10”	1,006x1015	1,025x10”
1,092х 10”	1,111x10”	1,155x10”		

Табл. 3.18. Резонансные частоты поглощения (испускания) ЭМИ и акустиче-
ских колебаний жидкой воды, Гц.

ЛИТЕРАТУРА

1.	Коротеев Н.И., Шумай И.Л. Физика мощного лазерного излучения. «На-
ука». - Москва, 1991.

2.	Виуз К., Суоррт С.К. Иеаг 1пГгаге<1 зШФез оГ (Ье кйъсШге оГ \уа1ег. I Риге
ЭДнег//1 оГСЬет. РЬуя., V. 39, №8, 1963.
3.	Оживление воды с применением оригинальной технологии Грандера. Ре-
кламный буклет, Австрия, 2000.

4.	АпМого С., ГшогеШ М.В., Ра1та М.1И. АпотаНез 1п Же (етрегаШге
берепбепсе оГ (Ье 1,2-ц аЬзогрбоп оГНцшс! 'ла1ег//3. оГ5о1ш1оп СЬегтМгу, V. 4, №3,
1975.

5.	Саунин Е.И. Изучение комплексного электромагнитного воздействия на
физическую структуру и химический состав воды, водки, лимонада, табака. Тех-
нический отчет, (неопубликованная работа), 1999.

6.	Кочнев И.Н., Винниченко М.Б., Смирнова Л.В. Температурные аномалии
спектра поглощения и показателя преломления воды. Молекулярная физика и био-
физика водных систем. - Л.: вып. 6, 1986.

7.	Богородский В.В. Оптические характеристики вод в ИК области спектра.
Гидрометеоиздат, 1976.

8.	Буничев В.П., Соколов Н.Д. Водородная связь. - «Наука», 1981.

9.	Ага1а Уо/и. Тох/ио Биките А пис!еаг тадпепс гезопапсе з1еабу оГ2,6 1иН<1те
- \уа1ег зуЛет т (Ье епбеа! ге§1те.// Мо1ес. РЬузкз, V. 19, №1, 1970.

10.	Мко&нМ К.//]. СЬет. РЬуз., V. 97, №3, р. 1961, 1992.

11.	ИЫга/еп С.Е.И 1ЫФ, V. 88, №7, р. 4555, 1988.

12.	Шга/еп С.Е.И 3. РЬуз. СЬет., V. 94, №6, р. 2237, 1990.

13.	Вепахх/ Р.И Мо1. РЬуз., V. 62, №6, р. 1467, 1987.

14.	СахтегЕАУ.И 1. СЬет. РЬуз., V. 102, №2, р. 653, 1995.

15.	Тоикап К.И РЬуз. Кеч., V. 37А, №7, р. 2580, 1988.

16.	ОкпйпеИ., Тапака Н.И СЬет. Кеч., р. 2545, 1993.

17.	СЬет. 8.Н.И Абу. СЬет. РЬуз., V. 64, р. 1, 1986.

18.	ИЫга/еп С.Е.И 3. $о1. СЬет., V. 2, р. 199, 1973.

19.	Пестов Э.Г., Лапшин ГМ. Квантовая электроника, 1972.

20.	Виттеман В. СО,- лазер. - «Мир», 1990.

21.	Глебов А.Н. и др. Динамические свойства среды и реакции переноса
электрона в жидкой фазе. ЖФХ., т. 70, №1, 1996.

22.	Диденко Ю. Т., НастичД.Н. и др. Спектры сонолюминесценции воды при
различных температурах. ЖФХ, т. 68, №11, 1994.

23.	Вакс В.Л. и др. Диссоциация воды под действием СВЧ-излучения. - Из-
вестия ВУЗов, Радиофизика, №1. - Стр. 149-Н54, 1994.

24.	Лебедева Н.Н. Реакции центральной нервной системы человека на пе-
риодическое воздействие низкоинтенсивных миллиметровых волн. - Известия
ВУЗов, Радиофизика, №1 - 1994.

25.	Бецкий О.В. О механизме взаимодействия миллиметровых волн низкой
интенсивности с биологическими объектами. Известия ВУЗов. Радиофизика, №1.
- 1994.

26.	Шашлов В.А. О механизме частотно- избирательных эффектов КВЧ из-
лучения и способах их усиления. Известия ВУЗов. Радиофизика, №1. - 1994.

27.	Синицын Н.И.. Петросян В.И. и др. Особая роль системы «миллиметро-
вые волны - водная среда» в природе. Биомедицинская радиоэлектроника, №1.
- 1999.

28.	Бутырская Е.В., Шапошник В.А. Модель квантовых осцилляторов для
описания термодинамических свойств воды. ЖФХ, т. 68, №12, 1994.
29.	Корн Г., Корн.Т. Справочник по математике. - «Наука», 1968.

30.	Жуковский А.П. и др. Спектроскопические исследования температурных
изменений конформации белков в физиологической области температур. Молеку-
лярная физика и биофизика водных систем, вып. 6, 1985.

31.	Те1хе1гаИ 3. РЬув. Ксу.. V. 31 А, №3, р. 1913, 1985.

32.	Звелто О. Физика лазеров. - «Мир», 1979.

33.	1Ые К.. Нептпу 8., БМпке КН 3. СЬет. РЬув., №91 (7630), 1989.

34.	Уагик’г ИЫ К.Г. 8сои З.Г. Спт ЕЕ §1а(с гехо1уе<3 рЬокхНввойаЦоп оГ
У1Ьга1юпа11у ехсйеб \уа!ег. Ко1аПопв, 81ге1сЫп§, чтЬгаПопз ап<3 ге!аПуе стояв весной. //
3. СЬет. РЬув., у. 94 (3), №1, 1991.

35.	Глазунов А.И. Термодинамические функции димера воды. ЖФХ, т. 72,
№12, 1998.

36.	Зенин С.В. Комплексообразование ацетонитрила и метилового спирта с
водой. ЖФХ, т. 73, №5, 1999.

37.	Сперкач В.С. и др. Концентрационные зависимости спектрально-
акустических характеристик водных растворов нитрита цинка. ЖФХ, т. 72, №7.
1998.

38.	Захаров С.Д.. Иванов А.В. Светоокислительный эффект в клетках и пер-
спективы его применения в терапии опухолей. Квантовая электроника, 29, №3,
1999.

39.	Бушуев Ю.Г и др. Свойства сеток водородных связей и молекулярных ассо-
циатов водно-метановых смесей. ЖФХ, т. 71, №1, 1997.

40.	Физическая химия. УДК 532.74, 1987.

41.	Зелепухин В.Д., Зелепухин И.Д. Ключ к «живой» воде. - «Кайнар», Алма-
Ата, 1987.

42.	Березин М.В., Зацепина ГН. Вода и лед как равновесные информацион-
ные среды. - ЖФХ, т. 65, №5, 1991.

43.	Кисилев В.Ф. и др. Вестник МГУ. Физика. Астрономия, т. 31, №2, 1990.

44.	Семихина Л.П. - ЖФХ, т. 63, №1, 1989.

45.	СемихинаЛ.П., Кисилев В.Ф. Влияние слабых магнитных полей на свой-
ства воды и льда. Известия ВУЗов. Физика, №5, 1988.

46.	Кисилев В.Ф., Салецкий А.М., Сечихина Л.П. Теоретическая и экспери-
ментальная химия, №3, 1988.

47.	Кочнев И.Н. и др. Температурные аномалии спектра поглощения и по-
казателя преломления воды. Молекулярная физика и биофизика водных систем,
вып. 6, 1985.

48.	Медведева Н.В. и др. О релаксационном характере изменения свойств
уреазы и миозина в растворах при скачкообразном изменении температуры или
рН. Конформационные изменения биополимеров в растворах. - Тбилиси, 1975.

49.	Лященко А.К. Модель структуры водных растворов электролитов по дан-
ным плотности. Физическая химия растворов. - «Наука», 1972.

50.	Подред. М. Капитетли Неравновесная колебательная кинетика. - «Мир»,
Москва, 1989.

51.	На\’11югпе С.И 3. СЬет. РЬув., у. 108, №12, р. 4493, 1998.

52.	2Ше1 Р.ЕН 3. СЬет. РЬув., V. 90, р. 977, 1989.

53.	ЕтН ЛИ ТЬе Зог. оГ СЬет. РЬув., у. 67, №9, р. 4053, 1977.
54.	Минаев В.П. Современные лазеры для хирургии и силовой терапии.
Лазер-Информ №17,18, 2002.

55.	Петросян В.И., Гуляев Ю.В. и др. Взаимодействие физических и биоло-
гических объектов с электромагнитным излучением КВЧ-диапазона. Радиотехни-
ка и электроника, т. 40, вып. 1, 1995.

56.	Петросян В.И., Житенева Э.А. и др. Физика воздействия ММ-волн с
объектами различной природы. Биомедицинская радиоэлектроника, №3, 1996.

57.	Петросян В.И., Синицын Н.П. и др. Проблемы косвенного и прямого на-
блюдения резонансной прозрачности водных сред в миллиметровом диапазоне.
Биомедицинская радиоэлектроника, №1, 2000.

58.	Семин В.С., Лапшин А.И. Исследование криолюминесценции водных си-
стем. 2-е всесоюзное совещание по хелюминесценции. Тезисы докладов. - Уфа,
1986.

59.	Трохан А.М., Лапшин А.И., Гудзенко О.И. Криолюминесценция жидко-
стей. Доклады АН СССР, т. 275, №1, 1984.

60.	Рабинович И.Б. Влияние изотопии на физико-химические свойства жид-
костей. - М.: Наука, 1968.

61.	Салецкий А.М. Вестник МГУ. Серия 3. Физика. Астрономия, №1,2001.
ГЛАВА 4

ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ В ЖИДКОЙ ВОДЕ И ВЛИЯНИЕ
НА НИХ РАЗЛИЧНЫХ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

В классическом представлении в нормальных условиях и при
постоянной температуре окружающей среды чистая, без примесей
жидкая вода считается термодинамически равновесной системой
молекул. С этой точки зрения в такой среде не должны идти никакие
химические реакции.

В то же время, в жидкой воде, даже специально очищенной,
всегда присутствуют: ионы ОН , Н* и их гидратированные комплек-
сы Н,О+, Н5О2+, Н3О2, Н5О2-; электроны; радикалы О, Н; молекулы
Н2, ОН, НО2, Н2О2; растворенные газы О2, Ы2, СО2 и т.д. [1.12, 1.2,
1.35, 1.34, 2.26, 1.19, 2.31]. Естественно, возникает вопрос: откуда
в чистой, электрически нейтральной воде в отсутствии каких-либо
внешних воздействий возникают эти элементы, какие происходят
реакции и откуда поступает энергия для их протекания?

Вопросы эти не праздные, поскольку жидкая вода является
основой биологической жизни, все живые организмы на две трети и
больше состоят из воды. Вода - один из главных компонентов всего
живого, в ее растворах обитают биологические клетки, происходят
ежесекундно миллиарды различного вида реакций и поэтому крайне
необходимо знать все свойства воды. К настоящему времени в био-
логии и медицине существует много проблем при изучении жизнедея-
тельности биологических клеток в водных органических растворах,
их энергоснабжении, функционировании мембран, работе ионных
насосов, влиянии ионов и т.д., которые до сих пор не решены. Имеет-
ся большое количество проблем при анализе химических и биологи-
ческих реакций в водных растворах органических и неорганических
веществ, влияния различных колебательно-неравновесных состояний
жидкой воды на скорости их протекания, которые не нашли своего
объяснения до настоящего времени. До сих пор не создана полная
теория электролитических процессов водных растворов, поскольку
не ясны многие физические и химические явления, происходящие в
них на атомно-молекулярном уровне. Объективно не существует объ-
яснений теорий катализа на атомно-молекулярном уровне, когда под
воздействием слабых внешних селективных воздействий или твердых
катализаторов скорости реакций при низких температурах возрастают
на десятки порядков. И перечень подобных проблем, связанных с во-
дой и водными растворами, можно продолжить большим списком.
Одна из главных причин такого состояния дел изучения свойств
воды и водных растворов заключается в том, что без должной осто-
рожности для жидкой воды и льда применяется известное положение
статистической физики, что конечным состоянием статистической
системы частиц является ее термодинамическое равновесие. При
этом забывают, что процесс перехода из неравновесного состояния
в равновесное требует конечного времени, и, например, для воды в
жидкой и твердой фазах это время может быть много-много больше,
чем для газа или парообразной воды. На самом деле, как показано в
предыдущих главах, жидкая вода является совокупностью молекул,
находящихся в колебательно-возбужденном неравновесном состоя-
нии, что подтверждается громадным количеством эксперименталь-
ных фактов. Поэтому знание этих неравновесных процессов, а так-
же квантово-механических и колебательно-неравновесных реакций,
протекающих в жидкой воде, позволит решить многие задачи и от-
ветить, может быть, на все поставленные вопросы.

Следует особо подчеркнуть, что неоднократно упоминаемое на-
личие в жидкой воде «колебательно-возбужденных молекул Н2О»
означает следующее: в каждый данный момент времени существуют
ансамбли из молекул воды (например, кластеры, гидратные молеку-
лы ионов, вблизи гидрофильных элементов, в порах и т.д.), колеба-
тельные уровни которых заселены по некоторой функции распре-
деления вероятностей, причем средняя колебательная энергия этих
молекул (колебательная температура) существенно отличается от
поступательной. Другими словами, в жидкой воде и льду в отдель-
ных ансамблях молекул колебательная температура больше поступа-
тельной и такая ситуация может существовать неопределенно долго
всего времени состояния жидкой и твердой фаз.

В данной главе на основе большого экспериментального ма-
териала показывается возможность протекания многочисленных
квантово-механических и колебательно-неравновесных химических
реакций в чистой воде с выделением энергии на колебательные сте-
пени свободы молекул для различных условий состояния и воздей-
ствий на нее.

Вначале этой главы уточним также некоторые особенности
терминологии, используемые в настоящей книге по химическим
реакциям. В классической химии скорости химических реакций
определяются, так называемыми, константами химических реакций,
величина которых сильно зависит от статической температуры сре-
ды. Для колебательно неравновесных процессов и реакций, которые
рассматриваются в данной книге, эти «константы» зависят, кроме
того, и от степени колебательного возбуждения реагентов, вступаю-
щих в реакцию, то есть от их колебательной температуры, поэтому
в дальнейшем вместо «констант скоростей» используется более кор-
ректное наименование их - скоростные коэффициенты.

4.1.	Диссоциация и ионизация молекул Н20 в жидкой воде

Проанализируем ряд химических реакций с ионами и электро-
нами ответственных за диссоциацию молекул Н,О, обсуждаемые в
научной литературе и которые, вероятно, протекают в чистой жид-
кой воде [1.12,1.35, 2.26,4.1, 4.2]:

Н,О^ОН +Н+;	2Н,О^Н3О+он ;

ЗН2О^Н3О+Н3О, ;	ОН^ОН+е ;	(4.1)

6Н,О^2(ОН Н26)+2Н3О’;	2(ОН Н2О)±52ОН+2(е	Н2О);

2(е Н2О)+2Н,О ^2Н+4Н,О;	Н2О+е ^ОН +Н.

В этих реакциях для краткости у всех элементов	опущен индекс

(ад), означающий, что они находятся в жидкой фазе и поэтому эн-
тальпию их образования необходимо брать с учетом теплоты конден-
сации воды. По всем этим реакциям можно сделать ряд замечаний,
сводящих на нет их информативность и достоверность. Во-первых,
в правой части каждой реакции необходимо добавить и знать экс-
периментальную величину ДО - энергии, которую нужно подвести к
реагентам в случае эндотермической реакции, либо выделяющейся
с продуктами для экзотермической реакции, а в научной литературе
этих данных крайне мало. Поэтому количественно рассчитать такую
систему химических уравнений невозможно. Во-вторых, для газовой
среды молекулы реагентов и продуктов реакции могут приобретать
достаточно большую скорость, особенно при высокой температуре,
и обладать в соответствие с распределением Больцмана высокой ки-
нетической энергией. В связи с этим, нет ограничений в величине
ДР (в разумных пределах), поэтому всегда существует вероятность
в большей или меньшей степени (в зависимости от скоростного ко-
эффициента и температуры газов) протекания реакций (4.1). В то
время как в жидкой воде молекулы обладают кинетической энерги-
ей в диапазоне температур от нуля до 100°С равной 1,5кТ=285-К389
см '=3,4-^-4,65 кДж/моль, и возможность протекания хотя бы одной
из реакций (4.1) определяется условием | ДР | <4,65 кДж/моль.

Если рассчитать величину др для всех реакций (4.1) на основа-
нии справочных данных [1.16], согласно правилам (в правой и левой
частях равенства ставятся значения изменения энтальпии образова-
ния данной молекулы, иона, радикала, комплекса с соответствующим
знаком плюс или минус), то окажется, что ДР значительно (на по-
рядки) превосходят указанный диапазон кинетической энергии для
жидкой воды. Но это означает, что ни одна из реакций (4.1) не мо-
жет идти в жидкой воде, так как, например, для первой реакции (4.1)
ДР составляет +55,84 кДж/моль. Протекание этой реакции хотя бы
единичным актом приведет к большому оттоку кинетической энер-
гии молекул, а, следовательно, тепла из микрообъема и его замора-
живанию, чего в действительности не происходит. Тем не менее, на
основании громадного экспериментального материала, полученного
с помощью химических, спектроскопических, рентгеноструктурных
исследований подтверждено наличие в чистой жидкой воде молекул
элементов, ионов, электронов, радикалов, перечисленных выше, и
вопросы, поставленные ранее относительно причины их появления,
остаются открытыми.

Попытаемся ответить хотя бы на часть поставленных вопросов
о появлении ионов, электронов и радикалов в жидкой воде, не каса-
ясь пока их гидратации. Для этого запишем реакцию диссоциации и
ионизации молекулы воды на ионы в более аккуратной форме:

Н,О, ^ОН, , +Н, /+Др.

2 (ад) (ад) (ад)

(4.2)

Согласно справочных данных [1.16], изменение энтальпии обра-
зования из простых веществ молекулы Н,О составляет: ДН|°(Н2О)=
-285,84 кДж/моль; иона ОН в водном растворе соответственно
ДН”(ОН )—229,94 кДж/моль, а для иона Н" принимается ДНГ°(Н‘)=О.
Тогда, согласно уравнения (4.2), получаем ДО=+55,84 кДж/моль=4668
см1. Вообще говоря, величина этой энергии сравнима с суммарной
энергией связей молекул воды в жидкой фазе (ДНИ=4(Н45 кДж/моль)

и, в случае существенно неравномерного ее распределения между

молекулами, теоретически можно ожидать появление в жидкой воде
ионизированных продуктов их диссоциации. Принципиально важно
подчеркнуть, что активационный энергетический барьер реакции

(4.2)	крайне низкий и почти в 9 раз меньше энергии связи молекулы
Н2О при диссоциации ее на радикалы ОН и Н.

Логарифмическая зависимость произведения концентрации ио-
нов Н* и ОН КИ=[Н+][ОН ] от температуры жидкой воды, построен-

ная на основании справочных
данных [1.16], представлена на
рис. 4.1. Видно, что в диапазо-
не температур от нуля до 100°С
величина Ки возрастает в 518
раз, то есть концентрация ио-
нов в жидкой воде резко увели-
чивается с ростом температу-
ры. Исследование зависимости
концентрации ионов Н+ и ОН
в жидкой воде при изменении
температуры от 0 от 400°С без

О 20 40 60 80 Т°С

Рис. 4.1. Зависимость произведения концен-
траций [ОН ] [Н'] от температуры [1.16].
изменения ее агрегатного состояния показывает наличие максимума
при температуре ~300°С, величина которого в -1000 раз больше, чем
для 0°С и падение ее далее до величины Ки(400°С)=Ки(20°С) [4.4].

Возникает естественный вопрос: какие процессы и реакции от-
ветственны за появление ионов Н+ и ОН в жидкой воде и чем объяс-
няется такое резкое возрастание их концентрации от температуры?
Анализ литературы по этому вопросу показал: кроме предположе-
ний, что диссоциация молекул Н2О и ионизация их продуктов в жид-
кой воде происходит за счет воздействия высокоэнергетических ча-
стиц космического происхождения, у и 0 радиационных излучений,
электрических и магнитных полей более ничего нет [4.3, 1.12, 1.35,
1.34]. Но на основании таких предположений никак нельзя объяс-
нить такую резкую зависимость ионной концентрации жидкой воды
от температуры.

Дадим развернутое обоснование этого явления в жидкой воде с
позиций колебательно-неравновесного состояния молекул Н2О со-
гласно гл. 3 настоящей книги. Как было показано ранее, колебатель-
ные уровни молекул Н2О жидкой воды могут быть неравновесно засе-
лены вплоть до 1СН-11 -ого уровней в симметричной и асимметричной
модах и до седьмого в деформационной моде. Таким образом, в жид-
кости могут рядом соседствовать молекулы Н2О с разной степенью
заселенности колебательных уровней, и процесс перераспределения
энергии между уровнями в одной молекуле и между соседними мо-
лекулами происходит постоянно как за счет излучения и поглощения
квантов энергии, так и электростатического взаимодействия диполей
- дисперсионного взаимодействия осцилляторов. Поскольку молеку-
лы Н2О в жидкой воде за счет водородных связей и дисперсионных
сил объединены в кластерах в льдоподобную жидкокристаллическую
структуру и находятся близко друг от друга на расстоянии -2,9 А, их
взаимодействие может происходить достаточно интенсивно. Тогда
«развал» молекулы Н2О на ионы при взаимодействии двух колеба-
тельно возбужденных молекул воды можно описать следующей реак-
цией (здесь и в дальнейшем опускаем индекс (ац)):

Н2О(у1,у2,у3)+Н2О(у|/,у2,у3)^Н2О(у|//,у2/,у3 )+Н++ОН +ДЕд. (4.3)

В данной реакции одна из молекул Н,О отдает часть своей коле-
бательной энергии на преодоление активационного барьера ДО (см.
реакцию 4.2), еще часть идет на перераспределение колебательной
энергии во второй молекуле Н2О, а остаток энергии (дефект энергии
колебательных уровней ДЕд) переходит в кинетическую энергию
молекулы Н2О и ионов. Для реакции (4.3) принципиально важным
условием ее скорейшего протекания является значения дефекта энер-
гии ДЕд, которое должно быть обязательно по абсолютной величине
меньше кинетической энергии Пк=1,5кТ молекул воды в жидкости
при данной температуре. При этом значение ДЕд может быть как
положительным, так и отрицательным. В первом случае остаточная
энергия протекания реакции переходит в поступательную энергию
оставшейся молекулы Н,О и ионов, а во втором случае недостающая
энергия ДЕд берется из «кинетического резервуара» молекул жидко-
сти. Здесь необходимо отметить, что в реакции (4.3) мы не учитыва-
ем перераспределение колебательной энергии в ионе ОН , поскольку
в научной литературе нет данных, как влияет присоединенный элек-
трон к радикалу ОН на распределение его колебательных уровней.

На основании значений энергии колебательных уровней всех
трех мод молекулы Н,О, приведенных в табл. 3.4, и величины энер-
гии активации реакции (4.2) ДО=4673 см 1 запишем наиболее веро-
ятные реакции развала молекулы воды на ионы:

1) Н,О(10,у„у1)+Н;О(1,0,1)^Н,О(11,у1,у,)+Н +ОН +ДЕд=-45 см',
2) н‘0(9,у„У3)+Н10(1,0,1)ЯН2д(10,у,"у,)+Н+ОН +ДЕд=-42 см1,
3) Н‘0(8,у",у3)+Н,0(1,0,1)^Н,0(9,у„у3)+Н+ОН +ДЕд—129 см ',
4) н’0(7,у",у3)+н‘0(1,0,1)^н‘0(8,у',у3)+Н+ОН +ДЕд=-216 см1,
5) Н20(у|,у2,10)+Н,0(1,0,1)^Н,0(у|\„1 1)+Н‘+ОН +ДЕд—31 см1,
6) Н20(у|,У2,9)+Н,0(1,0,1)^Н2д(у1.У2,‘10)+Н*+ОН +ДЕд=-65 см1,
7) Н2О(у1,у2,8)+Н2О(1,0,1)^Н2О(у|,у2,9)+Н+ОН +ДЕд^129 см1, (4.4)
8) Н,О(Ю,0,У3)+Н,О(1,1,1)^Н2О(11,1,У3)+Н++ОН +ДЕд=45 см
9) Н2О(9,0,у3)+Н,д(1,1,1)^Н2О(10,1,у,)+Н'+ОН +ДЕд=42 см
10) Н2О(8,0,у3)+Н,О(1,1,1)^Н2О(9,1,у3)+Н"+ОН +ДЕд=129 см ',
И) Н20(7,0,у,)+Н,0(1,1,1)^Н,0(8,1,у3)+Н+ОН +ДЕ,=216см ',
12) Н20(у,,0,10)+Н20(1,1,1)^Н,0(у1,1,П)+Н*+ОН +ДЕд=31 см1,
13) Н,0(у,,0,9)+Н20(1,1,1)^Н,0(у1,1,10)+Н+ОН +ДЕд=65 см ',
14) Н2О(у1,0,8)+Н2О( 1,1,1 )^Н2О(у,, 1,9)+Н*+ОН +ДЕд=129 см '.

Для жидкой воды средняя величина кинетической энергии мо-
лекул в диапазоне от нуля до 100°С составляет Ок=1,5кТ=285-^389
см1, поэтому те значения дефекта энергии ДЕд реакций (4.4), кото-
рые меньше величины кинетической энергии молекул для данной
температуры будут идти с наибольшей вероятностью и, например,
для реакций №1, 2, 5, 8, 12 наблюдается практически полный ре-
зонанс. В данных реакциях взаимодействуют две молекулы Н2О,
одна из которых имеет высоковозбужденные колебательные уровни
симметричной или антисимметричной мод, а вторая - самые низкие
(первые) возбужденные уровни. Это не случайно, а связано с вели-
чиной энергии активации др=4673 см ', ангармонизмом колебатель-
ных уровней молекулы Н2О и требованием получения дефекта энер-
гии ДЕд реакций (4.4) в диапазоне величин кинетической энергии
молекул. Таким образом, в жидкой воде существует много каналов
протекания реакции развала молекулы Н2О на ионы, а, следователь-
но, имеется очень большая вероятность ее осуществления.

На основании этих реакций (4.4) можно объяснить и темпера-
турную зависимость изменения концентраций ионов в жидкой воде
следующим образом. Когда увеличивается температура жидкости,
то возрастает величина кинетической энергии молекул, что приво-
дит к росту диапазона допустимых значений дефектов энергии ДЕд
и подключению к реакциям (4.4) новых каналов. Причем эти новые
каналы (реакции) идут с молекулами Н,О, у которых заселены более
низкие колебательные уровни (5^-8), а количество таких молекул, в
соответствие с функцией распределения по энергиям, в жидкости
значительно больше по сравнению с молекулами, имеющими вы-
соко возбужденные колебательные уровни 9-11. Этот рост концен-
трации ионов продолжается до температуры ЗОО°С, когда величина
кинетической энергии молекул достигает ~500 см '. Но одновремен-
но с возрастанием кинетической энергии молекул увеличиваются
релаксационные процессы колебательной энергии в тепло, поэтому
достигается некоторый максимум, а далее с ростом температуры
преобладает релаксация и концентрация ионов уменьшается.

Таким образом, мы показали большую вероятность протекания
реакции (4.2) за счет перераспределения колебательной энергии меж-
ду молекулами, но остается еще один важный вопрос - почему энер-
гия активации этой реакции в жидкой воде такая низкая (ДРА=55,84
кДж/моль), в то время как для газовой фазы она равна 1160 кДж/моль?
Этот факт может быть связан только с особенностью межмолекуляр-
ных связей в жидкой воде. Молекулы в кластерах воды связаны меж-
ду собой за счет водородных (дисперсионных) связей в жидкокри-
сталлическую льдоподобную структуру, причем эти связи постоянно
разрываются и восстанавливаются, а молекулы переориентируются
друг относительно друга за счет их вращений (поворотов). С одной
стороны, положение молекул Н2О в структуре определяется тем, что
их ориентация должна благоприятствовать образованию водородных
связей, с другой - поскольку молекулы представляют собой диполи,
то, благодаря влиянию электростатических полей, они постоянно
разворачиваются друг относительно друга, стремясь компенсировать
силы притяжения и отталкивания разноименных полюсов.

Бьеррум [1.36] показал, что во льду имеются два типа дефектов:
В - дефект когда на связи между двумя атомами О между соседними
молекулами возникают два протона О.. .Н.. .Н.. .О и Ь - дефект, когда
между атомами кислорода совсем нет протонов О... .О. За последние
десятилетия исследования свойств воды показано, что и в жидкой
воде в льдоподобной структуре также существуют такие дефекты и
факт перескакивания протонов с одного места на другое считается
общепринятым, а рассчитанная полная энергия образования таких
дефектов составляет 1}д=6О,33 ±7,12 кДж/моль, что хорошо согласу-
ется с экспериментальным значением энергии переориентации мо-
лекул 17ор =54,47 кДж/моль [1.12]. Но, с другой стороны, эта энергия
переориентации молекул с хорошей точностью совпадает с энергией
активации реакции (4.2) 1)ор =ОАК, что не является случайностью.

Тем не менее, эта энергия все-таки больше средней энергии свя-
зей молекул Н2О в жидкости ДНИ=4(К45 кДж/моль и полного ответа
на поставленный вопрос мы пока не получили. Физическая сущность
этого явления заключается в следующем: величина энтальпии связи
воды ДНИ определяется экспериментально, как средняя по мольно-
му объему. Жидкая вода состоит из кластеров различных размеров
и части «свободных» молекул, имеющих всего (К2 водородных свя-
зей, количество которых составляет до 20%. Водородные связи между
кластерами тоже не полноценные и часто рвутся. С другой стороны,
внутри кластеров в соответствие с тетраэдрической структурой жид-
кого кристалла большинство молекул имеют по четыре водородных
связи, поэтому энергия связи внутри кластера будет значительно
выше, чем на его краях. В такой ситуации, если в какое-то мгновение,
например, сделаем разрез жидкой воды и посмотрим распределение
энергии связи молекул на линии, проходящей в плоскости среза через
весь набор кластеров и «свободных» молекул, то получим осциллиру-
ющую кривую с максимумами в центре кластеров и минимумами на
«свободных» молекулах при средней величине ДНИ=4(К45 кДж/моль.
На основании этого анализа можно сказать, что величина энергии свя-
зи молекул в кластерах наверняка превышает среднюю величину эн-
тальпии испарения воды, и реакция (4.2) протекает непосредственно в
кластерах. Реакция (4.2) идет в момент перестройки кристаллической
структуры и переориентации молекул Н2О, когда к ним может быть
подведена энергия больше ОАК. В этом случае в какое-то мгновение,
когда протон Н+ отрывается от молекулы Н2О, у оставшегося иона
ОН" могут нарушиться остальные водородные связи с кристалличе-
ской решеткой воды, он может оторваться от нее, и в воде образуются
свободные ионы ОН" и протоны Н+. Интересно отметить, что такая
ситуация в жидкой воде совершенно аналогична кристаллической ре-
шетки в металлах, где вследствие сильных межатомных связей про-
исходит деформация электронных орбиталей, внешние электроны
атомов теряют с ними связь и становятся свободными.

4.2.	Образование нейтральных радикалов в жидкой воде

Образование радикалов ОН, Н, в жидкой воде обычно связыва-
ют с действием высокоэнергетичных излучений, например, иони-
зирующей радиации или кавитационными процессами [4.36, 4.59,
4.60]. Однако, даже в отсутствии таких воздействий, эти радикалы
всегда имеются в жидкой воде, что говорит об иных механизмах их
появления. В ряде работ [4.36, 4.61], первая из которых, вероятно,
принадлежит автору [4.61], утверждается, что при воздействии на
воду ионизирующих излучений области мест образования в воде
радикалов ОН и Н пространственно разнесены, что говорит о раз-
личных источниках их образования. Кроме того, изменение концен-
трации радикалов со временем происходит вследствие диффузии из
малых объемов, поэтому реакции между одноименными радикалами
замедлены [4.61].

Появление нейтральных радикалов ОН и Н в жидкой воде проис-
ходит (исключая пока химические реакции) из ионов Н+ и ОН по ре-
акциям аналогичным (4.4). Покажем для примера возможность про-
текания таких реакций рекомбинации ионов в жидкой воде, причем,
поскольку не удалось найти в научной литературе изменение энталь-
пии образования радикала ОН в жидкости, то примем ДНг°(ОН(в))=39
кДж/моль для газовой фазы. Важно здесь отметить, что эти реакции,
в принципе, могут идти фактически при любых значениях активаци-
онного барьера, лишь бы выполнялись выше изложенные условия по
дефекту энергии ДЕд. Образование радикала ОН и свободного элек-
трона из иона ОН" может происходить по следующей реакции:

Н О(у ,у ,у ) +ОН, •^НЮ^Ау'уД +ОН +е+Др, (4.5)

здесь индекс (ац) относятся к молекуле и иону, изменение энтальпии
которых учитывает теплоту испарения воды, а (§) - к газовой фазе.

В предположении, что энергия электрона не превышает кинетиче-
ской энергии молекул Н2О в жидкости, согласно справочных данных из-
менения энтальпии образования иона ОН", молекулы Н2О в водном рас-
творе и радикала ОН газообразной фазы [1.16] определяем ДО=+268,9
кДж/моль = 22477 см"1. Далее на основании таблицы 3.4 и, исходя из
условия, чтобы дефект энергии квантовых переходов удовлетворял тре-
бованию | ДЕд | <1,5кТ для заданной температуры, можно определить
наиболее вероятные реакции образования радикалов ОН:

Н,О(3,у„уД +ОН, , ±5Н,О(10,у„у,), +ОН ,+е+ДЕ=77 см1, (4.6)
2 ' ’ 2’ 37(ац) (ац) 2 '	’ 2’ 37(ач)	(в)	Д	’	'	7

Н,О(1,1,у,1 +ОН, , ^Н,0(8,0,V,), ,+ОН +е +ДЕп=^62см '.
2 ' ’ ’ 37(ач) (ац) 2 ' ’ ’ 37(ач)	(?)	Д

В данном случае основная часть выделяющейся энергии при от-
рыве электрона от иона ОН" распределяется между колебательными
уровнями всех трех мод одной молекулы Н2О, участвующей в этом
процессе, а дефект энергии реакции переводится в кинетическую энер-
гию всех продуктов (Н2О, ОН, е ) (при отрицательном дефекте она бе-
рется из кинетической энергии взаимодействующих реагентов Н2О и
ОН ). При этом предполагаем, что радикал ОН колебательно невозбуж-
ден, хотя, в принципе, часть энергии после взаимодействия реагентов
может запасаться на его колебательных степенях свободы, а энергия
электрона не превышает кинетической энергии молекул воды.

Если учесть возможность радикала ОН в процессе акта взаимо-
действия принимать на колебательные степени свободы энергию, то
могут идти, например, такие реакции:

Н,О(у„0,у,), ,+ОН, , ^Н,О(у„7,у,), ,+ОН(3), ,+е +ДЕ,,=-1 см ', (4.7)
2'1’* З'(ач) (ац) 2'1’’ 3'(«|)	' 7(?)	Д	’ 4	'

Н О(у„у ,0), +ОН, , 5Н,О(у ,у ,4) +ОН(2) +е+ДЕ =272 см'.

Видно, что первая из реакций (4.7) идет с полным резонансом
перераспределения колебательной энергии, что говорит о высокой
вероятности ее осуществления. При этом в дальнейшем колебатель-
но возбужденный радикал ОН может излучить приобретенный квант
энергии, который практически резонансно поглощается молекулами
воды (см. табл. 3.4 и 3.4а).

Образование радикала Н из иона Н" может идти по реакции:

Н,О(у„у„уЛ ,+Н+, ,+е ±5Н,О(у ,у„у ) ,+Н, ,+ДО.	(4.8)

Предполагая, что энергия электрона не превышает кинетиче-
ской энергии молекул воды, величина энергии активации реакции
(4.8) равна ДР=218 кДж/моль= 18221 см 1 и тогда, согласно выше из-
ложенным условиям, возможно протекание следующих реакций:

Н,О(у.,у„0) +Н+, ,+е ^Н,О(у,,у„5), ,+Н, +ДЕ —59 см ',	(4.9)

Н,О(у„у ,5) ,+Н\ ,+е !?Н,0(11,у„у.), ,+Н +ДЕ„^102 см'.

Поскольку каждый ион Н+ в жидкой воде окружен четырьмя
молекулами Н2О (координационное число жидкокристаллической
структуры меняется от 4 до 4,6), то в реакциях аналогичным (4.4,
4.6, 4.7, 4.9) могут участвовать до четырех молекул воды с разны-
ми энергетическими состояниями колебательных уровней. Благо-
даря очень большому сочетанию энергий двадцати девяти колеба-
тельных уровней каждой из четырех молекул Н,0 всегда найдется
один или несколько вариантов протекания подобных реакций. Кроме
того, поскольку в жидкой воде постоянно идет переизлучение фото-
нов света, образующихся в результате переходов молекул Н,О из
одного колебательно возбужденного состояния в другое, молекулы
воды, участвующие в реакциях (4.4, 4.6, 4.7, 4.9), будут колебатель-
но возбуждаться за счет поглощенных фотонов. Это означает очень
большую вероятность образования в жидкой воде ионов Н+, ОН ,
электронов, радикалов Н и ОН. Естественно, одновременно будут
идти противоположные процессы рекомбинации ионов в молекулы
Н2О, радикалов в ионы и концентрация всех элементов для заданной
температуры и условий среды будет поддерживаться постоянной.

В выше приведенном анализе образования радикалов ОН и Н
из ионов ОН-, Н+ мы не рассматривали вопросы гидратации ионов.
Учет эффектов гидратации, то есть образования комплексов Н3О+ и
Н3О2, приводит к увеличению вероятности процессов образования
радикалов ОН и Н за счет дополнительной энергии гидратации. Или,
что тоже в данном случае деформации молекул Н2О и возрастания их
колебательной энергии соответственно до величин 102 и 171 кДж/
моль (см. табл. 2.2).

4.3.	Химические реакции самоподдерживающихся
процессов накачки молекул воды колебательной энергией

4.3.1.	Расчет энергии электрона в жидкой воде

Очень важную роль в химических реакциях в жидкой воде игра-
ет свободный электрон, присутствующий в ней, причем согласно ли-
тературным данным он сразу гидратируется, то есть соединяется с
одной или несколькими молекулами Н2О. В предыдущих разделах
мы предполагали, что энергия электрона в жидкой воде не превы-
шает кинетической энергии молекул. В научной литературе, напри-
мер, [1.2] когда записывают реакции, протекающие в электролитах с
участием электронов, полагают, что изменение энтальпии электро-
на равно нулю. Если для электролизных процессов, возможно, это и
правильно, поскольку электроны в раствор электролита поступают с
электродов за счет внешней электродвижущей силы, то для чистой
жидкой воды это не так. О присутствии свободных и гидратирован-
ных электронов в жидкой воде в отсутствии электролиза говориться
во многих работах [1.12, 2.26, 3.23, 4.2, 4.5, 4.6, 4.9, 4.11, 4.33, 4.34],
но энергия ионизации молекулы Н2О составляет 1217 кДж/моль и не
ясно за счет каких процессов происходит их образование в жидкой
воде. Для того чтобы в дальнейшем использовать реакции с участием
свободного электрона необходимо определить изменение энтальпии
его образования в жидкой воде. В научной литературе не удалось
найти данных по энергиям образования свободного и гидратирован-
ного электрона, поэтому попытаемся оценить эти величины.

Обычные концентрации е ' и находящихся с ним в равновесии
Н(ач)+ в экспериментах по получению в реакциях гидратированного
электрона имеют порядок (5-И0)х 10’9 моль/л, что совпадает с диапа-
зоном концентраций Н,О, [3.23]. Для быстрого электрона в жидкой
воде расстояние, проходимое между двумя ближайшими актами вза-
имодействия равно 2СН-ЗО мкм, а время жизни вследствие его гидра-
тации составляет ~10" сек [1.12]. Тогда средняя скорость электрона
в жидкой воде будет У=(О,2^О,3)*1О5 м/сек, а кинетическая энергия
I) =0,1+0,25 кДж/моль, поэтому в дальнейшем при анализе хими-
ческих реакций с электроном его кинетическую энергию можно не
учитывать.

В работах [4.2, 4.5, 4.11] приведена обратимая реакция гидра-
тированного электрона, которая считается почти термонейтральная
(△0=4,8 кДж/моль):

Н, ,+ОН,	,+е, , +Др.	(4.10)

Расчет изменения энтальпии образования гидратированного
электрона из реакции (4.10) дает величину ДНг°(е(ач) ) = ДНГ°(Н)+
ДН(.°(ОН(ач)) - ДНг°(Н2О(ач|) - ДР = +269 кДж/моль, что, между про-
чим, совпадает с величиной ДР для реакции (4.5).

С другой стороны, имеются экспериментальные работы по облу-
чению жидкой воды излучением в видимом и инфракрасном диапа-
зоне, в которых получали резонансные частоты, приписываемые по-
глощению их электронами. Разберемся в этих данных. В монографии
[1.12] приведен максимум оптического поглощения на длине волны
0,62 мкм, в книге [4.6] пики, приписываемые поглощению электро-
на, составляют 0,55; 0,625 и 0,7 мкм. В этой же работе описан экс-
перимент, в котором жидкую воду облучали импульсным лазерным
излучением с длиной волны 0,3 мкм и получили, что в результате
двухквантовой ионизации воды образуется предгидратированное со-
стояние электрона с поглощением в области длины волны 1,25 мкм,
а через 2,4х 1012 сек происходит гидратация электрона с максимумом
поглощения 0,72 мкм.

Полученные экспериментальные данные можно интерпрети-
ровать следующим образом. Длина волны 0,55 мкм, эквивалентная
энергии 1) = 18182 см1, очень близка к кванту асимметричной моды
молекулы Н,О(у,,у2,5) Ок= 18280 см 1 (см. табл. 3.4) и является резо-
нансной линией ее поглощения. Аналогично длины волн 0,625-4),62
мкм с энергиями Пи= 16000-4 6129 см-1 можно отнести к поглоще-
нию квантов света молекулами воды с комбинированными модами
Н2О(4,1,у3) (1)к= 16203 см'1). Энергия кванта с длиной волны 0,7
мкм, равная Пи=14286 см~'=171 кДж/моль, очень близка к энергии
сродства молекулы ОН к электрону ЕА(ОН)=1,826 еу =176,2 кДж/
моль. По определению, ЕА - это энергия связи электрона в соот-
ветствующем отрицательном ионе данной молекулы или атома, то
есть минимальная энергия, затрачиваемая на отрыв электрона от от-
рицательного иона [1.6]. Кроме того, энергия гидратированного иона
0Н(ач), то есть энергия связи комплекса Н3О равна 171,2 кДж/
моль [1.19], поэтому энергию кванта волны 0,7 мкм можно отнести
и к отрыву гидратированной молекулы Н,О от иона ОН *.

Энергия кванта излучения с длиной волны 1,25 мкм - й 8000
см 1 =95,7 кДж/моль не совпадает ни с одним из колебательных уров-
ней молекул Н,О, ОН или их комбинацией (отличие составляет —400
см 1 >1,5кТ) и ее можно приписать энергии отрыва электрона от моле-
кулы Н2О в жидкой воде П(е ) =95,7 кДж/моль. Энергия кванта излуче-
ния длины волны Х=0,72 мкм, равная Ои= 13888 см '= 166,1 кДж/моль,
также не совпадает ни с одним из колебательных уровней молекул
Н2О, ОН (отличие равно 560+1000 см ') и ее можно отнести к энергии
гидратации электрона. Тогда полная энергия гидратированного элек-
трона равна их сумме П(е )=1)(е )+1)и=262 кДж/моль=21903 см1,
что очень хорошо совпадает с ее величиной определенной из реакции
(4.10) (ДР=269 кДж/моль). Поэтому принимаем величину П(е(ач) )=269
кДж/моль в дальнейшем для расчетов теплового эффекта реакций с
участием электрона. На основании этих данных можно определить те-
пловой эффект реакции образования радикала ОН из иона ОН(ач) :

ОН, ^ОН, +е, , +538 кДж/моль.	(4.11)

Проверим полученный результат, для чего в реакции (4.10) пе-
ренесем элементы из левой части в правую, а из правой в левую,
сложим ее с реакцией (4.11) и получим: Н2О(ач)^ОН+Н+542,84 кДж/
моль, что соответствует энергии диссоциации молекулы Н2О в жид-
кой воде, то есть тепловой эффект реакции (4.11) определен пра-
вильно. При такой большой эндотермичности эта реакция не может
идти напрямую в жидкой воде, а только с участием колебательно-
возбужденных молекул Н2О, например, по следующему пути трех-
частичного взаимодействия:

Поскольку ион ОН в жидкой воде постоянно окружен че-
тырьмя молекулами Н2О, а также благодаря интенсивному облуче-
нию квантами света от колебательно возбужденных молекул воды,
то вероятность протекания реакции (4.12) может быть большой.

4.3.2.	Колебательное возбуждение радикала ОН и
растворенных газов 0? Н2 в жидкой воде

Молекулы радикала ОН и газов О2, Ы2, Н2, находящихся в жид-
кой воде, за счет столкновений с молекулами Н2О, а также благода-
ря постоянному облучению квантами света в диапазоне длин волн
от 6,9 до 0,27 мкм, излучаемыми теми же молекулами воды, будут
иметь большую вероятность колебательного возбуждения. Это коле-
бательное возбуждение элементов ОН, О,, 14 , Н, резко ускоряет их
неравновесные химические реакции с молекулами воды и другими
радикалами, находящимися в ней, поэтому крайне важно знать какие
процессы ответственны за колебательную накачку.

Молекула радикала ОН, находящаяся в жидкой воде, за счет
водородных связей с окружающими молекулами Н,О оказывается
сжата (деформирована) и имеет геометрические характеристики от-
личные от газовой фазы. Это вызывает изменение колебательных
уровней, рассчитанные значения которых приведены в табл. 3.4а.
Они близки к колебательным уровням асимметричной моды молеку-
лы Н,О в жидкой воде (см. табл. 3.4 и 3.4а), поэтому их возбуждение
с большой вероятностью может происходить по реакциям однокван-
товых переходов:

ОН, ,(0)+Н,О, (у ,у„1)=>ОН ,(1)+Н,О, /V ,у,,0)+ДЕ =18 см',

ОН, ,(0)+Н,О, (V,,у„2)=>ОН (2)+Н,О (у„у„0)+ДЕ.,=-27 см ',

ОН, ,(0)+Н,О, (V„V„3)=>ОН, ,(3)+Н,О, >(у,,у„0)+ДЕ.,—17 см',
(ая)' 7	2 (ая)' Р 2’ 7	(ая)' 7	2 (ая)' I' 2’ ' Л	'

ОН, ,(0)+Н,О, ,(у|,у„4)=>ОН, (4)+Н,О ,(у1,у„0)+ДЕ.,=-18 см ’,
ОН,40^НАч^1^г5)->ОНач1(5)+Н?О(ач1(у1,у;.0)+ДЕЛ= 0см‘.
Он1аф(°)+н2О,ач^,Л2,6)=>ОН|ач)(6)+Н2О(ач)(у1,У2,0)+ДЕГ27 см ',	(4.13)

ОН, ,(0)+Н О (V у„7)=>ОН (7)+Н,О, 1(у„у„0)+ДЕ =63 см ',
ОН, ,(0)+Н,О, (у„у,,8)=>ОН ,(8)+Н,О, ,(у„у„0)+ДЕ =108 см ',
(вц)' 7	2 (ая)' Р 2’ 7	(ая)' 7	2 (ая)' Р 2* 7	Д	’

ОН, ,(0)+Н,О, (V ,у„9)=>ОН (9)+Н О ,(у,.у„0)+ДЕ =162 см ',
(вц)' 7	2 (ая)' Р 2’ 7	(ая)' 7	2 (ая)' Р 2* 7	Д	’

ОН, ,(0)+Н,О, (V„V,, 10)=>ОН ,(Ю)+Н,О (V„у„0)+ДЕ =225 см ’,
(ая)' 7	2 (ая)' Р 2'	7	(ая)'	7	2 (ая)' 1 2’ 7	Д	*

ОН, ,(0)+Н,О ,(у„у„ 11 )=>ОН ,(11)+Н,О (у.,у„0)+ДЕ =297 см ’,
(вц)' 7	2 (ая)' Р 2'	7	(ая)'	7	2 (ая)' Р 2’ 7	Д	*

На реакции в жидкой воде заметное влияние оказывает раство-
ренный в ней атмосферный кислород, особенно в колебательно воз-
бужденном состоянии. Покажем возможные пути возбуждения О2 в
жидкой воде. Присутствие в воде растворенного кислорода с кон-
центрацией до 0,038 мг’/мж3 [1.16] и наличие свободных электронов
с энергией от 96 до 269 кДж/моль может привести к колебательному
возбуждению молекул О,. Действительно в работе [4.7] теоретиче-
ски на основе неадиабатического метода исследовалось рассеяние
электронов с низкой энергией от порогового до Ц|ОР=1 еу=96,5 кДж/
моль молекулами О2. Были получены сечения взаимодействия, со-
ответствующие чисто упругому рассеянию и возбуждению колеба-
тельных уровней у= 1,2,3 основного состояния О,(3Ее), а для ряда
сечений преобладают узкие резонансные частоты, соответствующие
колебательным уровням О2 (2П ).

Особое значение для колебательно-неравновесных реакций,
протекающих в жидкой воде, имеет возбуждение пятого колебатель-
ного уровня молекулы О, (что будет показано ниже). В предполо-
жении, что максимальная энергия свободных электронов в жидкой
воде достигает значения ~269 кДж/моль=22488 см 1 колебательное
возбуждение молекул кислорода может происходить по реакции:

(22488см	(7см') (4.14)

Видно, что реакция (4.14) идет с полным резонансом (дефект
энергий близок к нулю в пределах ошибки вычислений), то есть сво-
бодные электроны в жидкой воде могут возбуждать молекулы О2 до
пятого колебательного уровня и одновременно четвертый уровень
асимметричной моды молекулы воды.

Сравнение рассчитанных колебательных уровней молекулы О2
(табл. 3.4а) с линиями частот резонансного поглощения излучений в
жидкой воде (табл. 3.1) показывает удовлетворительное совпадение не-
которых из них: первого (1557 и 1550 см1), второго (3102 и 3200 см '),
четвертого (6156 и 6212 см '), пятого (7665 и 7692 см1) и шестого (9212
и 9434 см '). Поэтому можно предположить, что действительно воз-
можно колебательное возбуждение молекулярного кислорода в жидкой
воде непосредственно от молекул Н2О по следующим каналам:

0,(0)+Н,0, Ху„1,у,)=>О,(1)+Н,О, (у ,0,у )+ДЕ =-200 см ',
О,(0)+Н,О, .(у„V ,2)=>О,(5)+Н О, (у ,у„0)+ДЕ =65 см ',
02(0)+Н20 Ъ,у„у)=>О(7)+Нр Ду,,у,)+ДЕ_=-^24 см ',	(4.15)

О,(0)+Н,О, (5,у ,у )=>О (12)+Н,О, (0,у,,у,)+ДЕ_=-42 см
О/0)^0,^,^7)^17)+Н2О(ач)(у„У2,0)+ДЕд=-83 см ',
О2(0)+Н20(ач)(8,у2,у,)=>02(19)+Н20(ач)(0,у2,у3)+ДЕД=15 см '.

Молекула водорода Н2, присутствующего в жидкой воде вслед-
ствие образования продуктов реакций, оказывает заметное влияние
на происходящие процессы при возбуждении первого колебательно-
го уровня, которое может осуществляться следующим путем:

Н2(0)+Н20(ач)(у„0,2)=>Н2(1 )+Н2О(ач)(у,,2,0)+ДЕд=276 см1. (4.16)

Из газовой колебательно-неравновесной кинетики известно
[3.50+3.53], что при скоростях реакций перераспределения и релак-
сации колебательных квантов молекул воды (3.28), изменяющихся
в диапазоне К.р=(1+5,5)*1О13 см3/моль/сек (при комнатной темпера-
туре), скорость передачи колебательной энергии между молекула-
ми Н2О и Ы2 составляет К.р=2,8*10" см3/моль/сек. В то же время,
скорость релаксации ее в кинетическую энергию с колебательных
уровней молекулы Ы2 равна, соответственно, К.р=6х10* см3/моль/сек.
То есть скорость запасания молекулами 14 , находящимися в окру-
жении молекул Н2О в газовой фазе, колебательной энергии в ~470
раз больше, чем релаксация в тепло, поэтому молекулы азота служат
резервуаром ее накопления. С какой-то долей вероятности можно
ожидать, что и в жидкой воде растворенный атмосферный азот бу-
дет накапливать колебательную энергию, которая за счет перерас-
пределения между молекулами Н2О, О2, ОН будет участвовать во
всех колебательно-неравновесных процессах. Сравнение таблиц 4.3
и 4.3а показывает, что наиболее вероятные реакции колебательного
возбуждения молекул 1Ч2, находящихся в жидкой воде, следующие:

М,(0)+Н,О, (V ,4,у )=>М (3)+Н,О, .(V ,0,у )+АЕ—142 см_|,
^(°)+Н2О(.Ч)(уРу23)=>^(5)+Н2О(ач)(у|,У2,0)+ДЕд=249 см',
^(0)+Н2О(ач)(у,,у„5)=>\2(8)+Н2О(ач)(у,,У2,0)+ДЕд—52 см ',	(4.17)

М,(0)+Н,О, (V ,у„7)=>М,( 11 )+Н О (у ,у„0)+ДЕ —104 см1,
М,(0)+Н,О, (V„V ,9)=>И (14)+Н О. (V ,у,,0)+ДЕ =109 см1.

Релаксация колебательной энергии у молекул ОН, О2, Н,, 14, в жид-
кой воде осуществляется как с помощью У-У процессов передачи ее
другим молекулам, испусканием квантов излучения так и переводом в
кинетическую энергию за счет дефектов энергий квантовых реакций.

Таким образом, в данном разделе показано, что молекулы ОН,
О2, Н2,1Ч2, практически всегда присутствующие в жидкой воде, мо-
гут колебательно возбуждаться вследствие близко резонансного
расположенных колебательных уровней с молекулами Н2О. Вероят-
ность этих процессов будет значительной, поскольку колебательная
энергия жидкой воды с ее примесями будет перераспределяться по
всем «пустым емкостям», вследствие стремления системы частиц к
минимуму потенциальной энергии и максимуму ее энтропии.

4.3.3.	Анализ возможных химических реакций в чистой
жидкой воде

Чтобы понять химические процессы, идущие в чистой жидкой
воде, необходимо проанализировать все возможные реакции между
молекулами, радикалами, ионами, образованными из элементов О и
Н: Н, О, Н2О, ОН, О2, НО2, Н2О2, ОН , Н+, О2 . Анализ литературы
показывает, что в такой постановке задача нигде не решалась, по-
скольку предполагается, что молекулы Н2О в жидкой воде находятся
в полном термодинамическом и химическом равновесии, а присут-
ствие вышеперечисленных образований связано с внешними радиа-
ционными воздействиями и растворенными атмосферными газами.
Громадный научный материал по химическим реакциям в жидкостях,
посвящен, в основном, водным растворам различных органических
и неорганических веществ, присутствующих в воде в заметных кон-
центрациях. Фактически, реакция для реагентов и продуктов записы-
вается формализовано без обоснования возможных промежуточных
актов (реакций прямого действия или образования промежуточного
комплекса), причем энергетический баланс реакций обычно рас-
считывается интегрально, в том числе и для взаимодействий между
радикалами. Поскольку механизм элементарного химического акта
и возможных равновесных промежуточных реакций в жидкостях не-
известен [1.2], то при выводе кинетических уравнений пользуются
обычно термодинамическими методами, выражая химические по-
тенциалы реагентов, активированного комплекса, а также константы
равновесия реакций через активности растворенных веществ и рас-
творов, которые определяют чисто эмпирически.

При выводе скоростных коэффициентов и констант равновесия
в жидких растворах предполагают, что распределение кинетической
энергии молекул в жидкости подчиняется такому же закону, как и мо-
лекул газовой среды [1.2], то есть распределению Больцмана, что прин-
ципиально неверно в связи с сильным межмолекулярными взаимодей-
ствиями, как было показано в гл. 3. В научной литературе увеличение
скоростных коэффициентов и активности реакций в жидких раство-
рах по сравнению с газовой фазой объясняют «клеточным» эффектом
нахождения молекул реагентов среди молекул растворителя. В этом
случае реагенты, находясь внутри «клетки», создаваемой молекула-
ми растворителя, постоянно сталкиваясь между собой, обеспечива-
ют время контакта примерно на два порядка больше, чем для газовой
фазы, что позволяет значительно ускорить образование промежуточ-
ного активированного комплекса [1.2]. Но для жидкой воды радиус
пустот каркаса жидкокристаллической структуры составляет -1,56 А
[3.49], а размеры радиусов некоторых молекул и радикалов, представ-
ленные в табл. 4.1, не позволяют находиться в них более одного эле-
мента, что противоречит «клеточной» теории. Отсюда можно делать
принципиальный вывод: в жидкой воде реакции между элементами
реагентов обязательно идут с участием молекул Н?О.

Необходимо отметить следующее. Химические реакции могут
идти лишь после смешения реагентов на мономолекулярном уровне.
Например, при изучении процессов горения углеводородов выделяют
два предельных случая смешения - диффузионное и кинетическое,
когда реакции лимитируется, соответственно, скоростью взаимопро-
никновения (диффузии) реагентов и величиной скоростного коэффи-
циента реакции. Для газо-фазных реакций скорость взаимной диф-
фузии реагентов обычно намного больше, чем для реакций в жидкой

Элемент	Н	О	он	нг	ОН	°2	Нг°
Радиус, А	0,37X1,46	0,6Х),66	1,53	0,741	0,97	1,21	1,36
Табл. 4.1. Радиуса некоторых элементов, находящихся в жидкой воде.							
фазе. Иногда смешение можно считать мгновенным, что позволило
развить достаточно достоверную кинетическую теорию реакций. Но
даже и в этом случае рассчитанные различными способами скорост-
ные коэффициенты реакций в большинстве случаев более чем на по-
рядок отличаются от экспериментальных данных [4.8]. В жидкой воде
радикалы, молекулы, ионы, образованные из тех же элементов О, Н,
что и молекулы Н,О, обладают водородными связями как между со-
бой, так и с молекулами воды. Поэтому их диффузия между молеку-
лами жидкокристаллической решетки воды значительно медленнее,
чем для газовой фазы, и возможно образование промежуточных ком-
плексов с реагентами за счет энергии межмолекулярных связей.

Кроме того, если молекулы Н,0 в жидкости колебательно воз-
буждены, то необходимо учитывать возможность колебательного
возбуждения всех реагентов радикалов и молекул, включая и раство-
ренные газы, поскольку при вступлении в реакцию колебательно воз-
бужденных реагентов скоростные коэффициенты могут возрастать в
10М015 раз [3.51,4.17, 4.21,4.23, 4.24].

В научной литературе по реакциям, происходящим в чистой
жидкой воде, содержится крайне мало информации. Приведем для
примера некоторые из этих реакций [4.9, 4.1(44.15]:

1.	Н+О2+М=>НО,+М;	8.е(а) +02+М=>02 +М;

2.	НО2=>О, +Н' ;	9. нд2+НО2 =>О,+Н,О2;

3.	НО,+О2 +Н,О=>Н,О,+О2+ОН ;	10. 2НО, =>О,+2ОН ;

4.	НО' +ОН=>О, +Н,О;	11. У+е(аф ±?У ;	(4.18)

5.	НО'+ОН =>62 +Н,О;	12. У+НЧ е(аф ^УН ;

6.	НО>О, =>О2+НО‘ ;	13. У +Н*(2Н‘Не(;ч) ^УН(УН,).

7.	НОчО, =>О,+ОН +О;	14. У +ОЛУ+6,

Возникает задача о проведении анализа химических процессов в
чистой жидкой воде, которые ответственны за колебательную накачку
молекул Н,О, но для многих из этих реакций (4.18) нет достаточно
точных экспериментальных данных по тепловым эффектам и ско-
ростным коэффициентам, поэтому воспользоваться ими невозможно.

С другой стороны, к настоящему времени достаточно полно и
с хорошей точностью получены экспериментальные данные по ско-
ростным коэффициентам и тепловым эффектам практически для
всех возможных реакций между молекулами и радикалами, образо-
ванными из элементов О и Н, идущих в газовой фазе, для широкого
диапазона температур. Из этого набора реакций можно выбрать те,
которые идут с наибольшими скоростями при интересующих нас низ-
ких температурах (~300°К). Кроме того, известно, что если реакция
для каких либо реагентов идет с заметной скоростью в газовой фазе,
то в водном растворе она тоже будет происходить, причем ее скорость
№	Реакция, Ар [кДж/моль]	Кр|| [см’/ моль/сек]	Литература
1	Н,О /^...ОН , +Н, '+55,84	к,=2,6*105 к,= 1,3*10'4	[116]
2	а) ОН, ^ОН+е , +538  '	(аф	(ац)  б)Н,О(у,,0,у,)+ОНич, 5 Н,О(у,,7,у,)+ОН(3) +е|а„ +0,01		[2.26]
3	Н\ +е	-51	2,2x10”	[4-6]
4	Н,О(004) +е ,=>Н+ОН , -4,84	10"	[4.5]
5	Н,О(а11(004)+Н=>ОН+Н,+107(-177)	6,2* 10'4	[3.51]
6	°;(°)+с,аа, (Е)=>О,(у)+е,аи1 (Е-у)		[4-7]
7	О,(5)+О,(5)=>О,+О+391,5 (-130,1)	7,2*10”	[4.17]
8	О,+Н=>НО, +0-100,8	9*10”	[4-35]
9	О,+М=>О,+О+М+106,9	4,8*10'”	[4.20]
10	ОН(7)+О,=>О+НО,+220,7 (-291,5)	1,2*10"	[4.21]
II	ОН+ОН+М=>НО +0-114,64	10”	[4-8]
12	НО,+Н=>Н,О( +0-265,14	1,7*10”	[4-8]
13	ОН+О=>О,+Н -70,2	1,8*10”	[4.22]
14	Н;(1)+О=>ОН+Н+7,8 (-52,6)	1,6*10'”	[4.23]
15	ОН(1)+Н =>Н2О<<о)+Н-106,84 (-46)	4,6*10"	[4-24]
16	НЮ +ОН=>Н,О„ +Н+277,84		[4.25]
17	Н+НО,=>Н,+О, -228,5	0,8*10”	[4.8]
18	НО,+ОН=>Н,О +О, -335,34  2	2 <аФ 2	’	2*10”	[4-8]
19	НО,+Н=>ОН+ОН-150,5	2,8*10”	[4-8]
20	НО2+О=>ОН+О2 -220,7	9,4*10”	[4.8]
21	НО +НО ->Н,О, +О, -208 2	2	2 2|аа)	2	2*10”	[4.8]
22	НО +н=>н Ю +ОН-277,84	2,5*10'“	[4.8]
23	НО +ОН=>НО,+НЮ -127,34	4,9*10"	[4-8]
24	НЮ„ +Н=>НО,+Н,-20,5	3,1*10’	[4.8]
25	Н,О„ +О=>НО,+ОН-12,7	1,1*10’	[4.8]
26	ОН+ОН+М=>Н,ОЪ +М-265	1,4* 10'7	[4-26]
27	Н+Н+М=>Н,+М-436	2,2*10”	[4.8]
28	О+О+М=>О,+М-498,4	1,2* 10'4	[4.8]
29	О+Н+М=>ОН+М-428,2	2,3* 10'6	[4-26]
30	О+Н+М=>НО,+М-207,5	3,6* Ю'6	[4.8]
31	ОН+Н+М=>НЮ +М-542,84	2,4*10”	[4.8]
32	О+О=>О,+О,-391,5	1,8*10”	[4.27]
33	О+О2+М=>О,+М-Ю7	1,6*10”	[4-8]
34	Н=>Н+е, . +51		[4.9]
35	ОН, , +О=>ОН+О, -519		[4.9]
Табл. 4.2. Таблица возможных химических реакций, идущих в жидкой воде.			
увеличивается в 10=40 раз [1.2]. Поэтому попытаемся проанализиро-
вать качественно и количественно возможные реакции между выше
перечисленными молекулами, радикалами и ионами, для чего запи-
шем их в обычной форме, выбирая только те, у которых скоростные
коэффициенты максимальны (Кр> 10ч см'/моль/сек.) для температуры
среды Т=~300°К (см. табл. 4.2). Еще раз подчеркнем, что реакции в
табл. 4.2 для жидкой воды представлены в общепринятом виде, фор-
мально, а фактически нужно их записывать в виде реакций, идущих в
каждом случае с участием молекул воды типа (4.4).

На самом деле реакция между реагентами в жидкой воде будет идти
только в том случае, если тепловой эффект ее выделяется в виде кине-
тической энергии продуктов при удовлетворении условия |ДЕд|<1,5кТ, а
остальная энергия передается и поглощается на колебательные степени
молекул Н2О, поэтому приведем реакции табл. 4.2 в виде (4.19).

Система химических реакций, идущих в жидкой воде (табл.
4.2), с участием в каждом акте взаимодействия колебательно-
возбужденных молекул Н2О:

1)Н,О (10,у„у,)+Н,О, ,(1,0,1)=>Н,О ,(11,у„у,)+Н ,+ОН, +ДЕ„^50см',

2)	Н,О (Ю,7,у)+ОН, ,=>Н,О (0,0,у,)+е, , +ОН+ДЕ =76 см',

3)Н,О (2,0,у,)+Н , +е =>Н,О (0,7,у,)+Н+ДЕ„=-142 см',

'	2 (ацГ ’ ’ V (ац) (аф 2 (ая)' ’ ’ V	Д	’

4)	Н.О ,(0,0,1)+Н,0 (у у„у )+е, , =>Н,О, (у„2,у,)+Н+ОН +ДЕ..=-34 см',

5)	Н,0(0,0,4)+Н;0(у1,у,,у1)+Н=>Н20|ач)(у|,1,1)+Н,+ОН+ДЕд—280 см ',

6)	О,(0)+е(ач1 (Е)=>О,(у)+е(ач| (Е- у),

7)	Н,0(ач|(2,6,У1)+20,(5)=>Н,0|ач1(0.у,,0)+0+О+ДЕ;1=-228 см ',

8)	н’о^(у,.0,у;)+О +Н=>н’о'^(у|,5,у))+НО,+О+ДЕ. = 11 см ',

9)	н’0^(у|.у,,11)+0=>Н,6(чР|,у,,8)+0,+0+ДЕл=16см

10)	Н,О(у|,0,у1)+ОН(7)+О,=>Н2О(у|,4,у3)+НО2+О+ДЕд=271 см ',

11)Н,’о (у,,0.0)+20Н=>Н,0 ’(у,.1.2)+Н,О Ю+ДЕ.,^226 см ',

12)	Н,01ч|(0,у,.0)+НО,+Н=>Н,0(ач|(3.у,,у,)+Н,0(ач|+0+ДЕ;= 64 см ',

13)	н’о^|(у|.6,0)+ОН+О=>Н,О(^(у,.1 ’1)+Н+О,+АЕ;= 263 см

14)	н’О1^(0,у„у1)+Н,(1 )+О=>Н,6(ч|(1,у„у,)+ОН+Н+ДЕ.=0 см ',

15)	н’о’,Ч,(0,0,у,)+ОН(1)+Н,=>Н,С>" ,(3,1,у )+Н,О +Н+ДЕ =60 см ',

16)	НЯ (У.ДЖН О. +ОН=>Н2(К	к ,+ДЕ,= 62 см ',

17)	Н,О(чЧ|(у|.у,,4)+Н+НО,=>Н,О(а<()(у|,у,,10)+Н,+О2+ДЕ,=244см ',	(4.19)

18)	Н26^'(у|,У2,0)+ОН+НО,=>Н2О|ач)(у|,У2,8)+Н2О(ач+62+ДЕл=65 см ',

19)	Н20(^|(0,0,У1)+Н+Н02=>Н,0(ач)(3,1,у,)+20Н+ДЕд~148 см ',

20)	н’О(^(у|,у„0)+О+НО=>НЯ,(у,,у„5)+ОН+О,+ДЕ;=-168 см ',

21)	н‘О(^(0.0,у,)+2НО =>Н,О,ч)(2,6,у,Й-Н,О,(ч +д,+ДЁд—2 см ',

22)	НО ,(у„0,0)+Н О ,+Н=>Н,О ,(у„5,4)+Н,О, ,+ОН+ДЕ =6 см ',

23)	Н,О (у,,2,2)+ОН+Н,О„ =>Н,О, (у„у„5)+Н,О, +НО,+ДЕ =36 см ',

24)	Н,О (у,,0,у.)+Н+Н,О, ,=>Н,О, ,(у„1,у,)+Н,+НО,+ДЕ.=43 см ',
'	2 (ая) I	2 2(ая>	2 (ая)' Г .V 2	2 Д	’

25)	Н20(аф(2,0,у,)+0+Н202(ач =>Н,О(ач|(0,5,у,)+ОН+НО,+ДЕд=-48 см ',
26)	Н О (0,у,0)+20Н+Н,0„ =>Н,О, ,(3,у„3)+НО ,+НО,+ДЕ =76 см
'	2 (ж|Г ’ 2’ '	2 2(*ч)	2 (ж,)' ’ 2’ '	2 (ж;)	2 Д	*

27)	Н,О, ,(0,у„у,)+2Н=>Н,О, (1 1,у„у )+Н,+ДЕ_=-46 см',
'	2 Саф' » 2’ У	2 (жр' ’ 2’ И 2 Д	’

28)	Н20(ач)(0,У2,0)+20=>Н,0(а<1|(2,у„10)+Оп+ДЕд^100 см1,

29)Н20(^(у|,0,0)+0+Н=>Н20(ч)(у/,1,10)+ОН+ЛЕд=124 см',

30) Н2О(ч)(у,,0,0)+Н-Ю =>Н2О(ач|(у,,6,2)+НО2+ДЕд^З см ',
31) Н20(ач1(0,у„0)+ОН+Н=>Н20(ч)(9,у„4)+Н20(ч) +ДЕд=-4 см',
32) Н20(ч1(у,,6,0)+0+0 =>Н2О(ч1(у|,5,7)+2О2+ДЕд=-71 см',
33) Н,0(ч)(0,0,у3)+0+02+М=>Н20(ч|(1,3,у3)+03+М+ДЕд=40 см ',
34) Н’0,Ч(3,0,У,)+Н=>Н,0, ,(О,4,уЗ+Н-+е, ,+ДЕ=96см',
35) Н,О, ,(0,0,у )+ОН , +О=>Н,О, (10,6,у )+ОН+О, +ДЕ — 124 см'.

Здесь индекс (ац) относится к молекулам Н2О, Н2О2, ионам ОН",
Н+ и гидратированному электрону е для жидкой воды с учетом ее
энтальпии испарения, а остальные радикалы и молекулы рассматри-
ваются в газовой фазе. Тепловые эффекты реакций определялись на
основании суммы энтальпий образования реагентов и продуктов ре-
акции согласно справочным данным [1.16,4.28] и выше проведенным
оценкам для гидратированного электрона. Изменения энтальпии об-
разования молекул, радикалов, ионов в жидкой и газообразной среде,
использованные для определения тепловых эффектов реакций, пред-
ставлены в табл. 4.3, причем АНДО, ) определялась из реакций №4,
11 системы уравнений (4.18). Одновременно для некоторых реакций
в табл. 4.2, в которых реагенты колебательно возбуждены, в скобках
указана энергия этого возбуждения.

Элемент	Н2	°2	Н	О	ОН	°3	но.
дн;	0	0	218	249,2	49	142,3	10,5
Элемент	Н П .  2 Гаа)	но , 2 2<м>	Н,О	е<«и	о2	ОН, ; (Ж1)	Н‘
ДНГо	-285,84	-187	-241,84	269	240	-230	0
Табл. 4.3. Энтальпии образования элементов ДН", кДж/моль.							

Проанализируем возможность протекания этих реакций в чистой
жидкой воде без каких либо внешних воздействий с учетом раство-
ренного в ней атмосферного кислорода и свободных электронов, ко-
торые согласно многочисленным экспериментальным данным при-
сутствуют в ней. В таблице 4.2 и (4.19) представлены реакции №1=4
по ионизации молекул Н2О в жидкой воде и образования радикалов
ОН и Н, обсуждавшиеся выше.

Для реакции №2 (табл. 4.2) не удалось найти в научной литературе
экспериментально измеренных скоростных коэффициентов, но на осно-
вании выше изложенного материала и анализа реакций (4.6, 4.7, 4.12)
можно сделать вывод о прохождении ее по многим каналам с минималь-
ными значениями дефекта энергии, а, следовательно, скорость ее будет
достаточно высокая. Отметим: для равновесной реакции №2 добавлена
та же реакция, только идущая через колебательно-возбужденные уров-
ни молекул Н2О и ОН, фактически, с полным резонансом перераспреде-
ления энергии между реагентами, которая обеспечивает очень большую
вероятность образования свободных электронов.

Скоростной коэффициент реакции №4 (табл. 4.2) для равно-
весных условий (когда молекула Н2О колебательно невозбужденна)
и температуры ~300°К согласно литературным данным [2.26, 4.5]
невысокий и составляет К.р=0,8><106 см3/моль/сек. В случае колеба-
тельного возбуждения молекул Н2О, что повсеместно характерно для
жидкой воды, скоростной коэффициент этой реакции существенно
возрастает с увеличением запасенной колебательной энергии, и рас-
считанный по методике, изложенной в работе [4.30] и в гл. 5, для со-
стояния молекулы, например, такого же, что и в реакции №5 (табл.
4.2) Н20(0,0,4), равен К^Ю" см3/моль/сек.

Реакции №504 с соответствующими скоростными коэффици-
ентами записаны для газовой фазы, но согласно [1.2] такие же реак-
ции могут протекать и в водных растворах, причем их скорости на
основании опытных фактов увеличиваются в 1 000 раз. В табл. 4.2
приведены также реакции колебательно-возбужденных реагентов
(№4,5,6,7,10,14,15, 16), данные по скоростным коэффициентам кото-
рых получены на основе экспериментальных и расчетных работ [3.51,
4.170.19, 4.21,4.23, 4.24, 4.25] и методике, изложенной в гл. 5.

Особо следует отметить реакцию №5 развала молекулы Н,О на
элементы ОН и Н2, для чего рассмотрим колебательное возбуждение
четвертого уровня асимметричной моды молекулы воды при невоз-
бужденных уровнях симметричной и деформационной мод. Энергия
четвертого колебательного уровня асимметричной моды с учетом
ангармонизма равна 0(Н20(0,0,4))=14816 см '. Имеются надежные
экспериментальные данные [3.51] о возрастании микроскопического
скоростного коэффициента реакции Н2О(0,0,4)+Н=>ОН+Н, для га-
зовой фазы относительно его значения в равновесных условиях при
Т=300°К в 4,8*1015 раз! Это подтверждается и объясняется также
экспериментальными данными работы [4.26], поскольку в этом ко-
лебательном состоянии молекула Н,О находится в сильно деформи-
рованном состоянии. Из рассчитанных поверхностей потенциальной
энергии взаимодействия протонов и электронов в молекуле Н2О для
ее возбужденного состояния (см. рис. 3.9) видно, что среднее расстоя-
ние от центра молекулы до крайних максимумов, соответствующих
положению протонов Н, а также амплитуда колебаний атомов О и Н
в элементе ОН почти в ~2,5 раза больше, чем для невозбужденного
состояния [3.34]. Из этого следует, что связи между атомами О и Н су-
щественно ослаблены и при взаимодействии такой молекулы воды с
атомом Н за счет сильных водородных (Н-О....Н-О) связей возмож-
но большое увеличение скоростного коэффициента этой реакции.

Большую скорость реакции №5 можно объяснить также следу-
ющим образом: при столкновении колебательно возбужденной мо-
лекулы Н,0 с атомом водорода с большой вероятностью возможно
электронное возбуждение атома Н по схеме: Н2О(004)+Н(328|2)=>
Н,О(001)+Н(62Ро, 2)-ДЕд=ЗО см '.

Это связано с тем, что имеется разрешенный и зарегистрирован-
ный переход атома водорода между данными электронными уровня-
ми с разницей энергий 10938 см 1 [1.6]. Кинетическая энергия мо-
лекул газа для температуры 300°К будет равна Ек=1,5кТ=312 см
|ДЕд|< Ек и поэтому вероятность такой реакции будет очень боль-
шой. Взаимодействие электронно-возбужденного атома водорода с
колебательно-возбужденной молекулой воды приведет к образова-
нию долгоживущего комплекса, который затем разваливается соглас-
но реакции №5 на радикалы ОН и Н,. Относительно реакций №5,16
в работе [4.25] сказано следующее «Существенно небольцмановский
характер функции распределения молекул по энергиям влечет за со-
бой высокие скорости реакций, идущих через колебательно возбуж-
денное состояние реагентов. Высокие скорости реакций позволяют
подавить энергопотери при колебательной релаксации и обратных
реакциях и достигают предельно высоких значений энергетической
эффективности».

Скорость колебательной накачки молекул кислорода свободны-
ми электронами в жидкой воде (реакция №6, табл. 4.2) определяется
концентрацией обеих компонентов и степенью колебательного воз-
буждения молекул воды (реакция 4.14).

Реакции табл. 4.2 или (4.19) необходимо рассматривать и решать
одновременно в неразрывной связи с реакциями колебательной на-
качки молекул ОН, О,, !Ч,, Н, (4.13+4.17), поскольку именно их ко-
лебательное возбуждение обеспечивает высокие скорости реакций
№2, 4, 5, 7, 10, 14, 15 (табл. 4.2). Здесь нужно осветить также вопрос:
почему в реакциях №4, 5 (табл. 4.2) молекула воды участвует именно
в колебательно возбужденном состоянии Н,0(0,0,4). Для этого запи-
шем все экзотермические реакции табл. 4.2 рекомбинаций радикалов
с образованием молекулы Н,О (№11, 12, 15, 18, 22, 23, 31) в форме,
когда выделяющаяся энергия в первое мгновение после их осущест-
вления запасается на колебательных степенях свободы молекул про-
дуктов реакций с возможно минимальным дефектом энергий:

11.	ОН+ОН+Н,О=> Н,О(0,1,2)+О+ Н,О+ДЕд—227 см1,

12.	НО +Н=>Н,0(2,0,4)+О+ДЕд=51 см1,

15. ОН+Н=>Н;О(1,3,0)+Н+ДЕ =-28 см ',

18. НО,+ОН=>Н2О(0,0,4)+О,(9) +ДЕ,^363 см	(4.20)
22. Н2О2+Н=>Н2О(0,5,4)+ОН(0) +ДЕд-+1 см ',
23. Н202+ОН=>Н20(3,0,0)+Н02+ДЕд—325 см
31. ОН+Н+Н20(0,у2,у3)=>Н20(0,0,4)+Н20(9,у2,у,)+ДЕд=- 1 см '.
Из системы реакций (4.20) видно, что когда выделяющаяся энер-
гия превышает порог ~177 кДж/моль, необходимый для возбуждения
четвертого уровня асимметричной моды молекулы Н2О, в реакциях
№12, 18, 22, 31 с большой вероятностью заселяется именно он. При-
чем в реакциях №22 и 31 этот процесс осуществляется, фактически,
с полным резонансом, то есть имеет наибольшую вероятность. Таким
образом, на основании реакций №12, 18, 22, 31 (табл. 4.2), а также
реакции (4.14) резонансного возбуждения свободными электронами
с участием молекулярного кислорода можно утверждать, что возбуж-
дение четвертого колебательного уровня асимметричной моды у мо-
лекул Н2О в жидкой воде имеет большую вероятность.

Отметим также, что в жидкой воде в заметных концентрациях
присутствуют молекулы НО2 и Н2О2, которые, в принципе, могут ко-
лебательно возбуждаться, но их влияние здесь не рассматривается
по двум причинам: во-первых, по сравнению с молекулами ОН, О2,
14 Н2, Н2О они мене стабильны (энергия диссоциации в 2+2,5 раза
ниже) и при колебательном возбуждении они могут развалиться. Во-
вторых, автору не удалось отыскать в научной литературе ни одного
исследования, посвященного химическим реакциям с колебательно
возбужденными молекулами НО2 и Н2О2, поэтому неизвестны их ско-
ростные коэффициенты.

Реакции, записанные в форме 4.19, в отличие от формы в табл. 4.2
требуют одновременно столкновения в одной пространственной точке
трех реагентов и для газовой фазы вероятность их протекания, осо-
бенно для малых температур, крайне низка. В жидкости ситуация со-
вершенно иная. Под действием межмолекулярных сил молекулы воды
находятся близко друг от друга (~2,9 А) и при взаимодействии двух
реагентов они всегда окружены со всех сторон на расстоянии 2,5+2,9
А четырьмя - пятью молекулами Н,0 так, что находятся в их электро-
статическом поле электронных орбиталей. Этим и объясняются мно-
гочисленные экспериментальные данные по вероятности и скорост-
ным коэффициентам реакций в водных растворах, которые в 10+40
раз больше по сравнению с их значениями для газовой фазы. Так, в
работе [4.9] приведен опытный факт, что реакции между радикалами
в водных растворах являются быстрыми и имеют высокие значения
констант Кр= 10|0+1012 см3/моль/сек при комнатной температуре.

На основании изложенного материала можно утверждать, что
именно благодаря колебательному возбуждению всех типов молекул,
присутствующих в жидкой воде, происходит резкое увеличение (на
многие порядки) скоростей реакций и вероятностей их осуществле-
ния. Покажем далее, какие цепные реакции могут происходить в жид-
кой воде с образованием и накоплением колебательной энергии в ней.

4.3.4.	Цепные реакции водородного типа

Рассмотрим вначале цепные реакции аналогичные тем, которые
происходят у водородного электрода при электролизе воды [1.2].
Цепные реакции характеризуются признаком, когда продукты пред-
ыдущего звена реакции становятся реагентами последующего звена.
При этом они могут быть самоподдерживающимися, когда реакция
последнего звена поставляет продукты для реагентов реакции перво-
го звена и цепь замыкается. Кроме того, возможны цепные реакции,
обрывающиеся на конечных продуктах, которые либо совсем не уча-
ствуют в дальнейших реакциях, либо с их участием идут реакции со
скоростными коэффициентами на порядки меньшими, чем основных.
Для жидкой воды, поскольку все реакции табл. 4.2 идут с участием
молекул воды в форме (4.19), а также, вследствие тесного размеще-
ния молекул Н2О (среднее расстояние между ними составляет -2,9 А)
и перекрытия электростатических полей взаимодействия до второй и
третьей координационных сфер, характерны многозвенные цепные
реакции обеих типов. Примеры таких цепочек реакций, протекаю-
щих в жидкой воде, показаны на схеме рис. 4.2.

Одна из главных реакций №5, входящая в подобную цепь, за-
мыкает предыдущие четыре №1+4, которые нарабатывают для нее
радикал Н. В этом случае разваливаются сразу три молекулы воды,
а на выходе этих четырех реакций образуются два радикала ОН и
молекула водорода Н2. Скоростные коэффициенты реакций №1, 3, 5
на один - два порядка больше, чем для остальных реакций №7+25 и
поэтому они должны преобладать в химических процессах, идущих
в жидкой воде.

Анализ цепей реакций показывает, что все они обрываются на
образовании молекул Н2О2, Н2О, О2, Н2. При этом реакция №6 от-
ветственна за колебательную накачку молекул кислорода, а реакции
№7, 8, 9 являются возможными дополнительными каналами получе-
ния атомарного кислорода вместе с реакциями №10+12. Реакция №7
диссоциации молекулярного кислорода в равновесном случае эндо-
термична и требует подвода большой энергии активации 391,5 кДж/
моль, но в неравновесных условиях, когда колебательные уровни
обоих, сталкивающихся молекул О2, возбуждены до пятого уровня,
для ее протекания необходимо всего 130,1 кДж/моль. Возможность
диссоциации озона О3 при соударении с электроном в газовой сре-
де описывается в работе [4.35]. С учетом данных по реакциям в во-
дных растворах [4.9] можно записать экзотермическую реакцию №9,
№1	№2	№3	№4	№5	№6											
№1+7,9,10, Вход: ЗНгО, 301, е-  Вых; ЗО.ОН, гноажон- ДО=+1364		№1+7,9.10, Вход: ЗН}О, 30,. е- Вых: ЗО.ОН, 2НО},НьОН- ДО=+1364		№1+8, Вход: 20}, ЗН}О,е- Вых: 2ОДОН. НОъНьОН’ ДО=+935.5		№1+8, Вход: 20}» ЗН}О,е* Вых: 2ОДОН. НОа.НъОН- ДО=+935.5		№1+7,9,10 Вход:ЗН}О, ЗО},е-  Вых: ЗО.ОН. 2НОз.Н},ОН- ДО+1364		№1+4 Вход: 2Н}О,  Вых.; 2Н, ОН.ОНщ)- ДО-+538	
|	| ПЕРВЫЙ | НИКЛ	|||											
№20, Выход: О^О, 2ОН, НДЬОНда’ ДО= -220,7		№14, Выход: 20, 2ОН, 2Н. НО}, он^- Д0« +7,8		№14. Выход. О.ЗОН.НО}, КОНю- Д0= +7.8		№14, Выход. О.ЗОН.НО}. Н,ОН(ч)~ ДО» +7,8		№14. Выход 2ОДОН.НО} 2Н. ОН(ц)- Д0« +7.8		№27. Выход:  ОН. На  ОНсчГ  ДО»-436	
♦ + ♦ ♦ +											
№29, Выход: Оь ЗОН, О. На.ОН^- ДО - 428,2		№18, Выход: О}^О,ОНДН НаО.ОНад' Д0= -335,34		№31, Выход: О.2ОН.НО} Н}О, ОН{«ф ~ ДО» -542.84		№29, Выход: 4ОН, НО}. ОН<ч)- ДО» -428,2		№31,Выход:Н 2О«Н}О, ОН, НО}, он^- ДО» -542,84			
+ + + + +											
№26, Выход: О. ОН,НгОъ На.Оь ОНдо * ДО= - 265		№29, Выход: О}.О,2ОН. Н. Н}О, ОН^ ДО* -428,2		№18. Выход О2.ОН.2Н2О, О, ОНдо * ДО* -33534		№26, Выход НО}.2ОН, НА.ОНсч,- ДО»-265		№31. Выход:  2О.2Н}О.НО}  ОН<ч) ДО»-542,84			
+ + + + +											
№23, Выход: О, НОа, На.Оа НхО.ОНдо" ДОв- 127.34		№29, Выход: О}, ЗОН. Н}О. ОН^ до» -428.2		№13. Выход: 2ОьН,2Н}О, он«- ДО“ -335.34		№26, Выход: НОгДНгО}. ОН<ч»’ ДО» -265		№28, Выход: О}ДН}ОЛО} ОН<ч) ’ ДО»-498,4			
4	+					г ЦИКЛ	,		г	’				
№20, Выход: ОН. На. 20}, НА О^я)- ДО--220.7		№26, Выход: О2.ОН.Н1О,. Н}О, ОН^  Д0« - 265									
	г ’		, второй ,								
№26, Выход: Н2О2. Н}»2О}. ндон»- 0,5ДО=-132,5		№26. Выход: О2.2Н2О}. НАОН^’ 0,5ДО=-132,5		№27. Выход 2О}ДН}О,Н2, ОН^' ОЗДО* -218		№21. Выход ЗНА, ОН«)- 0,5ДО=-104		№21. Выход: 2О14НХ1. НгО^ОНдо' 0.5ДО3 -104		№26, Выход Н/)}, Н2 О^Ц)' 0,5ДО=-132,5	
ЛОг^ЗО.4	Д0т=-217,4	Д0т=-223	Д 01=418,8	ДО1=-316Д	ДОх=-ЗО,5  Цк=-776	=-828,6	Цк =-484,5	Цк =-484,5	Цк =-776	Цк =-177,2											

Рис. 4.2. Схема экзотермических цепных реакций, протекающих в жидкой воде
С/А„ кДж/моль).

хотя сведений в научной литературе по ней найти не удалось (по этой
причине в дальнейших исследованиях мы ее учитывать не будем).
Реакции №13-46, в принципе, могут служить дополнительным ис-
точником поступления радикалов Н для реакции №5, когда проис-
ходит сильная колебательная накачка молекул воды. В этом случае
источником элементов О и Н для них являются молекулы ОН, нара-
батываемые в реакциях №2,5, и молекулярный кислород, растворен-
ный в воде. Реакции №16=25 характеризуют процессы преобразова-
ния радикала НО2 в перекись водорода Н2О2 и обратно до некоторой
равновесной концентрации. Рекомбинационные процессы (реакции
№26+34) идут постоянно и начинают лимитировать скорость нара-
ботки конечного продукта, когда концентрации радикалов и ионов
становятся большими.

Проанализируем теперь энергетические возможности проте-
кания цепных реакций с целью ответа на главный вопрос: откуда
в жидкой воде берется энергия для колебательного возбуждения
молекул. Рассмотрим реакционные цепочки, идущие по различным
путям, для которых исходные элементы нарабатываются, например,
реакциями №1+10 (рис. 4.2). На рисунке показано шесть цепных ре-
акций, причем в каждом квадратике указаны суммарные продукты,
которые накопились за данную часть цикла и тепловой эффект ре-
акции. В первом цикле в конце каждой цепи остаются по одному
радикалу ОН или НО2, которые не являются конечными продуктами,
и на них цепь не обрывается. В этой связи необходимо учитывать в
первом цикле половину теплового эффекта от реакций, преобразую-
щих их в перекись водорода Н2О2 и молекулярный кислород О2, во
втором цикле. В конце каждой цепи приведены итоговые значения
теплового эффекта всех реакций, а также отдельно подведенной ко-
лебательной энергии в реакциях №4, 5, 7, 10, 14, 15. Все реакцион-
ные цепи №1+6 экзотермические с выделением тепла в диапазоне от
30 до 317 кДж/моль. Здесь мы анализировали длинные многозвен-
ные экзотермические цепные реакции, но возможны и совсем корот-
кие. Так, если рассмотрим реакцию №4 с участием электрона, то при
ее осуществлении выделяется -4,84 кДж/моль, и для двух ее актов
соответственно -9,68 кДж/моль, а энергия, выделяющаяся в резуль-
тате реакции №27 рекомбинации из двух образовавшихся атомов Н
молекулярного водорода Н2, равна -436 кДж/моль. Таким образом,
выделяющаяся энергия в результате этих трех реакций составляет
-445,7 кДж/моль.

Анализ представленных цепных реакций на рис. 4.2 позволяет
сделать очень важный вывод: в чистой жидкой воде, без каких либо
внешних воздействий, самопроизвольно идут химические реакции с
выделением энергии. Причем для двух цепей это суммарное выделе-
ние энергии составляет —30 кДж/моль, что меньше энтальпии ис-
парения воды (АНИ =40+44 кДж/моль), поэтому вода будет сохранять
свое жидкое состояние. Но существуют цепные реакции №2, 3, 4, 5, в
которых выделяется соответственно 119; 217; 223; 316 и 446 кДж/
моль энергии, и вода с очень большой скоростью может разложить-
ся на водород и кислород, а часть ее превратиться в пар, то есть
произойдет взрыв. Поэтому можно сделать однозначное заключение,
что вероятность протекания цепных реакций (рис. 4.2) в жидкой воде
очень велика, а выделяющаяся энергия достаточно большая.
Анализ материального баланса всех реакций показывает, что ко-
личество входящих элементов О и Н равно количеству выходящих
с продуктами. Действительно, конечными элементами всех цепных
реакций являются стабильные молекулы Н2О, Н2О2, Н2, О2, причем в
дальнейшем при полном насыщении жидкости водород выделяется
из нее, а также накапливается перекись водорода. Когда концентра-
ция Н,О2 становится большой то начинают преобладать медленные
реакции №22-^25 (табл. 4.2) по развалу ее в радикалы НО2, ОН, из
которых, в конечном итоге, образуются Н,, О2, Н2О.

В результате протекания таких цепных реакций в воде умень-
шается концентрация радикалов Н и ионов Н+, а радикалов ОН и ио-
нов ОН(ач) увеличивается, то есть степень кислотности жидкой воды
уменьшается и сдвигается в щелочную область (увеличивается пока-
затель рН). Таким образом, действительно, в данном случае идут ре-
акции, которые происходят у водородного электрода при электролизе
воды и представляемые обычно следующими брутто-реакциями [1.2]:

2Н2О=>Н,О2+Н2

2Н,О +2е' , =>Н,+2Н,О	(4.21)

4.3.5.	Цепные реакции кислородного типа и процессы
образования колебательной энергии

При определенных условиях могут осуществляться реакции
и другого типа, аналогично протекающим в области кислородного
электрода при электролизе воды [1.2]. В этом случае основную роль
играют реакции №1, 2, 4, 11,28, 34, 35 из табл. 4.2 и большое значе-
ние имеет возможность отрыва электрона от одних молекул, ионов и
присоединения его к другим элементам. Некоторые цепные реакции
подобного вида показаны на рис. 4.3. По цепным реакциям рис. 4.3,
из жидкой воды расходуются молекулы Н2О, ОН, ионы ОН(а а об-
разуются на выходе в повышенных концентрациях радикалы Й, ионы
Н+, и по степени кислотности жидкость сдвигается в кислую область,
то есть параметр рН уменьшается. Показанные на рис. 4.3 цепные
реакции в общем эндотермичные (суммарное изменение тепла поло-
жительно, ДРЕ=1648 кДж/моль), и будут идти только в случае подво-
да энергии к системе молекул. Брутто-реакцию для этих процессов
можно записать в следующем виде:

4ОН  =>О,+2Н,О+4е, /	(4.22)

При анализе цепных реакций, показанных на рис. 4.2, возникает
естественный вопрос, что, хотя реакционные цепи №1-^6 в общем
№1, Вход:	№1, Вход:	№1, Вход:	№1, Вход:
Н2О,	Н2О	Н2О,	Н2О,
ВЫХ. ОНад’Н*	ВЫХ. ОНад'Н*	ВЫХ.ОНад- Н*	ВЫХ. ОНад~Н*
ДО=+55,84	ДО=+55,84	Д<2=+55,84	Д<2=+55,84

№2, Вых. Н+,	№2, Вых. Н*,	№2, Вых. Н+,	№2, Вых. Н*.
ОН, вад-	ОН,	ОН, вад"	ОН, вад-
Д0= +538	ДО=+538	ДО=+538	ДО=+538

№11, Вых. О,
2Н\2еад-,
Н2О
Д0=-114,64

№11, Вых. О,
2Н\2еад*,
Н2О
ДО-114,64

№28, Вых. О2,2Н2О,4Н'

4еад- Д<2= - 498,4

ЛОе~+1648

Рис. 4.3. Схема эндотермических цепных реакций, протекающих в чистой жидкой
воде (д()„ д(), кДж/.молъ).

экзотермичные, но первые реакции в них №Н9 (табл. 4.2) - эндо-
термичные и, в целом, вся реакционная цепь «не знает», что требуе-
мая энергия для ее протекания будет подведена «потом». Поэтому,
в принципе, такие цепные реакции не должны идти при комнатной
температуре и сильного рассеивания тепла в окружающее простран-
ство. Отсюда следует, что энергия, выделяющаяся в процессе про-
текания реакций, должна запасаться в среде и перераспределяться
между разными молекулами по всем степеням свободы, рассмотрим
этот вопрос подробнее.

При осуществлении любой экзотермической реакции в газовой
фазе в первое мгновение после развала промежуточного комплекса
выделяющаяся энергия связей атомов молекул реагентов запасается
с примерно одинаковой вероятностью на все степени свободы моле-
кул или радикалов продуктов реакции: колебательной, вращатель-
ной и поступательной. В этом случае на каждую поступательную
степень свободы молекул и радикалов продуктов приходится кТ/2
энергии, вращательную - кТ/2 и колебательную - кТ [1.5]. То есть
значительная часть энергии запасается в первое мгновение в колеба-
тельных степенях свободы молекул реагентов. В некоторых случаях
на колебательных степенях свободы продуктов реакции, например,
радикала ОН в реакциях № 5 и 14 может запасаться соответствен-
но 50 и 53% выделяющейся энергии [4.32, 4.31]. В газовой фазе, в
связи с отсутствием межмолекулярных связей и большими скоростя-
ми релаксации энергии молекул, вращательная энергия за времена
Ю'МО" сек переходит в колебательную и поступательную энергии,
а затем колебательная энергия за времена 106-Ч0 10 сек релаксирует
в кинетическую энергию продуктов реакции, то есть в тепло [3.50].
Таким образом, при протекании экзотермических реакций в газовой
фазе выделяющаяся энергия с достаточно большой скоростью рас-
пределяется по всем степеням свободы, так что, в конечном счете,
в соответствие с законом равнораспределения энергии на всех сте-
пенях свободы устанавливается одинаковая средняя энергия, други-
ми словами - колебательная, вращательная температуры становятся
равными поступательной температуре.

Для жидкости ситуация совершенно иная: в связи с сильными
межмолекулярными (водородными) связями в кластерах молекулы
воды полностью не вращаются, а совершают только угловые колеба-
ния в диапазоне углов ±2 Г [2.13], так что много энергии в этой сте-
пени свободы молекул запасти невозможно. Кинетическая энергия
молекул Н2О в жидкости в диапазоне температур от нуля до 100°С
не превышает 3^-4 кДж/моль (смотри вышеизложенный материал),
поэтому выделяющаяся энергия в экзотермических реакциях в жид-
кой воде может запасаться только в колебательных степенях свободы
продуктов реакции. Действительно, согласно экспериментальным
спектроскопическим данным (см. табл. 3.1) и рассчитанным колеба-
тельным уровням в молекулах Н,О в симметричной, асимметричной
и деформационной модах может запасаться колебательная энергия
вплоть до порога ее диссоциации 494 кДж/моль (табл. 3.4). Анало-
гично в молекулах ОН, О,, Ы находящихся в жидкой воде, также
может запасаться колебательная энергия вплоть до величин 424,494
и 499 кДж/моль, соответственно. Поэтому в результате экзотерми-
ческих реакций в жидкой воде, выделяющаяся энергия в основной
массе запасается на колебательных уровнях молекул Н2О, ОН, О,,
М , Н2, а в тепло переходит малая часть энергии, связанная с энерге-
тическими дефектами переходов между колебательными уровнями
как в данной молекуле, так и между молекулами разного сорта. В
связи с малыми релаксационными потерями колебательной энер-
гии в жидкой воде (см. гл. 3), по сути, все молекулы оказываются в
той или иной степени колебательно возбужденными, и в жидкости
оказывается достаточно много запасенной колебательной энергии.
При этом идет процесс постоянного перераспределения ее за счет
переизлучения квантов и столкновительных взаимодействий. Конеч-
но, часть излученной энергии теряется на выходе за границы объема
жидкости, а также при поглощении ее твердыми частицами, раство-
ренными веществами, стенками сосуда и преобразуется в кинетиче-
скую энергию молекул, то есть в тепло.

В таких условиях, поскольку все реакции табл. 4.2 будут идти с
участием колебательно-возбужденных молекул Н2О по типу (4.19),
с большой вероятностью возможно протекание в жидкой воде эндо-
термических реакции № 1 +7,9,10. Колебательная энергия, запасенная
в реагентах, составляет ~776 кДж/моль, а если учесть ее в осталь-
ных реакциях №1+3,8,11+34, то суммарный энергетический барьер
в 1374 кДж/моль (см. рис. 4.2) будет перекрыт с запасом. Еще раз
напомним, что в жидкой воде реакции, представленные в табл. 4.2,
идут с участием колебательно-возбужденных молекул Н2О и их надо
записывать в виде (4.19). В результате процессов №1+7,9,10 (табл.
4.2) энергия возбуждения верхних колебательных уровней будет за-
трачена на преодоление активационных барьеров в каждой из этих
реакций, затем, благодаря экзотермическим реакциям №8, 11, 12, 13,
18, 20, 21, 26, 27, 28, 29, 31, 35, она восстанавливается с превыше-
нием на 30 или 119+316 кДж/моль в зависимости от цепного пути
следования между ними. Таким образом, в жидкой воде «лишняя»
энергия постоянно черпается за счет развала части молекул Н2О,
О,, и энергия связи атомов в этих молекулах преобразуется в коле-
бательную энергию оставшихся молекул.

Выделяющаяся энергия в результате колебательно-неравновес-
ных химических реакций табл. 4.2, рис. 4.2 и 4.3 в виде колеба-
тельных квантов поступает на уровни всех трех мод молекул Н2О,
что приводит к интенсификации квантово-механических реакций
(3.25+3.27) и перераспределению уже колебательной энергии между
ними. Изменение населенностей колебательных уровней молекул
воды за счет переизлучения фотонов света вызывает не только рост
скоростей реакций, в которых участвуют колебательно возбужден-
ные молекулы Н2О, но и увеличение запасенной колебательной энер-
гии в молекулах ОН, М2,02, Н,. Все это в совокупности по принципу
положительной обратной связи осуществляет ускорение химических
реакций табл. 4.2, рис. 4.2 и 4.3, и система всех молекул, радикалов
жидкой воды переходит в некое устойчивое состояние. Такое состоя-
ние воды характеризуется тем свойством, что выделяющейся энергии
за счет развала части молекул Н2О и преобразования межмолекуляр-
ных связей хватает для заданной степени колебательного возбужде-
ния всех типов молекул с учетом потерь в окружающую среду. То
есть, заданное состояние жидкой воды поддерживается благода-
ря постоянно протекающим комплексным квантово-механическим
и колебательно-неравновесным химическим реакциям (3.25+3.27),
табл. 4.2, рис. 4.2 и 4.3, а в качестве «топлива» в такой системе ис-
пользуются молекулы воды. В том случае, когда вода за счет внешних
селективных воздействий переведена в состояние с преобладанием
экзотермических цепных реакций, например, №2^5 (рис. 4.2), обе-
спечивающих большее выделение энергии по сравнению со всеми
потерями, то может осуществляться самопроизвольное разложение
воды на водород и кислород.

Необходимо сделать также следующее замечание: весь выше-
изложенный материал по тепловым эффектам химических реакций
является оценочным, а, в случае строго анализа, нужно решать си-
стему дифференциальных уравнений процессов установления кон-
центраций и распределения энергии по различным степеням свобо-
ды всех участвующих молекул. Для этого надо учитывать не только
все основные химические реакции между реагентами, но и реакции
перераспределения колебательной и кинетической энергий по уров-
ням всех видов молекул. В подобной постановке для жидкости такая
задача нигде не решалась, ввиду отсутствия данных по скоростным
коэффициентам У-У и У-Т процессов передачи колебательной энер-
гии между уровнями различных молекул и релаксации ее в тепло.
Кроме того, неясно какую функцию распределения по энергиям при-
нимать для жидкости, поскольку функция Больцмана ввиду сильных
межмолекулярных взаимодействий явно не пригодна [1.5]. Доста-
точно аккуратная постановка решения подобной системы химиче-
ских реакций с учетом колебательной неравновесности процессов
в газовой фазе сделана в гл. 5, и такую же задачу в будущем нужно
будет решать и для жидкости.

4.4.	Влияние различных факторов на протекание
химических реакций в воде

В ранее изложенном материале мы не обсуждали влияние ги-
дратации на протекание реакций. Из участвующих во всех реакциях
реагентов гидратироваться будут только ионы Н*, ОН(ац) и электрон
е, ; в комплексы Н,О, Д Н,О„ ч, Н,О . Но эти комплексы в воде не-
устойчивые, постоянно распадаются и соединяются с временем жиз-
ни ~10" сек [1.12]. Кроме того, в любом случае все реакции (4.16)
идут с участием одной молекулы воды, и в каком виде она взаимо-
действует с ионом и электроном - свободном или гидратированном
состоянии, неважно. В последнем случае даже лучше, поскольку в
реакцию добавляется энергия гидратации.

Цепные реакции водородного типа (рис. 4.2) и кислородного
(рис. 4.3) должны идти при различных характеристиках водной сре-
ды и, кроме того, должна существовать переходная область устой-
чивого состояния жидкой воды, где скорости этих реакций близки

к нулю. Действительно, если воспользоваться диаграммой Пурьбе

электрохимического состояния жидкой воды [1.2], то в параметрах:

кислотность среды рН, а также функции состояния системы измене-

ния энергии Гиббса: -Д6= ТД8-ДН можно построить три области

ее существования (рис. 4.4).
В области №1 идут цепные
реакции кислородного типа
рис. 4.3 с выделением моле-
кулярного кислорода, область
№2 соответствует устойчиво-
му состоянию воды, где ско-
рости реакций рис. 4.2, 4.3
близки к нулю. В области №3
происходит разложение воды
с выделением молекулярного
водорода и перекиси водо-
рода. Видно, что область №3
является экзотермическая, то
есть реакции идут с выделе-
нием энергии, а область №1
- эндотермическая (с погло-

•300

2	4	6 8 10 1?. М рН

Рис. 4.4. Диаграмма областей состояния воды:
1 - область разложения воды с выделением О2;

2 - область устойчивости воды; 3 - область
разложения воды с выделением Нг

щением энергии). Зная степень кислотности среды и термодинами-
ческие параметры реакции, по этой диаграмме можно определить и
область существования воды.

Большое влияние на характеристики и условия химических ре-
акций в воде оказывает температура среды. Как было показано в гл. 3,
при изменении температуры жидкой воды в диапазоне 0-Н00°С суще-

ствует семь ее структур, ограниченных следующими температурны-
ми диапазонами: 0; 15-Н6; 2СН-21; 28-^30; 4СН-42; ~51; ~60; —80; 100°С
(табл. 2.8). С увеличением температуры возрастает кинетическая

энергия молекул, уменьшается степень структурированности жидко-
сти, поэтому растет релаксация колебательной энергии. В диапазоне
температур (Н16°С вода наиболее структурирована, то есть до 90%
молекул воды находятся в кластерах с тетрагональной льдоподобной
структурой, преобразование которой в следующую по очереди осу-
ществляется с помощью фазового перехода второго рода, при этом
размер кластеров с ростом температуры уменьшается и снижается
вязкость. В то же время скорости всех реакций (табл. 4.2) зависят от
скоростей диффузии молекул и атомов реагентов, участвующих в ре-
акциях, а с увеличением вязкости воды они уменьшаются.

Для химических реакций имеет значение еще один фактор. Со-
гласно табл. 4.2 реакции развала молекул Н2О №1, 4, 5 будут иметь
наибольшую вероятность для «свободных» молекул, поскольку для
того чтобы вступили в эти реакции молекулы из кристаллической ре-
шетки кластеров, у них необходимо разорвать 3+4 водородных связи,
а это требует подвода дополнительной энергии 40+80 кДж/моль. С
другой стороны, молекулы воды, находящиеся в узлах кристалличе-
ской решетки кластеров, будут иметь более высокую степень коле-
бательного возбуждения по сравнению со «свободными», поэтому
вероятность протекания химических реакций для них будет выше.

Нужно отметить еще один момент: запись реакций в виде (4.19)
не означает в каждом случае отрыв молекулы Н,О от кристалличе-
ской структуры кластера, а соответствует только процессу излуче-
ния и поглощения фотона света, в который переходит квант колеба-
тельной энергии. Таким образом, на протекание реакций оказывают
влияние большое количество противоположно воздействующих фак-
торов и поэтому должна существовать некоторая оптимальная тем-
пература воды, при которой скорости цепных реакций рис. 4.2 и 4.3
будут максимальными.

Особо следует сказать о фазовом переходе жидкая вода - лед I
при уменьшении температуры воды от плюсовой до 0°С. С одной
стороны, при таком переходе быстро уменьшается количество «сво-
бодных» молекул, их кинетическая энергия и релаксация колебатель-
ной энергии, поэтому резко должны увеличиться скорости реакций
рис. 4.2 и 4.3. С другой стороны, в момент фазового перехода перво-
го рода, когда практически все «свободные» молекулы воды скачком
переходят в твердый кристалл, резко (на несколько порядков) умень-
шается их концентрация, диффузия и подвижность, а, следователь-
но, вероятность протекания реакций №1, 4, 5 (табл. 4.2) стремится к
нулю, поэтому практически цепные реакции рис. 4.2 и 4.3 прекраща-
ются. Это не означает, что они не идут совершенно, но скорости их
уменьшаются на несколько порядков. Действительно, на основании
дальнейшего развития теории Самойлова О.Я. в работе [4.39] сдела-
но предположение: свободные молекулы воды могут существовать и
в структуре льда при температурах ниже 0°С, поэтому лед следует
рассматривать в виде двухкомпонентной смеси: лед - переохлаж-
денная вода. Параметрические расчеты с подгонкой под экспери-
ментальные данные, с хорошей точностью проведенные авторами
статьи [4.40], дают значение относительной объемной концентрации
«свободных» молекул во льду при температуре 0°С - 2* 10’3.

Существенное влияние на протекание реакций водородного и
кислородного типа оказывает наличие примесей в жидкой воде. Так,
присутствие молекулярного азота увеличивает объем резервуара,
в который можно запасти колебательную энергию, поскольку для
него время релаксации в 10+100 раз меньше, чем для других раство-
ренных газов. Присутствие молекулярного кислорода существенно
ускоряет реакции по образованию Н2О,, то есть водородного типа. В
работе [4.29] исследовалось образование перекиси водорода в про-
цессе фазовых переходов воды в лед, при этом установлено, что в
обезгаженной воде выход Н,О2 в 1,5-5-1,8 раз меньше, чем в воде, на-
сыщенной кислородом воздуха. Присутствие дополнительной кон-
центрации Н2, Н, Н+ сдвигает реакции водородного типа в сторону
образования повышенных концентраций ОН и ОН .

Очень сильное влияние на скорость протекания всех типов реак-
ций оказывает дополнительный приток свободных электронов в воду
за счет, например, таких процессов, как электролиз или импульсный
разряд от независимых источников. В этом случае благодаря тому, что
резко снижается роль высокоэндотермичной реакции №2 (табл. 4.2)
наработки свободных электронов, общий баланс выделения энергии
сильно сдвигается в сторону экзотермичности, а это приводит к воз-
растанию скоростей всех реакций, лавинообразному цепному проте-
канию процессов вплоть до взрыва, что и наблюдается на практике.

4.5.	Экспериментальное подтверждение химических
реакций в чистой воде

В научной литературе имеется много экспериментальных мате-
риалов, для которых не нашли в настоящее время достоверных объ-
яснений, но в то же время они подтверждают изложенный в преды-
дущих разделах материал, поэтому рассмотрим некоторые из них.
Главными критериями, по которым можно определить наличие про-
текания реакций в чистой жидкой воде - это выделение «лишнего»
тепла, газов: водорода и кислорода, присутствие в водном растворе
радикалов О, Н, ОН, О3, НО2 и перекиси водорода.

Работы [2.45, 2.46] посвящены исследованию явлений при
электролизе слабого водного раствора щелочи КОН, описанного в
гл. 2. Ввиду большой важности полученных при этом результатов,
осветим процессы, происходящие в процессе электролиза с позиции
колебательно-неравновесных химических реакций. Электролиз про-
водился в стеклянной ячейке с разделенным пространственно като-
дом и анодом, катод изготавливался из палладия, предварительно
специально обработанного для создания большого количества мел-
ких пор, анод был из платины. Напряжение на электродах состав-
ляло Н2 В, плотность тока 10 мА/см2, время электролиза - 30-1-40
мин, в процессе которого происходила пропитка катода водородом.
Затем катод просушивали, после этого из палладия выделялся водо-
род, происходило его самовоспламенение, и электрод разогревался
до 900°С. Измерение выделившейся удельной тепловой энергии в
процессе электролиза в электролите показало величину 590,5 кДж/
моль, в то время как расход электрической энергии составил 342,8
кДж/моль, из которых 285,5 кДж/моль расходовалось на сам про-
цесс электрохимического разложения воды, а 57,3 кДж/моль шло на
преодоление омического сопротивления электролита.

В гл. 2 подробно говорилось о сильных связях, возникающих
между молекулами Н,О и атомами Рб, энергия которых достигает ре-
кордных величин 496 кДж/моль. Такая энергия приводит к сильней-
шей деформации молекул воды, контактирующих в порах с атомами
Рб, а, следовательно, и к большому запасу колебательной энергии. По-
этому при таком сильном колебательном возбуждении молекул Н2О,
естественно, начнут идти цепные реакции водородного типа (рис.
4.2). Электролиз в этом случае (необходимо отметить небольшую раз-
ность потенциалов и малую плотность электрического тока) обеспе-
чивает только дополнительную «поставку» свободных электронов в
электролит, что резко ускоряет протекание цепных реакций табл. 4.2,
поскольку существенно уменьшается роль реакции №2 (табл. 4.2) по
образованию свободных электронов, на которую затрачивается основ-
ная величина энергии всей цепной реакции (538 кДж/моль). Величина
«лишней» тепловой энергии в электролите в процессе эксперимента
составила 247,7 кДж/моль. Если учесть тот факт, что поскольку ка-
тод из палладия имел пористую структуру, которая была заполнена
водородом, то наверняка между ним и раствором было большое при-
катодное падение потенциала, а это приводило к существенным за-
тратам электроэнергии на его преодоление. Поэтому можно предпо-
ложить, что фактическая величина дополнительного выделения тепла
в электролите находилась в диапазоне от 247,7 до 305 кДж/моль и
если теперь сравнить с цифрами тепловыделения энергии в реакциях
№2 (-217,4 кДж/моль) и №5 (-316,3 кДж/моль) (рис. 4.2), то получаем
прекрасное совпадение теории с экспериментом.

По-видимому, первым провел вышеописанный эксперимент с
электролизом воды, используя палладиевый электрод, И.С. Филимо-
ненко в СССР в 1962 году [4.49], о чем рассказал в своей статье Н.Е.
Заев [4.50], где описана «гидролизная энергетическая установка»,
предназначенная для получения тепла. Только он использовал тяже-
лую воду, а в качестве электрода служила труба, имеющая диаметр
41 мм и длину 700 мм, выполненная из сплава, содержащего палла-
дий. Эта труба в процессе электролиза впитывала в себя водород, а
затем после ее просушки он самовозгорался на воздухе и разогре-
вал трубу до 1150°С. То есть процесс наводораживания электрода
из палладия происходил совершенно аналогично вышеописанному
эксперименту. Здесь необходимо отметить, что совершенно чистую
фракцию тяжелой воды получить невозможно, в ней всегда присут-
ствует часть обычной воды, а, с другой стороны, на основании этого
эксперимента и некоторых других можно сказать, что и в тяжелой
воде возможно протекание всех колебательно-неравновесных про-
цессов возбуждения молекул О2О и цепных химических реакций по
разложению их на В, и О, с выделением тепла.

Аналогичный эксперимент по электролизу тяжелой воды с пал-
ладиевым электродом в 1989 году провели американские ученые М.
Флейшман и С. Понс. [4.51 ] и обнаружили, что в электролите выделя-
ется в ~4 раза больше тепловой энергии, чем подведенной к электродам
электроэнергии. Об этом эффекте сообщали также другие исследова-
тели из США, СССР, Венгрии [4.52]. В статье [4.53] рассказывается,
что по настоянию коллег-ученых М. Флейшман и С. Понс провели
эксперимент по электролизу на той же установке не с тяжелой водой, а
с обыкновенной - и были получены совершенно такие же результаты
по выделению «лишнего» тепла. Экспериментальные исследования,
проведенные И.С. Филимоненко показали, что в подобном электроли-
зе палладиевый электрод можно заменить титановым сплавом. Этот
факт получения водорода и «лишнего» тепла при электролизе с ис-
пользованием в качестве электрода не чистого палладия, а его сплава
с титаном подтвердил С. Джонс с сотрудниками из США [4.52].

На основании этих экспериментов можно сделать вывод, что
свойствами образовывать энергетически прочные гидратные соеди-
нения с водой обладает не только палладий, но и титан. Действи-
тельно энергия связи атомов титана с водой, рассчитанная по фор-
мулам (2.12) и (2.13) составляет 456 кДж/моль, что не намного ниже,
чем у палладия и вызвано это крайне низким значением сродства Т1
электрону - 0,08 еу. За счет такой связи при контакте титана с водой,
особенно если в ней растворены соли (слабый электролит), на нем
будут идти точно такие же процессы по разложению воды с выделе-
нием водорода, как и на палладиевом электроде.

В связи с такими свойствами титана заслуживает внимания сле-
дующая интересная история, рассказанная в передаче по Российско-
му телевидению от 2/03.2006 г. В СССР была создана эксперимен-
тальная подводная лодка, скорость которой достигала 44 узла в час
в подводном положении, причем ее наружный корпус был сделан
из титанового сплава. Выяснилось, что в результате ее эксплуата-
ции корпус снаружи был настолько отполирован, что исчезли неров-
ности сварных швов. Это связывали с эффектом сильного трения о
воду в результате больших скоростей. Кроме того, в той же передаче
был приведен такой случай: при длительной стоянке этой подводной
лодки вблизи пирса у него полностью проржавели стальные опоры,
в результате чего он обрушился.
Эти экспериментальные факты можно прокомментировать та-
ким образом: морская вода является прекрасным электролитом, и
на поверхности металла за счет слабого электролиза постоянно шли
процессы по разложению воды с выделением водорода, как описано
выше, причем корпус лодки служил катодом, к которому после раз-
ложения притягивались ионы Н*, а анодом была масса морской воды.
Подчеркнем, что в данном случае титан служил катализатором по
разложению молекул воды на ионы ЬГ и ОН с последующим обра-
зованием молекулярного водорода (см. реакции табл. 4.2 и рис. 4.3).
Кроме того, при больших скоростях обтекания водой корпуса лодки
на его поверхности происходили кавитационные явления, усилива-
ющие эти процессы. Когда подводная лодка стояла у пирса, то на-
верняка ее корпус был соединен с платформой пирса металлическим
трапом. Платформа пирса, пропитанная морскими солями, служила
проводником электрического тока, который проходил по цепи: кор-
пус подводной лодки (катод) - трап - платформа пирса - стальные
опоры (анод) - морская вода (электролит) - корпус подводной лод-
ки. В этом случае постоянно шел электролиз воды с выделением у
корпуса подводной лодки водорода, а у стальных опор пирса, как у
анода, - радикалов ОН, О и молекулярного кислорода, что привело к
усиленной коррозии стальных опор и их разрушению.

В работе [4.38] изучали коррозионные процессы различных
сталей в сульфато-содержащих растворах (№,$О4), которые предва-
рительно обрабатывались в электролизере путем пропускания элек-
трического тока, причем прикатодная и прианодная области были
разделены полупроницаемой мембраной. В зависимости от введен-
ного количества зарядов в раствор ц в процессе электролиза степень
кислотности анолита менялась от рН=7,3 до интервала рН=3,1 (ч=50
Кл/л) + рН=1,8 (ц=2770 Кл/л), а для католита изменялась от рН=7,3 до
интервала рН=10,8 (ч=50 Кл/л) -н рН=11,4 (ц=2770 Кл/л). Параметры
растворов сохранялись после электролиза длительное время (часы),
поскольку скорость окисления сталей определяли выдержкой образ-
цов в них в течение нескольких часов и последующим взвешиванием.
Скорости окисления стали СтЗ в католите и анолите в зависимости от
вложенного в раствор количества зарядов приведены на рис. 4.5. Ав-
торы статьи объясняют разное поведение скоростей окисления стали
в католите и анолите только различной концентрацией присутствую-
щего в растворах молекулярного кислорода О2. На самом деле здесь
проявляются процессы несколько иного рода, связанные с реакциями
в жидкой воде. В процессе электролиза католит насыщается электро-
нами, ионами ОН(ач) , молекулами Н2О2 и Н2. Поэтому в начальной
стадии электролиза, когда величина рН слабо отличается от вели-
чины 7,3, но уже возрастает благодаря реакциям №Н9 (табл. 4.2), в
растворе появляются силь-
ные окислители О, ОН, О,,
что приводит к увеличению
скорости окисления стали.
Затем с увеличением вкла-
дываемого заряда ц, когда
в растворе нарабатывается
заметное количество Н2О2 и
Н2, начинают идти противо-
положные процессы по вос-
становлению Бе из окислов,
суммарные процессы окис-
ления стали замедляются, а
затем и резко уменьшаются,
вследствие чего в скорости
окисления появляется резко
выраженный максимум.

Кр, г/м^час

О 500 1000 1500 2000 2500 ч,Кл/л

Рис. 4.5. Зависимость скорости окисления ста-
ли СтЗ от количества введенного заряда при
электролизе: 1 - католит; 2 - анолит [4.38]

Для анолита ситуация совсем другая. В процессе электролиза он
насыщается электронами и элементами О2, О, О3, поэтому скорость
окисления стали в нем на порядок выше, чем в католите и сильно

возрастает с увеличением вкладываемого заряда ц в диапазоне от
500 до 1000 Кл/л. Далее с ростом ц скорость окисления стали выхо-
дит на насыщение, что связано, по-видимому, с ограничением скоро-
сти реакции №4 (табл. 4.2) по наработке электронов. Сравнение этих
скоростей коррозии стали со скоростями окисления ее в модельных
растворах с тем же параметром кислотности рН показывает, что в
случае анолита они 4+8 раз меньше, а для католита в 3+6 раз выше.
Этот экспериментальный факт еще раз подтверждает наличие хими-
ческих реакций (табл. 4.2) в чистой жидкой воде, поскольку такое
сильное различие в скоростях окисления сталей для растворов, под-
вергнутых электролизу, и модельных связано только с преобладаю-
щим влиянием свободных электронов в растворе, концентрация ко-
торых выше в первом случае, чем во втором.

Явления, связанные с изменением физических свойств воды
в процессе ее электролиза, подробно описаны в монографии [2.7].
Дистиллированная вода одноразовой или двойной перегонки обра-
батывалась в электролизере, представляющем собой два цилиндри-
ческих стеклянных сосуда общим объемом 2,5 л, вставленных один
в другой, и разделенных между собой полупроницаемой мембраной,
сделанной из спеченных зерен стекла «пирекс» размером 0,2+0,5
мм. Во внутренний и внешний сосуды устанавливались электроды,
и пропускался постоянный электрический ток, причем разность по-
тенциалов варьировалась от нуля до 330 В.
При активации воды в течение нескольких суток значения па-
раметра кислотности рН в анолите достигали ~4, в католите ~10, в

то время как в случае электролиза воды в течение одних суток она
восстанавливала свои свойства за ~20 мин, а в процессе воздействия
восьми суток - за ~30 часов. Затем образец активированной воды (от-
дельно католит и анолит) заливался в емкость без перемешивания и
помещался в суховоздушный термостат-холодильник, экранирован-
ный от внешних электромагнитных воздействий, не подвергаемый
вибрациям и регулируемой скоростью охлаждения. Понижая по-
степенно температуру в течение четырех часов, замораживали воду,
причем использовали подготовленные образцы католита и анолита, у
которых параметр кислотности рН не менялся в течение двенадцати

Рис. 4.6. Образование во льду газовых включений при замора-
живании дистиллированной воды, подверженной электролизу
с полупроницаемой мембраной: а) католит; б) анолит [2.7].

часов. В процессе
замерзании образ-
цов воды в них об-
разовывались два
типа пузырьков га-
зов (рис. 4.6): в ка-
толите - длинные,
слегка изогнутые

цилиндрические
полости, прибли-
зительно равноот-

стоящие друг от друга, расположенные в виде «елочки» с лучами,
отходящими от центральной части сосуда (рис. 4.66), а в анолите -
мелкие микропузырьки фиксированного размера (рис. 4.6а).

Длинные цилиндрические газовые полости имели размеры в
зависимости от степени кислотности и условий замерзания: диа-
метр КН 120 мкм и длиной 40+500 мкм, а микропузырьки размером
0,03+0,3 мкм, причем длинные цилиндрические газовые полости
несли на себе отрицательный заряд, а мелкие микропузырьки - поло-
жительный. Объемная концентрация газовых пузырьков цилиндри-
ческой формы сильно зависела от условий замораживания: в случае
закрытого сосуда и изолированного от внешних электромагнитных
полей была на порядок больше, чем для открытого сосуда на воз-
духе. Авторы монографии [2.7] объясняют эти экспериментальные
факты тем, что в воде существуют некие образования - кристалли-
ты, которые при замерзании воды разваливаются с образованием пу-
зырьков различной формы - не будем обсуждать во многом противо-
речивые рассуждения на эту тему, поскольку прямых доказательств
авторы не приводят.

По мнению автора данной книги результаты этих эксперимен-
тов можно объяснить следующим образом: после электролизной
обработки воды в католите при указанных больших величинах рН
усиленно идут цепные реакции водородного типа (рис. 4.2), раствор
насыщается электронами, молекулярным водородом Н2 и отрица-
тельными ионами ОН(а<))". В этом случае при постепенном уменьше-
нии температуры жидкости до 0°С снижается кинетическая энергия
молекул, а, следовательно, релаксация колебательной энергии, что
приводит к резкому ускорению цепных реакций и высокому газоо-
бразованию. Но в момент фазового перехода первого рода: жидкость
- лед I скачком происходит кристаллизация воды и практически все
«свободные» молекулы воды переходят в твердые кристаллы. При
этом диффузия молекул воды скачком резко уменьшается на поряд-
ки и на порядки снижается скорость реакций №1,4,5 (табл. 4.2), по-
скольку их активационный барьер увеличивается не менее чем на 80
кДж/моль (чтобы разорвать четыре водородных связи).

Образовавшиеся газообразные молекулы водорода при кристал-
лизации молекул воды «выжимаются» в полости между кластерами
воды и далее - между кристаллами льда. Этот вывод подтверждается
детальными исследованиями тающего снега (или что, то же - замер-
зающей воды) автора работы [4.41 ], который на основании большого
количества фотографий тающего снега сделал заключение, что вода
не может существовать в виде пленочной оболочки кристаллов льда,
поскольку все кристаллы находятся в непосредственном контакте
друг с другом. При малой влажности - вода присутствует в виде
изолированных включений. В случае высоких значений влажности
в виде изолированных включений присутствует воздух, а вода при
этом заполняет все поры свободного пространства. В нашем случае
в момент замерзания воды влажность трехфазной смеси: жидкость
-лед - газы оказывается вначале большой, и газовые включения (во-
дород) создают изолированные полости. Согласно теории, развитой
в работах по исследованию кавитации [2.30+2.35], пленка стенок
образующихся пузырьков представляет собой упорядоченное рас-
положение молекул воды (диполей), которые притягивают к себе
имеющиеся в растворе отрицательно заряженные частицы: в дан-
ном случае электроны (возможно гидратированные) и ионы ОН(а<))".
В процессе дальнейшей кристаллизации оставшейся воды газовые
включения оказываются «замурованными» во льду. Такая ситуация,
по сравнению с замерзанием обычной воды, происходит только по
причине большой концентрации газовых включений, которые посто-
янно образуются в самой воде в процессе уменьшения ее температу-
ры до 0°С, что служит еще одним доказательством протекания в воде
реакций водородного типа (рис. 4.2).

Аналогичная ситуация происходит при охлаждении и замерза-
нии анолита, только в этом случае в растворе'присутствуют, в основ-
ном, молекулярный кислород и ионы Н* или НО*, которые оседают
на стенках пузырьков. Различия в размерах и форме пузырьков ка-
толита и анолита связаны с различной величиной поверхностного
натяжения, которая меньше для католита. Существенное уменьше-
ние концентрации пузырьков при замораживании открытого сосуда
с активированной водой объясняется значительными потерями об-
разующегося молекулярного кислорода и водорода в атмосферу.

При электролизе воды в анолите и католите существенно изме-
няются концентрации всех составляющих ионов, радикалов, молекул

газов, меняется и структура воды: в анолите размеры кластеров увели-
чиваются, а в католите - уменьшаются, что видно и из рис. 4.6. Мож-
но предположить, что должны меняться и резонансные частоты такой

среды, что подтверждается спектральными зависимостями, показан-
ными на рис. 4.7, взятого из работы [4.62], где приведены собственные
частоты католита, анолита и чистой дистиллированной воды в диапа-
зоне 49+53 ГГц, или соответствующих квантов энергии Ьу=1,6+1,8
см 1 (см. табл. 3.2). Эти частоты связаны с квантово-механическими

переходами (3.25+3.27), где дефекты реакций ДЕд в правых частях
уравнений определяют вероятность их протекания и наибольшей она
будет при условии ДЕд=пЬу, где п - целое число. В связи с разны-
ми условиями протекания комплексных реакций (3.25+3.27), табл.
4.2, рис. 4.2, 4.3 в католите, анолите и чистой воде неодинаковыми
будут и распределения колебательной энергии по уровням молекул
Н2О. Следовательно, за перераспределение ее между уровнями бу-
дут отвечать разные реакции (3.25+3.27) (в вероятностном смысле),
что приведет к преобладанию одних величин дефекта энергий ДЕ

над другими, то есть к изме-
нению запасенной колебатель-
ной энергии молекулами воды.
Разная степень колебательного
возбуждения в воде вызовет об-
разование различных по массе
и форме кластеров, которые бу-
дут обладать отличным друг от
друга набором резонансных ча-
стот. Таким образом, подобные
изменения резонансных частот
удовлетворительно описыва-
ются вышеизложенной теори-
ей квантово-механических и

Рис. 4.7. Влияние электролиза на резонансные
спектры воды: 1 - дистиллированная вода: 2 -
анолит; 3 - католит [4.62].

колебательно-неравновесных
химических реакций, проис-
ходящих в водных растворах.
Эффект газообразования в момент кристаллизации воды в лед I
наблюдали в работе [4.42], когда малую порцию воды в момент за-
мерзания взвешивали на пьезокварцевом резонаторе. В момент об-
разования кристаллов льда, происходит, как говорят авторы, выброс
части воды, то есть потеря веса (не более 5%). Ясно, что испарение
жидкой воды в момент ее кристаллизации в лед не может происхо-
дить - нарушаются законы термодинамики (необходимо совершить
дополнительную работу или подвести тепло, чтобы испарить часть
воды), в то же время протекание химических реакций типа табл. 4.2
и образование газообразных фракций объясняет этот опытный факт.

Такое же явление газообразования в виде одномерных агрега-
тов- цепочек (по терминологии авторов) толщиной 40 мкм наблюда-
ется при воздействии на воду акустических волн на второй стадии
разряжения [1.21] и поляризационного воздействия [4.43].

В гл. 3 описываются эксперименты, представленные в монографии
[2.7], с активированной водой И. Грандера, которая бралась из альпий-
ских горных источников и обрабатывалась слабым переменным магнит-
ным полем. В той же монографии авторы по вышеизложенной методике
замораживали дистиллированную воду, обработанную по технологии
И. Грандера, и во льду обнаружили пузырьки газовых включений, при-
чем крупные газовые полости отсутствовали, а центральная часть была
представлена сплошными микропузырьковыми скоплениями. Исследо-
вание образцов льда из области микропузырьков показало, что степень
кислотности составляла рН=9,16+9,46, в то время как кислотность ис-
ходной дистиллированной воды была равна рН=4. Этот эксперимент
еще раз показывает, что в воде, активированной слабым переменным
магнитным полем, интенсивно идут цепные реакции водородного типа
табл. 4.2 с большим выделением молекулярного водорода.

На выставке в Москве “Архимед 2002” автором работы [4.44]
были представлены два устройства, использующие в качестве воз-
действия на воду низкочастотные электромагнитные волны (либо
инфразвуковые колебания): инфразвуковой терапевтический аппа-
рат ИФС-1М и устройство для разложения воды на водород и кисло-
род. Устройство для разложения воды представляло собой металли-
ческий цилиндр диаметром 80 мм и высотой 350+400 мм, в верхней
части которого имелась трубка для вывода газов, внутри цилиндра
находился генератор низкочастотных колебаний, соединенный ка-
белем с блоком питания, имеющим панель с ручками регулировки
частот колебаний в диапазоне 1+20 Гц. Воздействие на воду такими
колебаниями приводило к изменению рН от 7,85 до 8,15 (щелочная
область). Как сказано в работе, воду обрабатывали не более одного
часа, в результате чего достигался максимальный сдвиг по рН. Вода
сохраняет свои свойства двадцать пять дней и более. Установку мож-
но применять для очистки воды от инертных газов, ионов тяжелых
металлов, растворенных солей. Автором был проведен очень важ-
ный эксперимент [4.44]: порцию воды, находящуюся в небольшой
емкости, один раз в течение часа обработали низкочастотными элек-
тромагнитными колебаниями, далее наблюдали длительное время
под микроскопом и обнаружили в воде образование пузырьков газа,
которые выходили из воды по правосторонней спирали. Этот эффект
был неоднократно проверен через различные промежутки времени:
наблюдали через неделю, через месяц, через три месяца, через пол-
года вплоть до двух лет. В этой порции воды спустя два года наблю-
далась та же картина выделения пузырьков газа, то есть явно шел
распад воды. Чтобы зафиксировать процесс, эту пробу воды замо-
розили, при этом реакции прекратились, на срезе образца льда на-
блюдали картину в виде взрыва в воде с отходящими к краям белыми
лучами. Исследование под микроскопом показало, что все лучи со-
стоят из мельчайших пузырьков (в работе приводится фотография
подобная показанных на рис. 4.6). Опыт повторяли несколько раз,
характер наблюдений не изменялся. Эти эксперименты еще раз не-
зависимо подтверждают протекание цепных реакций водородного
типа табл. 4.2 в жидкой воде, причем процесс оказывается самоор-
ганизованным, с постоянным подводом энергии за счет разложения
части молекул, а длительность его может составлять невообразимо
большие времена - годы.

В описаниях и объяснениях этих экспериментов [4.44] изобре-
татель (Казаков О.А?) совершенно не раскрывает нигде конструкцию
и принцип действия генератора колебаний на воду, считая это своим
ноу-хау. Попытаемся разобраться в этом вопросе. Если посмотреть
таблицу резонансных частот поглощения в жидкой воде ЭМИ и зву-
ковых колебаний (табл. 3.18), то в диапазоне частот Н20 Гц имеется
десять таких резонансных частот, экспериментально подтвержденных
при воздействии слабого переменного магнитного поля. Как было по-
казано в гл. 3 (см. рис. 3.10, 3.11), под воздействием слабого пере-
менного магнитного поля с резонансной частотой на воду происходит
перераспределение колебательной энергии между молекулами и за-
селение высоколежащих уровней. Это увеличивает вероятность про-
текания, в первую очередь, реакций №4 и 5 (табл. 4.2), а затем по це-
почкам и всех остальных. Но такое же воздействие на молекулы Н,О
(диполи) могут оказывать резонансные продольные волны сжатия и
разряжения жидкости, то есть акустические колебания, проходящие
через жидкую среду. В этом случае регулярное периодическое и ре-
зонансное сближение и отдаление диполей друг от друга вследствие
влияния их сильных местных электростатических полей вызовет такое
же периодическое изменение (перетекание) электронной плотности
по орбиталям молекул. Поэтому можно предположить, что в качестве
генератора звуковых колебаний автором работ [4.44] использовалась
пьезокристаллическая пластина (кристалл), на обкладки которой по-
давалось переменное электрическое напряжение низкой частоты. Под
воздействием протекающего переменного тока пластина вибрировала
и передавала импульсы давления окружающей жидкости.

Этот вывод подтверждается независимо проведенным экспери-
ментом Аверкиевым В.П., проживающим на Украине, о котором он
рассказал автору данной книги. В сосуде, наполненном водой, уста-
навливались электроды, на которые подавалась разность потенциалов
от аккумулятора, а в электрической цепи стоял светодиод и миллиам-
перметр. Кроме того, в воду опускалась пластина из титаната бария,
на обкладки которой подавалось переменное (синусоидальное) на-
пряжение с частотой в диапазоне 1СК20 Гц. В том случае, когда на
пластину не подавалось электрическое напряжение, то цепь оказы-
валась разомкнутой: миллиамперметр не показывал тока и светодиод
не горел, то есть электропроводность жидкой воды была практически
нулевой. При подаче переменного напряжения на пластину из тита-
ната бария миллиамперметр показывал наличие электрического тока,
а светодиод светился. Этот эксперимент показывает, что при воздей-
ствии на воду инфразвуковых колебаний ее электропроводность резко
возрастает, но это означает насыщение ее свободными электронами.
В таких условиях в жидкой воде преодолевается самый высокий ак-
тивационный барьер реакции №2 (табл. 4.2) и ускоряются остальные
реакции по развалу молекул воды на водород и кислород.

В гл. 3 (табл. 3.13) приведены данные изменения степени кис-
лотности воды, предварительно обработанной импульсным электро-
магнитным излучением, с величины рН=5,74 до значения 8,4 в тече-
ние двадцати пяти суток. Такое длительное сохранение измененных
свойств воды можно объяснить только одной причиной - в воде
постоянно идут какие-то химические процессы по уменьшению
концентрации ионов Н+. Этот эксперимент еще раз подтверждает
наличие цепных реакций типа рис. 4.2 и 4.3, происходящих очень
длительное время. При этом в качестве исходных реагентов исполь-
зуются молекулы воды, а энергия черпается за счет преобразования
энергии связей молекул Н2О в энергию колебательных квантов.

Результаты интересного эксперимента приведены в работе [4.45].
Измеряли изменение высокочастотного коэффициента диэлектри-
ческой проницаемости Дет для льда VI в температурном диапазоне
123-Ч28°К. Изменение диэлектрической проницаемости представле-
но на рис. 4.8, где наблюдается изменение свойств льда VI в течение
длительного времени: она устойчиво уменьшается при температуре
123,1°К и возрастает затем при нагревании до Т= 127,8°, причем экс-
периментальные условия соответствовали строго внутренней зоне
стабильности льда VI. Это преобразование происходило 252 суток и
не полностью закончилось. Авторы делают вывод, что эта трансфор-
мация приводит к образованию неизвестной фазы льда.

Эти данные можно интерпретировать следующим образом. Из-
менение свойств льда VI строго при постоянных температурах 123,1
и 127,8°К в течение очень длительного времени и в предположении,
что эксперимент был проведен корректно и никаких внешних воз-
действий (по-видимому, кроме геомагнитного поля земли) на обра-
зец льда не было, можно объяснить только какими-то внутренними
процессами в самом веществе льда. Причем для Т=123,1°К процесс
идет с уменьшением диэлектрической проницаемости, а значит с

уменьшением дипольного момента молекул и как следствие - сни-
жением запасенной колебательной энергии, что можно объяснить

протеканием эндотермических реакций кислородного типа рис. 4.3.

Для условий Т=127,8°К проис-
ходит увеличение диэлектри-
ческой проницаемости льда,
следовательно, возрастание
дипольного момента молекул
и колебательной энергии, что
связано с протеканием цепных
реакций водородного типа рис.
4.2. Скорости протекания этих
реакций крайне низкие, что
определяется малым содержа-
нием «свободных» молекул во
льду (см. выше), но, тем не ме-

Рис. 4.8. Изменение диэлектрической прони-
цаемости для льда VI [4.45].

нее, они происходят даже при таких низких температурах в твердых
кристаллах льда и изменяют его свойства.

Таким образом, на основании этих экспериментальных данных
можно сделать фундаментальный вывод: с помощью внешних се-
лективных, резонансных воздействий небольшой мощности можно
перевести чистую жидкую воду из «равновесного» состояния №2
(согласно кислотно-энергетической диаграммы Пурьбе, рис. 4.4)
в состояние №3, где протекают экзотермические цепные реакции
водородного типа с выделением энергии. При этом организуются
самоподдерживающиеся саморегулирующиеся по балансу энерге-
тических потерь химические реакции с постоянным выделением
энергии, водорода и кислорода (молекулярный кислород начинает
образовываться, когда концентрация Н2О2 становится большой). В
таком состоянии чистая жидкая вода может существовать длитель-
ное время (часы, сутки, месяцы, годы).
Еще одно доказательство наличия химических цепных реакций
типа рис. 4.2 и 4.3 в чистой дистиллированной воде, подвергаемой
электролизу, когда катодная и анодная области разделены полупрони-
цаемой мембраной, - это возникновение разности давления между ка-
толитом и анолитом за счет осмоса. Так на рис. 4.9 приведен перепад
давления между католитом и анолитом в миллиметрах водяного стол-
ба при электролизе дистиллированной воды, которая активировалась
в течение нескольких суток [2.7]. Авторы монографии [2.7] объясня-

ют перепад осмотического
давления между анолитом
и католитом за счет массо-
переноса воды через поры
мембраны ассоциатами с
положительным зарядом.
На самом деле все проще,
поскольку католит насыща-
ется водородом, а анолит
молекулярным кислородом,
то плотность жидкости ка-
толита меньше, чем аноли-
та, вследствие чего уровень
жидкости католита подни-

Рис, 4.9, Перепад осмотического давления между
анолитом и католитом при пектролизе дистил-
лированной воды /2.7].

мается над уровнем жидкости анолита. Используя уравнение Вант-
Гоффа для осмотического давления, можно перепад давления между
католитом и анолитом выразить следующим образом ДР= (СО2/32-
С1р/2)КГПТ/Уо, где СО2 и Сн2 - массовые концентрации молекулярно-
го кислорода в анолите и молекулярного водорода в католите. Пере-

пад осмотического давления между анолитом и католитом зависит
почти линейно (на участке ц=О^З) от вложенного заряда электронов
в жидкость и чем больше он, тем интенсивнее идут цепные реакции
(рис. 4.2 и 4.3).

Процесс протекания комплексных реакций (3.25-^3.27), табл. 4.2,
рис. 4.2 и 4.3 очень сильно зависит от температуры, о чем подробно
говорилось выше. Подтверждением этому служат экспериментально

полученная зависимость перепада давления между католитом и ано-
литом от температуры при электролизе дистиллированной воды для
тока активации 0,1 мА, показанная на рис. 4.10 [2.7]. Зависимость
имеет явно не монотонный характер и достаточно резкий максимум
в районе температуры ~36°С, перегибы огибающей кривой с хоро-
шей точностью приходятся на граничные значения температур: +16;
30; 40; 60; 80°С, соответствующие различным структурам воды, от-
деленных друг от друга фазовыми переходами второго рода. Этот
экспериментальный график полностью подтверждает теоретические
выводы, приведенные выше, относительно влияния температуры на
характеристики цепных реакций рис. 4.2 и 4.3. Для данных условий
состава воды, силы тока активации происходит рост наработки кон-
центрации водорода, кислорода и других компонентов при измене-
нии температуры от 0 до ~40°С, главным образом, за счет увеличения
числа «свободных» молекул воды и интенсификации реакций №1,4,
5 (табл. 4.2). Это происходит в связи с ростом концентрации ионов
Н+ (см. рис. 4.1), а далее с увеличением температуры, когда осущест-
вляется очередной фазовый переход второго рода и вода становится
менее структурированная - возрастает кинетическая энергия моле-

Рис. 4.10. Зависимость осмотического давле-
ния между католитам и анолитам от темпе-
ратуры для у=0,1 мА [2.7].

кул и увеличивается релаксация
колебательной энергии. Все
это в совокупности приводит
к уменьшению интенсивности
цепных реакций в анолите и
католите, поэтому и существу-
ет некоторое оптимальное зна-
чение температуры жидкости,
когда перепад давления между
анолитом и католитом достига-
ет максимума.

В книге [4.3] и в заявке
авторов на изобретение [4.46]
описывается эксперимент по
электролизу воды. В бочку с
пресной водой, в которой были
установлены три электрода от

трехфазной электросети, добавляется стакан морской воды, после
этого начинают идти бурные электрохимические процессы, и выде-
ляется большое количество тепла. Измерения показали, что выход
тепла много больше затраченной электроэнергии. В этом экспери-
менте следует отметить, что стандартная частота переменного тока в
50 Гц кратна собственным резонансным частотам жидкой воды 2,5 и
25 Гц (см. табл. 3.18), поэтому воздействие переменного магнитного
поля такой частоты приводит к активизации химических реакций.

В той же книге [4.3] приводится еще один интересный факт: ин-
женер Блинов Б.С. в 60-е годы изобрел ветроколесо для агрегатов с
коэффициентом преобразования энергии ветра выше, чем идеаль-
ный ветряк по Н.Е. Жуковскому. Привод ветроколеса был соединен
с крыльчаткой, которая погружалась в бочку с водой. За счет преоб-
разования ветровой энергии в механическую путем вращения жид-
кости она по оценкам должна была закипеть через полтора-два часа
при скорости ветра 8 м/сек, а на самом деле она закипела через 56 ми-
нут. Данный эксперимент демонстрирует протекание колебательно-
неравновесных процессов и химических реакций в жидкой воде при
ее закрутке, детальное описание которых будет дано в гл. 7 и 8. В
последних двух примерах еще раз показывается, что при определен-
ных условиях, воздействуя селективно на жидкую воду, можно полу-
чить, так называемую, «лишнюю» энергию, которая в действитель-
ности получается за счет протекания цепных реакций водородного
типа рис. 4.2.

В работе [4.36] приводятся экспериментальные данные о том, что
в природных водах концентрация Н2О2 составляет 10'9-Ч0’8 моль/л..
Такие разбавленные растворы очень чувствительны к присутствию в
них малых концентраций ионов Ее2*, Си2*, Мп2*, Сг2*, №2*, Со2*, РЬ2*,
В12*. Этот факт еще раз подтверждает постоянство протекания цеп-
ных реакций водородного типа рис. 4.2 в любых водах - пресных и
соленых, причем на них интенсивно влияют именно сильные двух-
зарядные катионы, которые, как известно, обладают способностью
наибольшей гидратации. При наличии их в воде (в допустимых кон-
центрациях) они в первую очередь гидратируют на себя «свободные»
молекулы воды, уменьшая тем самым степень релаксации колеба-
тельной энергии. Кроме того, за счет большой энергии гидратации
положительно заряженных ионов молекулы Н2О, особенно в первом
гидратном слое, сильно деформируются и приобретают большой за-
пас колебательной энергии, что в совокупности условий благоприят-
ствует протеканию реакций (3.25^3.27), табл. 4.2, рис. 4.2 и 4.3.

Таблица 3.14 показывает изменение степени кислотности обык-
новенной чистой воды по разному приготовленной: с помощью
таяния льда; кипячения и последующего медленного охлаждения;
нагрева до 90°С и быстрого охлаждения; хранения ее в закрытой и
открытой емкостях. Для всех этих вариантов получаются степени
кислотности рН заметно отличающиеся друг от друга, и, если усло-
вия приготовления воды явно связаны с различной концентрацией
атмосферного воздуха в ней, то невозможно объяснить изменение
концентрации ионов Н* при одной и той же температуре жидкости.
Поэтому на основании этого эксперимента можно сделать вывод, что
степень кислотности воды связана с концентрациями растворенного
в ней молекулярного кислорода и азота, а этот факт хорошо объясня-
ется наличием цепных реакций в воде типа рис. 4.2 и 4.3.

В большом количестве работ, посвященных исследованию со-
нолюминесценции при ультразвуковом воздействии на жидкую воду
[2.30,2.31,2.44,2.12,3.46,4.37], одним из главных критериев измене-
ния состояния воды считают наличие в ней в больших концентраци-
ях Н2О2 и изменения степени кислотности среды рН. Под влиянием
ультразвуковых колебаний в жидкой воде происходит кавитация, то
есть образование пузырьков, стенки которых постоянно деформиру-
ются, они схлопываются и, как было описано в гл. 3, происходит де-
формация молекул воды, увеличивается энергия межмолекулярных
связей в пленках пузырьков и возрастает запасенная колебательная
энергия в среде.

В работе [4.37] исследовались процессы по разложению пере-
киси водорода в природных водах. Оценки показывают, что разло-
жение Н2О2 в океанах позволяет выделять 4х 109 тонн молекулярного
кислорода в год под действием акустических шумов на океанскую
воду (экспериментальные измерения дают цифру 6x109 тонн О2 в
год). Этот факт говорит о колоссальной важности выше приведен-
ных реакций для понимания глобальных природных явлений и влия-
ния их на жизнедеятельность всего живого на земле. Ясно, конеч-
но, что сама по себе перекись водорода под действием, например,
только одной реакции ОН+ОН=>Н2О,, как предполагается во мно-
гих работах, образовываться не может, а требуется комплекс усло-
вий в жидкой воде и обязательный приток энергии в виде больших
квантов для преодоления энергетических активационных барьеров
реакций. В этой же работе приводятся данные эксперимента по воз-
действию на столб воды высотой 0,3 м, соответствующей % длины
ультразвуковой волны с частотой 1,2+ 1,4 кГц и амплитудой давления
в узле пучности не более 0,6 ат. Вода предварительно была обезга-
жена и имела начальную концентрацию Н2О2 менее 1012 моль/л, во
всех опытах в процессе ультразвукового воздействия концентрация
перекиси водорода увеличивалась более чем на порядок (стало боль-
ше 10" моль/л). Исследование раствора М§8О4*7Н2О, имитирую-
щего океанскую воду, дало максимальное содержание Н,О2 ~5хЮ12
моль/л, а скорость роста концентрации увеличилась в 15+25 раз. Вы-
воды этой статьи еще раз подтверждают большую вероятность про-
текания цепных реакций типа рис. 4.2 и 4.3 в природных водах.

При воздействии на воду электромагнитного поля сверхвысокой
частоты в ней также начинает увеличиваться концентрация Н2О2. В
работе [3.23] воздействовали на воду СВЧ полем и с помощью хелю-
минесцентного способа измеряли концентрацию перекиси водорода.
Оказалось, что при частоте 10 ГГц и уровне поглощаемой энергии
30 Дж/мл она достигала величины 2x10'9 моль/л по сравнению с фо-
новой ~10 '° моль/л. В данном случае воздействие резонансных ча-
стот СВЧ приводит к дополнительной колебательной накачке моле-
кул Н2О за счет реакций (3.25+3.27), что вызывает интенсификацию
цепных реакций водородного типа рис. 4.2. Кроме того, приводятся
данные, что при воздействии на жидкую воду частот СВЧ 10 ГГц
зависимость концентрации Н2О2 от поглощаемой энергии, начиная с
уровня 6+30 Дж/мл, претерпевает излом и уменьшается с величины
2х10'9-^7х10 '° моль/л до уровня 2хЮ'10 моль/л, когда вкладываемая
энергия становится более 150 Дж/мл. Это означает, что реакции во-
дородного типа по разложению воды интенсивно идут при слабых,
но оптимальных значениях подводимой энергии СВЧ. Таким обра-
зом, этот экспериментальный материал еще раз подтверждает воз-
можность селективного воздействия, но с малыми энергетическими
затратами на воду с разложением ее на водород и кислород, которое
может происходить по реакциям типа рис. 4.2 и 4.3.

В патенте [4.47] описывается устройство, предназначенное для
разложения воды на водород и кислород, включающее в себя ем-
кость, имеющую сбоку прозрачное окно, выполненное из стекла или
кварца, закрытую сверху плотно крышкой с отверстием для выхода
газов и проходящим через нее валом механической мешалки. В ем-
кость наливается чистая вода со смесью тонкодисперсного порошка,
состоящего из двух веществ: ОаР - полупроводник р-типа и ТЮ, -
полупроводник п-типа, затем через окно она облучается излучением
с энергией колебательного кванта, превышающей энергетическую
запрещенную зону полупроводника, и постоянно перемешивается
мешалкой. В этом случае происходит разложение воды на водород и
кислород, смесь которых выходит через отверстие в крышке сосуда.

Ширина запрещенной зоны между валентным состоянием по-
лупроводника и зоной его проводимости, то есть образованием элек-
тронов или дырок для вещества 6аР составляет б =212 кДж/моль
= 17745 см"1, а для ТЮ,, соответственно, 1^=289,5 кДж/моль =24198
см-1 [ 1.6], то есть эти кванты энергии существенно меньше, чем энер-
гия требуемая для разложения молекул жидкой воды на молекуляр-
ные водород и кислород (571,68 кДж/моль). В данной ситуации смесь
этих полупроводниковых веществ в воде и облучение необходимы
только для образования свободных электронов, которые благодаря ре-
акциям №1,4,5 (см. табл. 4.2) способствуют ускоренному протеканию
цепных реакций типа рис. 4,2 и 4.3, приводящих к образованию Н2
и О2. Интересно отметить еще одну особенность подобранных по-
лупроводниковых веществ: их энергии запрещенной полосы частот
(активационный барьер вылета электронов) близки соответственно
к колебательной энергии пятого и седьмого уровней симметричной
моды молекулы Н,О. В этом случае, в принципе, постоянного облуче-
ния раствора светом с заданной длиной волны не требуется, а необ-
ходим только начальный запуск реакции. Далее, когда начинают идти
квантово-механические (3.25+3.27) и колебательно-неравновесные
цепные реакции табл. 4.2, рис. 4.2 и 4.3, то в молекулах воды накапли-
вается колебательная энергия. Постоянно излучаемые кванты света мо-
лекулами Н2О, в том числе с пятого и седьмого уровней симметричной
моды, воздействуя на кристаллическую решетку полупроводниковых
Рис. 4.12. Схема устройства измерения ме-
ханических воздействий при электрическом
разряде в воде: 1- сосуд: 2 - электроды: 3 -
вода: 4 - поршень: 5 - шток: 6 - динамометр
[4.481.

веществ 6аР и ТЮ2, будут выби-
вать из них электроны, причем
эти процессы взаимно влияют
друг на друга с положительной
обратной связью. Электрическая
цепь этого процесса замыкается
путем дифундирования к части-
цам полупроводниковых веществ
ионов Н3О2+ и ОН(ач) и передачей
(или отбором) электрона, а для
ускорения его требуется пере-
мешивание раствора. Данный
патент, основанный на проверен- Рис. 4.11. Электрический разряд в ванне с
ных экспериментальных данных, водой и 7ы)аи 14481-

является еще одним важным подтверждением существования цепных
химических реакций в жидкой воде.

Результаты эксперимен-
тальных данных по разложе-
нию воды с помощью ионизи-
рующего излучения (радиолиз)
на компоненты Н2, О2, Н2О2 и
т.д. показали, что выделяющее-
ся тепло в результате всех про-
цессов превышает энергию,
затраченную на ионизацию
среды, а это указывает, как от-
мечают авторы, на существова-
ние в жидкости «внутреннего
источника» энергии [4.59].

Еще одно явление, проис-
ходящее в жидкой воде, под-
тверждает выше описанные
процессы протекания квантово-
химических цепных реакций с

выделением тепла. Очень много раз в различных лабораториях мира
проводили эксперименты по воздействию высоковольтного электри-
ческого разряда в жидкой воде. Эффекты были различными в зави-
симости от вкладываемой в разряд энергии: от активации воды до
взрывов с выделением большого количества энергии, существенно
превышающей подведенную электрическую. Достаточно тщатель-
но и в большом объеме это явление исследовалось авторами книги
[4.48], причем ими были найдены оптимальные параметры электри-
ческого разряда, конструкции узлов, расстояний между электрода-
ми, электрической схемы высоковольтного электропитания и т.д. Ти-
пичный вид разрядного явления в ванне с водой и льдом показан на
рис. 4.11, при этом в верхней части снимка наблюдается необычное
свечение влажного воздуха. Авторами [4.48] проводились измерения
импульсного давления в жидкой воде в процессе искрового разряда
с помощью различных механических конструкций, схема одного из
которых показана на рис. 4.12. Результаты измерений динамического
воздействия электрических разрядов в воде приведены в табл. 4.4, от-
куда видно, что выделяющаяся ударная механическая энергия суще-
ственно превышает затраченную электрическую. Эти эксперименты
еще раз наглядно подтверждают протекание квантово-механических
(3.25+3.27) и колебательно неравновесных химических реакций
табл. 4.2, рис. 4.2 и 4.3, обеспечивающих выделение «лишней» энер-
гии. В данном случае за счет притока в воду с электродов в процессе
электрического разряда свободных электронов резко ускоряются в
первую очередь реакции №2+6 (табл. 4.2), а затем и все остальные.

Явлению сверхпроводимости жидкой и парообразной воды по-
священо много экспериментальных работ [4.55+4.58], все отмечают
наличие высокой проводимости среды при электрическом пробое
воздушных промежутков, содержащих пары воды, но теорий, объ-
ясняющих развитие волны ионизации, нет. Так в работах [4.57,4.58]
разрядное устройство имело конструкцию коаксиальных электродов,
на одном из которых устанавливалась в вертикальном положении
кварцевая труба диаметром 3,5 см и длиной 21 см. В экспериментах
на нижний электрод в эту трубу наливали слой воды или одномоляр-
ного раствора 1ЧаОН высотой 5 см. В ходе экспериментов обнаруже-

К	и, кВ	С,, мкФ	Е кг	1, мсек	8, см2	11,,, Дж	А, Дж	
1	23	1	50	5	12,5	265	2500	9,43
2	20	0,2	3	3	2	40	67	1,7
Табл. 4.4. Результаты испытаний электрического разряда в воде: и - напря- жение на электродах: С., - емкость конденсатора: Р - усилие на поршне: 1 - время импульса; 5 - площадь поршня; 11 - электрическая энергия; А - ме- ханическая энергия; г] - эффективность [4.48].								

но, что присутствие жидкости на высоковольтном электроде не при-
водит к изменению характера пробоя, развивающегося в виде волны
ионизации. Более того, измеренные параметры амплитуды импульса
волны и полной энергии пробоя показали отсутствие электрических
потерь в жидкости.

Этот процесс описывается следующим образом: в трех реак-
циях №2+4 (табл. 4.2) участвуют свободные электроны и для того,
чтобы пошла интенсивно одна из главных реакций по развалу мо-
лекул воды №5, для нее необходимо в больших концентрациях по-
ставлять радикал Н, который, в свою очередь, образуется из реак-
ции № 3. С другой стороны, чтобы наработать большое количество
электронов из реакции №2 за счет отрыва его от иона ОН нужно
затратить большую энергию активации (538 кДж/моль). Когда осу-
ществляется высоковольтный разряд в жидкой воде или в воздухе,
насыщенном парами воды, то в разрядном промежутке образуется
большая концентрация свободных электронов, что и способствует
лавинообразному протеканию цепных реакций с выделением энер-
гии, например, по пути №5 (рис. 4.2). В свою очередь, эта энергия,
в большей степени выделяемая на колебательные степени свободы
молекул, резко усиливает все реакции табл. 4.2, и нарабатывается
большое количество свободных электронов, что и обеспечивает вы-
сокую проводимость разрядного промежутка. Таким образом, эти
эксперименты еще раз подтверждают вышеизложенную теорию
протекания квантово-химических реакций в воде, протекающих в
данном случае лавинообразным, взрывным способом.

Приведенный экспериментальный и теоретический материал убе-
дительно подтверждает и обосновывает существование в жидкой воде
квантово-механических (3.25-^3.27) и колебательно-неравновесных
химических реакций (табл. 4.2, рис. 4.2, 4.3), фактически, в любых
условиях и самых различных внешних воздействиях. В результате
этих реакций за счет преобразования энергии межмолекулярных и ме-
жатомных связей в энергию колебательных уровней продуктов реак-
ций и фотонов света она запасается, в конечном счете, в основном, на
колебательных уровнях молекул воды. В качестве «топлива» в данном
случае используются те же молекулы Н2О, разваливающиеся на ради-
калы ОН и Н, причем энергия активации комплексных реакций оказы-
вается существенно меньше энергии связи атомов в молекуле. В то же
время, именно благодаря колебательному возбуждению молекул реа-
гентов поддерживаются высокие скорости химических реакций (табл.
4.2), то есть в системе молекул жидкой воды осуществляются силь-
ные комплексные положительные обратные связи между квантово-
механическими (3.25^-3.27) и химическими реакциями (табл. 4.2).

В связи с такими выводами возникает естественный вопрос: поче-
му именно вода обладает такими свойствами? Ответ может быть один:
в системе химических реакций существуют одна - две ключевых, об-
ладающих минимальной энергией активации, высокой скоростью и
запускающих весь механизм остальных квантово-механических и хи-
мических реакций. Действительно такие реакции существуют - это
№26 и №4 (обратная) (табл. 4.2), имеющие соответственно активаци-
онные барьеры 0,01 и 4,84 кДж/моль сравнимые с кинетической энер-
гией молекул (3-5-4 кДж/моль) и связанные с образованием свободных
электронов в жидкой воде. Повышенная концентрация электронов
создает условия наработки атомов водорода (Н) в реакциях №3 и №4
(прямая), которые обеспечивают развал молекул воды с образованием
молекулярного водорода благодаря реакции №5 (табл. 4.2). Затем за-
пускаются все остальные химические реакции табл. 4.2, в результате
которых образуются остальные элементы (ОН, Н, Н„ НО2, Н2О,, О, О,,
О3, Н2О), а в дальнейшем, по мере наработки колебательной энергии,
начинают участвовать квантово-механические реакции (3.25-^3.27) и
колебательной накачки молекул О,, ОН, Н2, М2 (4.13-4.17). Поэтому в
жидкой воде в любых условиях существуют самоподдерживающиеся
процессы накопления колебательной энергии, развала молекул Н2О с
образованием молекулярного водорода, кислорода и других элемен-
тов, обеспечивающих ее уникальные свойства.

Описанные выше приемы получения водорода и энергии при
разложении воды оформлены автором данной книги в виде патента
[4.54], который имеет название «способ получения водорода и энер-
гии при разложении молекул воды, а также ее доочистка и активация,
включая и активацию воды, входящей в кровь живого организма, и
устройство для его осуществления». В этом патенте для получения
активированной воды, водорода и энергии из нее заявлены следую-
щие физические способы воздействия на нее: монохроматическое
излучение в заданном диапазоне длин волн, электромагнитное из-
лучение, инфразвуковые акустические волны, кавитация, высокоча-
стотное ЭМИ, постоянное магнитное поле, а также приводятся про-
стые схемы устройств для реализации способа.

ЛИТЕРАТУРА

1.	КюссА.И. ДАН СССР, т. 303, №6, стр. 1403, 1988.

2.	ОнзагерЛ. Современная квантовая химия. - М. «Мир», 1975.

3.	Фоминский Л.П. Сверхединичные теплогенераторы против римского клу-
ба. «Око-Плюс», Черкассы, 2003.

4.	СЬеппса! апб Еп^тсепп^ Кечуя, №1, р. 26, 2000.

5.	ЗсЗтагз. Х.А.Н 3. РЬуя. СЬет., V. 96, р. 8337-8341, 1992.

6.	Багдасарьян Х.С. Возбужденные состояния и радикальные реакции в жид-
кой среде. - «Наука», Москва, 1992.

7.	Нц&пз К. // 3. РЬуя. В., V. 28, №5, 1995.

8.	Е<3йе<3Ьу СагсНпег И^.С. СотЬияПоп СЬсгтпЖгу. Зрпп^ег-УсНа^, Мечу Уогк,
р. 154, 1985.

9.	Денисов Е. Т. Реакции радикалов ингибиторов и механизм ингибированно-
го окисления углеводородов. Кинетика и катализ, т. 17, 1987.

10.	Под ред. Поозина М.Е. Перекись водорода и перекисные соединения.,
Из-во хим. литер., 1951.
11.	Харт Э., Анбар М. Гидратированный электрон М. Атомиздат, 1973.

12.	ВеИаг О., Сгарзк/ С., НаЬапу А., е1 аП. ТЬе асШ (йззосйаПоп соп$1ап1 апб
бесау ктебсз оГ (Ье регЬубгоху! гасНса!// 1. СЬет. РЬуз., V. 74, №17, р. 3209^3213,
1970.

13.	Шамб У, Сеттерфилд Ч., Вентроверс Р. Перекись водорода М. ИЛ.,
1958.

14.	Булгаков Р.Г., Толстиков Г.А., Казаков В.П. О возможности передачи
энергии химического возбуждения по растворителю. Материалы 2-го Всесоюз-
ного совещания по хелюминесценции. Тезисы докладов. Уфа, 1986.

15.	Эрнестова Л.С., Скурлатов Ю.И. Образование и превращения свобод-
ных радикалов ОН иО,в природных водах. ЖФХ, т. 69, №7, 1995.

16.	НаЯНоте С. И1. СЬет. РЬуа., V. 108, №12, р. 4693, 1998.

17.	УагапПаз А.П 3. СЬет. РЬуа., V. 215, №2, р. 167, 1997.

18.	Нета<1е2-Ьатопе<1а К.// СЬет. РЬуа. ЬеИег, V. 276, №Н2, р. 152, 1997.

19.	РгасеЭ.М.П 3. СЬет. РЬуа., V. 175, р. 83, 1993.

20.	Попович М.П. О стационарной концентрации озона в озонаторе. ЖФХ,
т. 72, №7, 1998.

21.	3. РЬуа. СЬет., V. 100, №8, р. 3063, 1996.

22.	ЕгепНасИ Уи. С-Ь.Н 3. РЬуа. СЬет., V. 98, №17, р. 4770, 1994.

23.	С1еп С., Ы^ИШ.П 3. оГСЬет. РЬуа., V. 6, р. 2831, 1981.

24.	ЦЫ/гитЭ.И 20-1Ь 8утр. (1п1.) оп СотЬиаПоп, р. 559, 1984.

25.	Русанов ВД, Фридман А.А., Шолин Г.В. ЖТФ, т. 49, вып. 3,1979.

26.	Натапп Н.П Згб. 1п1. СопГ. Кте1., р. 4, 1993.

27.	Гершензон Ю.М., Хим. Физ., т. 10, №8, стр. 1060, 1991.

28.	3. РЬуа. СЬет. А, V. 102, №18, р. 3205, 1998.

29.	Домрачев ГА. Механохимическое активированное разложение воды в
жидкой фазе. ДАН АН СССР, т. 329, вып. 2, стр. 186-^-188, 1993.

30.	Левицкий А.А., Мачерет С.О., ПолакЛ.С. Химия высоких энергий, №17,
стр. 625, 1983.

31.	Вег^Р.А.П 3. СЬет. РЬуа., V. 95, №11, р. 8166, 1991.

32.	8сои У.УУ.П 3. СЬет. РЬуа., V. 94, №3, р. 1859, 1991.

33.	Мисуркин И.А., Титов С.В. Эффекты электронной поляризации в молеку-
лярных веществах (вода, пленка твердого филлерена С^ и полиацетилена). ЖФХ,
т. 73, №2, 1999.

34.	Бинги В.Н. Биофизика, т. 37, №3, 1992.

35.	Зйайтап Н.П 3. РЬуз. СЬет. А., V. 102, №5, р. 8909, 1998.

36.	Домрачее ГА. и др. Усовершенствованная методика хелюминесцентного
определения малых концентраций Н2О2 в воде. Высокочистые вещества, №5, 1991.

37.	Домрачее Г.А, Родыгин Ю.Л. и др. Роль звука и жидкой воды как динами-
чески Нестабильной полимерной системы в механохимически активированных
процессах продуцирования кислорода в условиях земли. ЖФХ, т. 66, №3, 1992.

38.	Казакевич А.В., Опара БК Влияние предварительного электролиза на кор-
розионную агрессивность водных растворов. Защита металлов, т. 31, №4, 1995.

39.	Голунов В.А., Коротков В.А. Радиометрическое исследование диэлектри-
ческих свойств пресноводного льда в диапазоне миллиметровых волн. Препринт
№24 (499). - М.: ИРЭ АН СССР, 1988.
40.	Гэлунов В.А., Коротков В.А., Сухонин Е.В. Эффекты рассеяния миллиме-
тровых волн атмосферой и снежным покровом. Итоги Науки и Техники, ВИНИ-
ТИ, серия Радиотехника, т. 41, 1990.

41.	Со1Ьеск 8.С. ТЬе §еоте1гу апд ретнПтГу оГ 8поху а1 Ы§Ь Ггециетлез.//1.
Арр1. РЬух., V. 53, №10, р. 4495-4500, 1982.

42.	Заводовский А.Г. ЖФХ, т. 68, №7, 1994.

43.	КаИофВ.П 1. СЬет. РЬу»., V. 2, р. 841-851, 1934.

44.	Казаков О.А. Лечение инфразвуком и другие возможности или «Он при-
шел дать надежду» Алмааты 1999г, реклама: Предложения по использованию энер-
гетической инфразвуковой установки для удаления парафина из нефти., 2002.

45.	АоНап С.Р., ИОшИеу Е. ЕуМепсе Гог а уегу з1оху {гапзРогтаПоп т гсе VI а1
1оху ТетрегаШгез//1. СЬет. РЬу»., V. 70, №5, 1, 1979.

46.	Титаев Б.Ф., Бережевский Н.Ф. «Способ получения тепловой энергии и
реактор для его осуществления». Заявка на изобретение, РФ, 1997.

47.	ИакатзЫ РИгоМ. Ра1еп1 аЬ$1гас(5 оГЗарап, №57-067002,1982.

48.	Торшин В.В., Пащенко Ф.Ф., Бусыгин Б.П. Физические процессы в жидкости
под воздействием электрического разряда. - Москва. Издатель Карпов Е.В., 2005.

49.	Филимоненко И.С. Заявка на изобретение СССР № 717239/38 от 1962.

50.	Заев Н.Е. Изобретатель и рационализатор, №1, стр. 8, 1995.

51.	Пе^зсИтат МЛ., Ропз 5.3. ИI. Е1ес1гоапа1. СЬет., у. 261, 2, р. 301-306,
1989.

52.	Зопез 5.Е., Ра1тег Е.Р., Сагг СО., е1 а1. КаШге, у. 338,6218, р. 737-739,1989.

53.	Воронов Г.С. Конец «холодного термояда». Химия и жизнь, № 6, 1989.

54.	Рассадкин Ю.П. Патент №2235057 РФ, КП 2235057 С2, бюл. № 24
от.27.08, 2004.

55.	Асиновский Э.И., Василяк Л.М., Марковец В.В. ТВТ, т. 21, № 2/3, 1983.

56.	ЬоеЬ Ь.В.Н 8с1епсе, у. 148, р. 1417-1426, 1965.

57.	Костюченко С.В. и др. Волновой пробой паров воды с жидким неметал-
лическим электродом. Докл. АН СССР, т. 320, №5,1991.

58.	Асиновский Э.И., Марковец В.В., Самойлов И.С. ТВТ, т. 19, 1981.

59.	Радиационная химия, (сб. статей). Из-во иностр. Лит-ры, 1953.

60.	Маргулис М.А., Гаврилов В.А. Образование пероксида водорода и окси-
дов азота при электрическом разряде и ультразвуковой кавитации в дистиллиро-
ванной воде. ЖФХ, т. 66, №3, 1992.

61.	Беа И.Е. Ейес18 оГ ЯаФайоп оп Ыутд Се118. Иеху Уогк. СЬ.2, Вп1. 3.
КасЬо1о8. 8ирр1., у. 1, №59, 1947.

62.	Петросян В.И., Синицын Н.И. и др. Роль резонансных молекулярно-
волновых процессов в природе и их использование для контроля и коррекции со-
стояния экологических систем. «Биомедицинская радиоэлектроника», №5,6,2001.
ГЛАВА 5

ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ В ГАЗОВОЙ ФАЗЕ
В ПРИСУТСТВИИ ПАРОВ ВОДЫ

Пары воды в воздухе и в смесях газов оказывают существенное
влияние на протекание различных физических и химических про-
цессов, происходящих в них. Причем это происходит как в обычных
реакциях горения органических и неорганических веществ, так и в
широком масштабе в атмосфере земли при низких температурах. На-
копилось много экспериментальных фактов по влиянию паров воды
на происходящие процессы, которые до сих пор не нашли своего объ-
яснения. Оказалось, что в этом случае основное влияние оказывает
колебательное возбуждение молекул Н,О и других газов. В настоя-
щей главе изложен материал по описанию такого влияния неравно-
весных квантово-механических и физико-химических реакций, про-
исходящих в газо-фазном состоянии различных веществ, и описаны
многие явления, связанные с различного рода воздействиями на них.
Все это имеет большое значение для понимания физико-химических
процессов, идущих в различных технических устройствах и имею-
щих большое практическое применение.

5.1.	Необычные факторы влияния паров воды в
химических реакциях сжигания углеводородов в воздухе

В настоящее время накопилось очень много экспериментальных
данных по химическим процессам горения углеводородов, СО, С,
нейтрализации в выхлопных газах окислов азота (МОх), которые идут
при низких температурах (600+900°К) в отсутствии катализаторов, и
решающую роль при этом играют пары воды. В этом случае обычная
классическая теория равновесных процессов горения не описывает
и не объясняет этих многочисленных явлений. Условно физические
воздействия на смесь газов, при которых начинают идти эти реакции
при низких температурах можно разделить на следующие:

-	быстрое смешение на мономолекулярном уровне газов горю-
чего и окислителя;

-	облучение смеси газов монохроматическим излучением;

-	облучение смеси газов импульсным электромагнитным излу-
чением;
-	облучение смеси газов пучком быстрых электронов;

-	тангенциальная закрутка смеси газов;

-	существенное снижение статического давления смеси реаги-
рующих газов;

-	воздействие на смесь газов твердых катализаторов.

Все эти явления объясняются тем, что в общем случае скорость
химических реакций зависит не только от поступательной темпера-
туры смеси газов, но и от степени колебательного возбуждения (вну-
тренней энергии) вступающих в реакцию компонент газов. При этом
колебательное возбуждение молекул газов может осуществляться
либо за счет внешнего воздействия различного рода излучений, пере-
численных выше, либо благодаря соударению их с развитой поверх-
ностью твердых катализаторов, а также за счет химической энергии
вновь образующихся молекул газов продуктов сгорания и передачи ее
в виде колебательных квантов молекулам реагирующих компонент.
В последнем случае создаются условия самоускоряющейся реакции
взрывного типа, когда, например, СО и окислы азота в смеси выгора-
ют и нейтрализуются с большой скоростью практически полностью.
Причем оказывается, что эти реакции идут таким образом только в
присутствии паров воды.

Приведем в качестве примеров таких реакций несколько экспери-
ментальных фактов, для которых фундаментальное объяснение с пози-
ций химии равновесных процессов в научной литературе отсутствует.
Из бытового опыта известно, что если намочить каменный уголь водой,
то он в печке горит лучше, и на теплоэлектростанциях каменный уголь
в топки также подают в виде суспензии мелкодисперсного порошка с
водой, масса которой составляет 20+40%, при этом оказывается, что
теплотворная способность каменного угля увеличивается на 10+20% и
уменьшается содержание СО и окислов азота в выхлопных газах [5.1].
По всем канонам химии равновесных процессов в данном случае, даже
если предположить, что молекула Н2О является катализатором процес-
са горения, общая теплотворная способность топлива должна умень-
шаться, поскольку требуется энергия на испарение и нагрев паров воды,
а на самом деле получаем противоположный результат.

Аналогичное действие оказывает вода при добавлении ее в виде
тонкодисперсной эмульсии в жидкие углеводородные топлива (мазут,
солярка, керосин, бензин) при сжигании их в топках котельных, га-
зотурбинных установок и двигателях внутреннего сгорания [5.2+5.5,
5.125]. В этом случае массовое содержание жидкой воды составля-
ет от 5 до 65%, происходит увеличение теплотворной способности,
уменьшение расхода топлива, снижения дымности выхлопных газов
и содержания в них вредных веществ (СО и окислов азота), стабили-
зируется процесс горения.
Априорно можно предположить протекание следующего про-
цесса в условиях горения углеводородного топлива: по каким-то
причинам молекула Н,0 разваливается на радикалы ОН и Н, далее
радикал ОН вступает в реакцию с углеводородными радикалами
СпНтОр, включая на последней стадии СО, а затем догорает водород.
Известно, что скорости реакций углеводородов с радикалом ОН на
порядки больше, чем с кислородом воздуха О,, поэтому общие про-
цессы горения могут резко ускоряться. Но в данных условиях необ-
ходимо выполнение главного требования: энергия, затрачиваемая на
диссоциацию молекулы Н,О, должна быть значительно меньше, чем
выделяющаяся при сгорании водорода в кислороде воздуха. Такая
ситуация может сложиться, если создаются условия колебательного
возбуждения молекулы Н,О, как реагента вступающего в реакцию с
другими элементами. Продемонстрируем возможность создания та-
ких условий на примере двух экспериментальных работ, в которых
непосредственно участвовал автор данной книги.

Авторами В.М. Афанасьевым, В.А. Деревякиным, С.А. Ра-
ком в 1987 г. проводились исследования модельного химико-
газодинамического СО2 - лазера (ХГДЛ), который включал в себя
основные узлы: щелевое сверхзвуковое сопло длиной 500 мм, высо-
той критического сечения 0,3 мм, степенью раскрытия сверхзвуковой
части сопла 40, имевшего 100 отверстий в дозвуковой части диаме-
тром 0,8 мм; газогенератор, работавший на твердом топливе; вакуум-
ную емкость. На вход сопла подавались продукты сгорания твердого
топлива (0,25М,+0,58СО+0,17Н2) под давлением 3(Н50 ат, причем
температуру их перед соплом можно было изменять за счет тепловых
потерь в подводящем тракте от 900 до 1800°К, а через отверстия в до-
звуковой части сопла подавался воздух (300°К). Воздух можно было
также подать с целью дожигания СО и Н2 и непосредственно на выхо-
де газогенератора. Проводились измерения коэффициента усиления
активной среды на длине волны 10,6 мкм зондирующего СО2 - лазера
в двух сечениях по потоку газа: на срезе сопла и на расстоянии 70 мм
от него, а также температуры газов перед соплом.

Испытания показали, что в случае дожигания всех продуктов
сгорания на выходе газогенератора и температуры газов перед со-
плом 16004 800°К максимальные значения коэффициента усиления
активной среды на срезе соплового блока составляли типичные зна-
чения для обычного равновесного режима газодинамического лазера
(ГДЛ), работающего на продуктах сгорания углеводородного топли-
ва в воздухе: К()=0,3-Ю,5 м 1 (кривая 1, рис. 5.1). Для типичного режи-
ма работы СО, - ГДЛ характерно, что за время прохождения газов от
газогенератора до сопла при давлении в десятки атмосфер все хими-
ческие реакции успевают пройти до конца, так что состав газа мож-
но считать термодинамически
равновесным. В случае, когда
воздух подавался для дожига-
ния СО и Н2 в отверстия дозву-
ковой части сопла и для тем-
пературы газов менее 100(РК
значения коэффициента усиле-
ния, как на срезе сверхзвуково-
го сопла, так и на расстоянии 70
мм от него достигали значения
0,8*1 м 1 (кривая 2). Судя по
поведению коэффициента уси-

ления, МОЖНО предположить, Рис. 5.1. Коэффициент усиления среды ХГДЛ
ЧТО ПО Сравнению С равновес- СО,- лазера от стехиометрического соотно-
НЫМ (обычным) режимом ГДЛ, шения	топлива + воздух: 1 - равно-

_	весный режим; 2 - неравновесный

колебательная температура ак-

тивной среды для неравновесного режима увеличивалась на ~300°С
и темп релаксации ее по потоку был значительно более медленным.
Эффект неравновесности пропадал с увеличением температуры газа
перед соплом свыше 1000°К.

Второй эксперимент по исследованию ХГДЛ проводили авторы
Б.А. Абакумов, Д.А. Кириленко, С.Н. Минин. Установка включала в
себя камеру сгорания, работающую на топливе керосин + воздух, ре-
сивер, сопловой блок, набиравшийся из плоских сопловых лопаток,
размером 500x50 мм с коллектором вдува воздуха перед критическим
сечением сопла, проточную часть резонатора, диффузор, устойчивый
или неустойчивый оптический резонаторы. Высота критического
сечения сопла составляла 0,5 мм, степень раскрытия сверхзвуковой

части - 30, температура газов перед сопловым блоком изменялась от
900 до 1800°К, давление было 3*7 ат, коэффициент избытка воздуха,

равный отношению расхода воздуха к расходу горючего, изменялся в
диапазоне ^=0,5*2. Коллектор подачи воздуха в район критического
сечения представлял собой гребенку трубок с отверстиями, равно-
мерно распределенных по всей площади соплового блока. Проводи-
лись измерения коэффициента усиления активной среды на расстоя-
нии 150 мм от среза соплового блока, а также выходной мощности
излучения из устойчивого и неустойчивого резонаторов.

Результаты измерения коэффициента усиления активной среды
ХГДЛ для двух режимов: равновесного и неравновесного представ-
лены на рис. 5.2. Равновесный режим соответствовал условиям, когда
температура газов перед сопловым блоком составляла 1600*1800°К,
все углеводороды сжигались в камере сгорания, и в гребенку перед
сопловым блоком воздух не вдувался (кривая 1). Для неравновесного
1	1,3	1,6	1,9	22 Ъ

Рис. 5.2. Коэффициент усиления среды ХГДЛ
СО, - лазера от стехиометрического соотно-
шения топлива: керосин + воздух: / - равно-
весный режим: 2 - неравновесный режим

режима камера сгорания рабо-
тала с недостатком кислорода
(воздуха, ^к=0,8) и оставшая-
ся часть СО (6%) дожигалась
перед сопловым блоком при
подаче воздуха в коллектор
(кривая 2). Видно, что коэффи-
циент усиления среды ХГДЛ
для неравновесного режима
увеличивается по сравнению с
равновесным с 0,4+0,45 до 0,8
м~‘, при этом удельный энер-
госъем выходного излучения
для устойчивого резонатора
возрос с 7 до 12 кДж/кг, а не-
устойчивого с 4,5 до 8 кДж/кг.

В случае неравновесного режима температура газов перед сопло-
вым блоком составляла 900+1000°К и когда она повышалась более

1000°К, то эффект возрастания коэффициента усиления пропадал.

На основании проведенных экспериментов можно сделать сле-

дующие выводы:

-	коэффициент усиления активной среды ХГДЛ и запасенная
колебательная энергия при неравновесном режиме, когда СО, содер-
жащееся в смеси газов, догорает в присутствии паров воды и азота
в районе критического сечения сопла, почти в два раза больше, чем
для равновесного режима (тепловой накачки) ГДЛ с превышающи-
ми термическими параметрами газа;

-	начальная температура газов, когда проявляется этот эффект,
находится в диапазоне 700+1000°К;

-	во всех смесях газов в больших концентрациях (до 80%) при-
сутствует азот;

-	темп релаксации колебательной энергии в активной среде по
потоку газа наблюдается значительно медленнее, чем для равновес-
ного режима ГДЛ.

Эти выводы никак не согласуются с большим эксперименталь-
ным и расчетным опытом по созданию газодинамических СО2 - ла-
зеров. Так, чтобы получить небольшой коэффициент усиления ак-
тивной среды в ГДЛ, необходимо наличие температуры газов перед
соплом не менее 1300+1500°К, а при температурах 900+1000°К эф-
фект создания положительной активной среды пропадает. С другой
стороны, чтобы получить для ГДЛ величину коэффициента усиле-
ния активной среды Ко~1 м ' необходимо для оптимального состава
смеси газов (СО2 - 8%, М2 - 90%, Н2О - 2%) иметь температуру не
менее 2500°К [5.6]. Для ГДЛ, работающих на продуктах сгорания
углеводородных топлив в воздухе, в рабочей смеси газов содержа-
ние паров воды достигает 8^10% и поэтому темп релаксации колеба-
тельной энергии от среза сопла вниз по потоку газа очень большой.
Большое количество экспериментальных работ по вдуву в район
критического сечения сопла разных газов и расчетный анализ, в ко-
тором искусственно повышали начальную запасенную колебатель-
ную энергию в ~ 10 раз, показало, что эффективность таких приемов
оказалась небольшой, так как при содержании паров воды до 8% в
составе газов большая часть колебательной энергии релаксирует в
тепло еще в зоне сверхзвуковой части сопла.

Таким образом, главный фундаментальный вывод на основе вы-
шеприведенных экспериментальных работ, а также некоторых других
[5.7,5.8] заключается в том, что при сжигании в районе критического
сечения сверхзвукового сопла СО при низкой температуре (7(ХК900°К)
в присутствии продуктов сгорания углеводородных топлив и азота
содержание паров воды уменьшается с 8-10% до 1-2%. При этом в
процессе сжигания СО, образующаяся молекула СО2 запасает на коле-
бательных степенях свободы значительную часть выделяющейся хи-
мической энергии и передает при столкновениях ее молекулам азота.

5.2.	Колебательно-неравновесные процессы горения
СО в присутствии паров воды

5.2.1.	Теоретический анализ неравновесных процессов,
идущих при горении СО в условиях низких температур

Чтобы ответить на все выше поставленные вопросы необходимо
теоретически исследовать процессы колебательно-неравновесных хими-
ческих реакций с использованием элементов О, Н, С, 14 и максимально
возможного числа, образующихся из них молекул, радикалов с учетом
запасания и передачи колебательной энергии между ними. В этом случае
необходимо достаточно корректно решить следующие задачи:

-	выбрать оптимально полную систему химических реакций,
описывающих процессы горения в смеси газов;

-	определить, какие основные реакции и молекулы составляю-
щих газов ответственны за накачку колебательной энергии;

-	определить скоростные коэффициенты химических реакций с
учетом колебательного возбуждения реагентов и их зависимости от
поступательной и колебательной температур;

-	определить для каждой реакции долю химической энергии,
выделяющейся в ней и запасенной в первое мгновение на колеба-
тельных степенях свободы молекул продуктов реакций;
№	Реакция	АО	<р	к УК о	У	X
1а	Н,О+Н=>ОН+Н,	+62,8	0,13	4,8х 1015	0,5	0,3
2а	Н,+М=>Н+Н+М	+436	10 ’’	-	-	1
За	О,+М=>О+О+М	+498	1044	-	-	1
4а	ОН+М=>О+Н+М	+428	1031	-	-	1
5а	н,+о=>он+н	+8,3	4,3x1 о6	4,4х 103	0,53	0,4
6а	о,+н=>он+о	+70	6x102	1,8x10’	0,57	1
7а	н,о+о=>он+он	+70,6	2,7	-	-	1
8а	н2о+м=>он+н+м	+499	1067	-	0,09	1
9а	н,+о,=>он+он	+78	1020	-	-	0,3
10а	но2+м=>н+о.	+208	6,7x105	-	-	1
На	Н2+О2=>Н+НО,	+229	1022	-	-	0,8
12а	н,о+о=>н+но.	+221	1029	-	-	1
13а	н,о+о,=>он+но.	+291	1039	-	-	1
14а	н,о+он=>н,+но.	+213	ю-42	-	-	1
15а	он+он=>н+но2	+ 151	1017	4,8х 106	-	0,9
16а	он+о2=>о + но.	+221	2x1028	6х 10”	-	0,9
17а	н+н,о,=>но2+н.	-71	3,1 х Ю9	-	-	-
18а	н+н2о,=>н,о+он	-284	2,5x10'°	-	-	-
19а	НО2+НО2=>Н2О,+О,	-158	2хЮ12	-	-	-
20а	НО2+Н,О=>Н,О2+ОН	+ 134	3,4x10-9	-	-	1
21а	НО2+ОН=>Н,О3+О	+63	4,2x1 О'4	-	-	1
22а	Н2О+О,=>Н,О2+О	+354	ю-49	-	-	1
23а	н,о,+м=>он+он+м	+215	6,1x10’	-	-	-
24а	СО+ о,=>со,+о	-34	1023	-	-	0,3
25а	со,+м=>со+о+м	+532	ю-74	-	-	1
26а	со+он=>со2+н	-104	0,8x10"	2,3	0,54	0,12
27а	со+но2=>со,+он	-255	2,8x103	-	-	0,3

Табл. 5.1. Прямые химические реакции взаимодействия элементов О, Ни СО:
Кр [(см1/моль)" '/сек] - равновесный скоростной коэффициент:	[кДж/

моль] - тепловой эффект: К^1/Кп_а - отношения удельных скоростных ко-
эффициентов для колебательно возбужденных реагентов к их равновесным
значениям: у - доля выделяющейся энергии и запасенной в первое мгновение
на колебательных уровнях молекул продуктов реакций; у - доля колебатечь-
ной энергии, используемой в реакциях.

-	определить для каждой реакции долю запасенной колебатель-
ной энергии, участвующей в ее ускорении;
№	Реакция	|	ЛО		К ,/к „  V 1	» л	У
1Ь	он+н,=>н2о+н	-62,8	3,8х 10’	1,2x102	0,23
2Ь	н+н+м=>н2+м	-436	2,2х 10”	-	-
ЗЬ	О+О+М=>О2+М	^498	1,2х 1014	-	-
4Ь	н+о+м=>он+м	-428	2,3х 1016	-	-
5Ь	он+н=>н2+о	-8,3	2,1 «10’	2.2х106	0,85
6Ь	он+о=>о2+н	-70	1,8x10”	4	0,07
7Ь	ОН+ОН=>Н2О+О	-70,6	1012	-	0,85
8Ь	он+н+м=>н2о+м	-499	2,4х 1017	-	0,3
9Ь	ОН+ОН=>Н2+О2	-78	1022	-	0,3
10Ь	Н+О2+М:=>НО2+М	-208	3,6х 10'6	-	0,2
11Ь	н+но =>н2+о2	-229	0,8х 10”	-	0,2
12Ь	НО2+Н=>Н2О+О	-221	1,7х 10'2	-	-
13Ь	НО2+ОН=>Н2О+О,	-291	2х 10”	-	0,3
14Ь	НО2+Н =>Н2О+ОН	-213	1,7х 102	-	0,3
15Ь	но2+н=>он+он	-151	2,8x10”	-	-
16Ь	но,+о=>он+о?	-221	9,4х 1012	-	-
17Ь	НО2+Н,=>Н2О2+Н	+71	1,9x102	-	0,3
18Ь	Н2О+ОН=>Н2О2+Н	+284	6x10А'	-	0,3
19Ь	Н?О2+О,=>НО,+НО2	+ 158	10”	-	1
20Ь	Н2О?+ОН=>НО2+Н2О	-134	4,9x10"	-	0,3
21Ь	Н2О+О=>НО2+ОН	-63	1,1хЮ’	-	-
22Ь	Н,О2+О=>Н2О+О2	-354	7,1 хЮ8	-	-
23Ь	ОН+ОН+М=>Н2О2+М	-215	1,4x1017	-	0,7
24Ь	СО2+О=>СО+О2	+34	3x10'25	-	1
25Ь	со+о+м=>со2+м	-532	6x10”	-	0,2
26Ь	со2+н=>со+он	+ 104	2,2 хЮ4	-	1
27Ь	СО2+ОН=>СО+НО2	+255	5,5x10-"	-	1
Табл. 5.2. Обратные химические реакции взаимодействия элементов О. Н и СО (обозначения Кр	у те же, что в табл. 5.1).					

-	выбрать оптимально полную систему уравнений, описываю-
щую процессы передачи и релаксации колебательной энергии между
всеми молекулами составляющих смесь газов;

-	определить скоростные коэффициенты передачи и релаксации
колебательной энергии между колебательными уровнями всех сортов
молекул, участвующих в реакциях, и их зависимость от температуры.
Решение этих задач в полной постановке в настоящее время
крайне затруднено из-за отсутствия достоверных значений скорост-
ных коэффициентов химических реакций с учетом колебательной
неравновесности, а также доли химической энергии, запасаемой на
колебательных степенях свободы молекул и участвующей в ускоре-
нии реакций. Теоретических работ посвященных влиянию колеба-
тельной неравновесности на протекание химических реакций в газо-
вой фазе совсем немного - они приведены в списке литературы [5.9,
4.8, 5.10+5.22, 3.50]. Основная проблема при решении этих задач за-
ключается в определении осредненных скоростных коэффициентов
химических реакций по известным, полученным экспериментально
или теоретически удельным (микроскопическим) скоростным коэф-
фициентам реакций с колебательно-возбужденными реагентами, и
учетом их зависимостей от поступательной и колебательной темпе-
ратур. В большинстве приведенных работ при выводе аналитическо-
го выражения для скоростного осредненного коэффициента исполь-
зуется либо диффузионная теория определения квазистационарного
распределения молекул по колебательной энергии, либо в качестве
функции распределения берется гармонический осциллятор. Но
диффузионное приближение непрерывного распределения колеба-
тельной энергии по уровням молекул справедливо только для высо-
ких уровней и большой колебательной температуры. С другой сто-
роны, модель гармонического осциллятора справедлива при малом
отклонении запаса колебательной энергии от равновесного значения,
или когда поступательная температура газа велика для молекул газа
с небольшими значениями ангармонизма колебательных уровней
[3.50, 5.18]. Достаточно полная система уравнений, описывающая
неравновесные химические процессы горения водорода и углеводо-
родов в воздухе, представлена в работах авторов [5.19+5.21]. В них
осредненные скоростные коэффициенты неравновесных химиче-
ских реакций вычисляются только в предположении диффузионного
распределения энергии по колебательным уровням молекул, которое
применимо для описания процессов диссоциации молекул при высо-
ких поступательной и колебательной температурах [5.13].

В данной главе описывается задача об исследовании неравновес-
ных химических процессов горения углеводородов и нейтрализации
окислов азота, происходящих при низких температурах (600+900°К). В
этом случае необходимо учитывать ангармонизм колебательных уров-
ней молекул всех газов, участвующих в обмене колебательной энергии
между собой, и вместо интегрирования осуществлять суммирование
энергии по колебательным уровням при вычислении скоростных осред-
ненных коэффициентов химических реакций. Кроме того, для опреде-
ления удельных (микроскопических) скоростных коэффициентов ко-
лебательно неравновесных химических реакций был проведен анализ
большого объема научной литературы, собраны экспериментальные и
расчетные данные по ним, а также величинам запасенной энергии, вы-
деляющейся на колебательных уровнях молекул продуктов реакций и
их значений, участвующих в ускорении реакций.

Основные прямые и обратные химические реакции, которые
описывают горение СО в присутствии кислорода и паров воды в
условиях низких температур (Т=300°К), их скоростные равновес-
ные коэффициенты (Кр[(см3/моль)п |/сек], здесь п - порядок реак-
ции), энергия, выделяющаяся, либо потребляемая во время данной
реакции (ДО [кДж/моль]) приведены в табл. 5.1 и 5.2. При этом для
процессов взаимодействия молекул СО с молекулами других газов
выбраны основные реакции, а анализ более полных систем химиче-
ских реакций (до 130 шт) показывает [5.20], что результаты расчетов
в этом случае мало отличаются друг от друга, в то же время объем
вычислений возрастает на порядок.

Одновременно в табл. 5.1 и 5.2 указаны также: отношения удель-
ных (микроскопических) скоростных коэффициентов реакций для
колебательно возбужденных реагентов к их равновесным значени-
ям (К^/К^); доля химической энергии, выделяющейся в процессе
реакции, запасенной в первое мгновение на колебательных уровнях
молекул продуктов реакций и участвующей в ускорении реакций (%);
доля колебательной энергии, запасенной в реагентах и используемой
в реакциях (у). При этом по К^/К^, у и х используются эксперимен-
тальные данные, либо рассчитанные теоретически с привлечением
эквипотенциальных многомерных связей между соударяющимися
молекулами. Приведенные в табл. 5.1 и 5.2 равновесные значения
скоростных коэффициентов брались из монографии [4.8], а осталь-
ные данные по колебательно-неравновесным процессам реакций из
работ [4.16, 4.31, 5.16, 5.39, 5.67, 5.68, 5.126, 5.128+5.130].

При расчете химических реакций нужно учитывать степень ко-
лебательного возбуждения всех молекул, участвующих в процессах.
Основные реакции колебательного обмена энергией между молеку-
лами и ее релаксации в тепло принимаем следующими:

Уравнения У-У обмена

ОН(1)+Н2=>ОН+Н2(1), ОН(1)+СО=>ОН+СО(1), ОН(1)+М2=>ОН+М2(1), ОН( 1 )+Н2О=>ОН+Н2О( 1,0,0), ОН(1)+О2 =>ОН+О2(1),  ОН( 1 )+СО=>ОН+СО2(0,2,1), СО( 1 )+СО=>СО+СО,(ОД1),	н2( 1 )+Н2О=>Н2+Н2О( 1,0,0), н2( 1 )+СО=>Н2+СО2(0,3,1),  Н2( 1 )+СО=>Н2+СО(2), Н2(1)+Ы2=>Н2+Ы2(2),  Н2(1)+О2=>Н2+О2(3),	(5.1)  Ы2(1)+О2=>Ы2+О2(1),  Ы2( 1 )+Н2О=>М,+Н,О( 1,0,0),
СО(1)+Ы2=>СО+Ы2(1),
СО( 1 )+Н2О=>СО+Н,О( 1,0,0)

СО(1)+О=>СО+О2(1),

Ы2( 1 )+С02=>Ы2+С02(0,0,1),

Н2О( 1,0,0)+С0=>н20+С0,( 1,0,0),

С02(0,0,1 )+О2 =>СО,+О2( 1),

Н2О( 1,0,0)+02=>н20+02( 1),	со2( 1,0,0)+02=>сб2+02( 1),

н20(0,1,0)+?42=>Н2О+1Ч2( 1),	С02(0,0,1 )+М =>СО2(0,1,0)+М,

Н2О(0,1,0)+СО=>Н2О+СО( 1),	Н2О(0,1,0)+02=>н20+02(2);

1Ч2(п)+1Ч2(п) =>Ы2(п+1)+1Ч2(п-1),

К2(6)+н20(0,0,0) =>М,(0)+Н,0(0,0,4),

Н2О(ьп,0+Н2О(),п,1) =>Н2О(]+1 ,п+1,1+1 )+Н2О0-1 ,п-1Д-1),

Уравнения У-Трелаксации

ОН(1)+М=>ОН+М,
СО(1)+М=>СО+М,
Н2О(пл,0+М=>Н2О+М,

1Ч2(1)+М=>1Ч2+М,
Н,(1)+М=>н2+М,
О2(1)+М=>о2+М,

(5.2)

СО2(пл,1)+М=>СО2+М,
здесь М - участвующие в реакции молекулы всех газов и их ради-
калы.

Эта система химических и квантово-механических реакций
(табл. 5.1, 5.2, (5.1), (5.2)) для взаимодействия паров воды с Н2 и О2
является самой полной, но мы не учитываем химических взаимодей-
ствий с азотом и озоном, поскольку для уровня низких температур
и отсутствия ионизирующего излучения скоростные коэффициенты
таких реакций относительно малы, но в некоторых частных случаях
сильного колебательного возбуждения молекул Н2О для других за-
дач, рассмотренных ниже, они учитываются.

Далее стоит задача определения выражения для скоростного ко-
эффициента реакции с учетом колебательного возбуждения реагентов,
вступающих в реакцию. Для этого рассмотрим химическую реакцию
с учетом влияния колебательной энергии реагентов, находящихся в
заданных квантовых состояниях, типа: А(1,Уд)+В(),Ув)=>Р+О, где 1,
) - заданные квантовые состояния молекул; V Ув - скорости нале-
тающих друг на друга молекул. Тогда осредненный термический ско-
ростной коэффициент реакции можно определить [4.8, 3.50] как:

К=(ПДПЙ)-' Е.. К. Р(ТД1 ,П ),

Р к А В7 I]	’ А» ’ В/’

(5.3)

где Од, Ов - статистические суммы по внутренним степеням свобо-
ды каждого реагента; К. - удельные (микроскопические) скорост-
ные коэффициенты реакции; Г(Т, [УД1., 11в.) - функция распределения
энергии по внутренним степеням свободы молекул; Т - поступатель-
ная температура смеси газа.

Ограничиваясь одним колебательно возбужденным реагентом в
реакции А или В, учитывая ангармонизм колебательных мод всех
молекул, выберем в качестве функции распределения функцию Три-
нора в общем виде, включая и для трехатомной молекулы:

Гп = =роехР {~п0,/Т ^02/Т2Ч@/Г3+[х1п(п-1 )-%Ю-1)+

+х31(1-1) +х12п 0-1) +Х13п(1-1)+х23)(1-1)]/Т},	(5.4)

где 0, - характеристическая температура колебательного уровня;
Т. - колебательная температура ансамбля молекул с данной колеба-
тельной энергией; %. - коэффициенты ангармонизма колебательных
уровней молекул; п,), 1 — номера колебательных уровней молекул.
После подстановки выражения (5.4) в (5.3) получим:

Крн=[П._|3(1-ехр(-0./Т.))/П|=13(1-ехр(-0./Т))][Ко+

+Е К ехр {-п01/Т1-)02/Т2-103/Т3+[х1п(п-1)+хг)О-1)4-
+Х31(1-1 )+х, 2п0-1)+%, з п(1-1 )+х23] 0-1 )]/Т} ].

Если в качестве априорного принять распределение по энерги-
ям, соответствующее аррениусовскому, то выражение для удельного
(микроскопического) скоростного коэффициента можно выразить
[5.18]:

К.=Ап.1ехр[-(РА-уиуп^)хФ(Р0-уиуп")/(КгТ)],	(5.5)

где Оо - энергия барьера реакции; 11 п-’1 - запасенная колебательная
энергия реагента; Ф(ОА~у11уп") - функция Хевисайда; у - доля коле-
бательной энергии, запасенная в реагенте, используемая в реакции.
В частности, для первого колебательного уровня двухатомной моле-
кулы реагента в предположении О^Од, где ()д - энергия активации
реакции, можно окончательно записать:

Крн=Кр+[(1-ехр(-0|/Т1))/(1-ехр(-01/Т))]{А1ехр[-01/Т1-

ЧРА/(КгТНТ,/Т)хф(Рд/(КгТНТ,/Т)]},	(5.6)

где Кр - равновесный скоростной термический коэффициент реак-
ции, Т] - колебательная температура. Зная величины К., которые
определяются обычно в расчетах и экспериментах при температу-
ре ~300°К для условия Т=0р по имеющимся литературным данным
можно вычислить величины коэффициентов А.. Тогда выражения
для скоростных коэффициентов этих реакций (см. табл. 5.1, 5.2)
можно записать:

1а. Н2О(0,0,4)+Н=>ОН+Н2: Крн=Кр+2,86х10"[(1-ехр(-5520/Ту)/

/(1 -ехр(-5520/Т)] хехр[-22080/Ту+7068/Т-(( 10116-0,3 Ту)/Т)

хф(10116-0,ЗТу)],
5а. Н,(1)+О=>ОН+Н: Крн=Кр+4,8х10|3[(1-ехр(-6330/Ту)/
/(1-ехр(-6330/Т)]хехр[-6330/Ту-((4480-0,4Ту)/Т)хф(4480-0,4Ту)],
6а. О2( 1 )+Н=>ОН+О:Крн =Кр+3,Зх 10'5[( 1-ехр(-2240/Ту)/

/(1 -ехр(-2240/Т)]хехр[-2240/Ту-((8455-ТуУГ)хф(8455-Ту)]> (5.7)
16а. ОН(1)+О=>О + НО,: Крн=Кр+1,9х1046[(1-ехр(-5137/Ту)/
/(1-ехр(-5137/Т)]хехр[-5‘137/ТуЧ(28204-0,9Ту)/Т)хф(28204-0,9Ту)],
1Ь. ОН+Н2(1)=>Н2О+Н: Кр1|=Кр+8,Зх10|Э[(1-ехр(-6330/Ту)/
/(1-ехр(-6330/Т)]хехр[-6330/Ту-((2600-0,23Ту)/Т)хф(2600-0,23Ту)],
5Ь. ОН(1)Ш=>Н2+О: Крн=Кр+2хЮ|4[(1-ехр(-5137/Ту)/(1-ехр(-5137/Т)]
хехр[-5137/Ту-((35ОО-О,85Ту)/Т)хф(35ОО-О,85Ту)],

6Ь. ОН(1)К»О2+Н: Крн=Кр+3,1хЮ|4[(1-ехр(-5137/Ту)/(1-ехр(-5137/Т)]
хехр[-5137/Ту-((350-0,07Ту)/Т)хф(350-0,07Ту)].

Из этих формул наглядно видна сильная зависимость скорост-
ных коэффициентов от колебательной температуры Ту молекул
возбужденных реагентов, причем с ее ростом при низких поступа-
тельных температурах смеси газов они могут возрастать до величин
вплоть на десятки порядков.

Проведем анализ системы химический реакций табл. 5.1, 5.2
на предмет главного влияния основных из них. В обычных процес-
сах горения в газовой среде типичные концентрации составляющих
смеси газов имеют величины [5.19,5.20]: [О2], [Н2О], [СО], [Н2],
[СО2]=ЮМ0-2; [О], [Н], [ОН]=102-Ю6; [НО2], [Н,О,]=ЮМ06,
а равновесный (термический) скоростной коэффициент реакции:
СО+ОН=>СО2+Н в диапазоне исследуемых температур 600-Н?00°К
большой и составляет К.р=(1,2^-2)х10" см3/моль/сек, при этом он
практически не зависит от колебательного возбуждения реагентов
[5.129]. Для того чтобы, согласно экспериментальным данным, СО
в смеси выгорало очень быстро (взрывным способом) и практиче-
ски полностью, необходимо иметь постоянно большую концентра-
цию радикалов ОН. Тщательный анализ системы реакций показы-
вает что источником их могут служить, во-первых, только молекулы
газов больших концентраций [О2], [Н2О], [Н2], во-вторых, ответ-
ственными за наработку ОН являются реакции: Н2(1)+О=>ОН+Н;
О2(1)+Н=>ОН+О; Н2О(уру2,у3)+Н=>ОН+Н2. Здесь молекулы Н2 и О2
колебательно возбуждены на первом уровне, а степень неравновес-
ного состояния молекулы воды Н2О(у1,у2,у1) обозначает возможное
колебательное возбуждение асимметричной, симметричной и де-
формационной мод.

Для того, чтобы скоростные коэффициенты прямых реакций
№5 и №6 были сравнимы или больше скоростного коэффициента
прямой реакции №26 при поступательных температурах смеси га-
зов 60(Н900°К колебательные температуры молекул Н2 и О2 должны
быть соответственно Ту(Н2)=6630°К и Ту(О2)=2240°К, что соответ-
ствует колебательному возбуждению всех молекул этих газов в объе-
ме. Многочисленные расчеты неравновесной колебательной кинети-
ки СО2-лазеров и процессов в условиях разрядной плазмы, сильной
колебательной накачки и низких статических давлениях газа пока-
зывают, что такой ситуации не создается. Это связано с интенсивной
релаксацией колебательной энергии этих молекул и неэффективной
накачкой колебательных уровней от молекул других газов, присут-
ствующих в смеси (большой дефект энергии колебательных квантов
соударяющихся молекул). В условиях процессов горения при высо-
ких давлениях тем более не приходится ожидать больших колеба-
тельных температур молекул Н2 и О2. Это подтверждается прямыми
измерениями экспериментальных колебательных температур моле-
кул различных газов [5.23], где показано, что наибольшую колеба-
тельную температуру имеют радикалы ОН. В заключение отметим,
что расчеты вышеприведенной схемы химических и колебательно-
кинетических уравнений без учета колебательного возбуждения мо-
лекул воды в прямой реакции №1 не дали эффекта быстрого и полно-
го выгорания СО в смеси газов в диапазоне температур 60(Н900°К.

Проанализируем реакцию №1 Н2О(у|;у2,у3)+Н=>ОН+Н2. Рассмо-
трим колебательное возбуждение четвертого уровня асимметричной
моды воды при невозбужденных симметричной и деформационной
мод (Н20(0,0,4)). Энергия четвертого колебательного уровня асим-
метричной моды молекулы Н2О для газовой фазы с учетом ангар-
монизма равна И(Н20(0,0,4))= 14454 см1. Имеются надежные экс-
периментальные данные [4.16], что возрастание микроскопического
коэффициента реакции №1 Н2О(0,0,4)+Н=>ОН+Н2 относительно
его значения для равновесной реакции при Т=300°К составляет в
4,8* 1015 раз! Об этой реакции подробно написано в гл. 4, и можно
сделать главный вывод, что за поставку радикалов ОН ответственна
именно эта реакция.

Для того чтобы скоростной коэффициент этой реакции в диапа-
зоне температур 60(Н900°К был равен или больше скоростного ко-
эффициента реакции окисления СО №26, колебательная температура
асимметричной моды молекулы воды согласно формул (5.7) должна
быть не менее Ту(Н2О)~15000°К. Возможна ли такая накачка колеба-
тельной энергией молекул воды? Из многочисленных данных в на-
учной литературе по исследованиям неравновесной колебательной
кинетики СО2-лазеров и газовой плазмы известно, что резервуаром
колебательной энергии в этих средах является азот, причем время
жизни его молекулы в возбужденном состоянии обычно в ПН-100 раз
больше, чем, например, молекул СО2, ОН, СО, Н2О. У молекулы Ы2
нижний колебательный уровень имеет энергию 1}](М2)=3354°К=2331
см1, через который осуществляется накачка колебательной энерги-
ей от нижнего колебательного уровня асимметричной моды молекул
СО2, причем 0(С02(0,0,1))=3380°К=2349 см а дефект энергий меж-
ду уровнями составляет ДЕт|/11=0,8%. При этом скорость передачи
колебательной энергии от молекулы СО, к молекуле 14, через этот
канал в 10^100 раз больше, чем релаксация колебательной энергии
запасенной в СО2 при соударении с молекулами азота. Кроме того,
известно, что при соударении двух колебательно возбужденных
выше первого уровня молекул одного сорта, представляющих собой
ангармонические осцилляторы, передача энергии кванта происходит
с нижележащего уровня на вышележащий по реакции, например,
142(у)+142(у)=>142(у+1)+142(у-1). Вероятность такой реакции двух ча-
стиц значительно выше (в ЮМ О6 раз для исследуемого диапазона
температур [3.50]), чем из трех частиц в противоположную сторону
(необходимо добавлять кинетическую энергию из ансамбля частиц
для преодоления барьера дефекта энергии между колебательными
уровнями). Скорости этого процесса, называемого У-У накачкой вы-
шележащих колебательных уровней, существенно выше (в 10-^100
раз) по сравнению с У-Т релаксационными процессами колебатель-
ной энергии. Таким образом, можно ожидать, что в ансамбле частиц
азота будут находиться молекулы с колебательно возбужденными
уровнями выше первого [3.50].

В молекулах СО2 колебательная энергия накапливается за счет
химической энергии, выделяющейся в реакции окисления СО №26
(до 50% [5.130]), а, кроме того, в азот передается колебательная энер-
гия также за счет химических реакций образования ОН, О,, Н,. Срав-
нение колебательных уровней молекул Н2О и 14, в газовой фазе (табл.
3.4а) показывает, что близко резонансная накачка молекул воды от
колебательно возбужденных молекул азота может происходить по ре-
акциям: 142(3)+Н20(у1,0,0)=>142(0)+Н20(у|,2,1)+ДЕд= -36 см1; 142(7) +
Н2О(ур0,0) =>142(0)+Н,О(у1,1,4)+ДЕд=47 см1. Такие колебательно воз-
бужденные молекулы азота, сталкиваясь с молекулами воды, с боль-
шей вероятностью будут их селективно возбуждать, передавая колеба-
тельную энергию и часть кинетической энергии молекул.

Из экспериментальных данных известно [4.31, 5.67, 5.68], что в
основных реакциях №1, №5, №6 (табл. 5.1) больше половины всей
химической энергии в первое мгновение выделяется на колебатель-
ных степенях радикалов ОН. Дефект энергий между колебательны-
ми уровнями молекулы ОН и асимметричной моды Н2О в газовой
фазе с первого по шестой уровень находится в диапазоне 5-^36 см-1
(см. табл. 3.4а), поэтому можно ожидать, что колебательная энергия
с большой вероятностью будет передаваться молекулам воды по ре-
акциям: ОН(п)+Н2О(у,,у2,0)=>ОН(0)+ Н2О(у,,у2,п)+ДЕДп.
Далее при столкновении колебательно возбужденных молекул
воды между собой за счет ангармонизма колебательных уровней и
перераспределения колебательной энергии между симметричной и
деформационной, а также между деформационной и асимметрич-
ной модами (см. рис. 3.10) будут возбуждаться верхние уровни асим-
метричной моды Н2О. Таким образом, могут создаваться условия
протекания реакции №1: Н2О(0,0,4)+Н=>ОН+Н2 для колебательно
возбужденных молекул воды со скоростным коэффициентом рав-
ным или большим соответствующей реакции окисления СО №26:
СО+ОН=>СО2+Н. При этом реакция №1 поставляет для реакции
№26 одну молекулу радикала ОН, а реакция №26 для реакции №1
радикал Н и цепь замыкается. Остальные реакции идут с меньшими
скоростями, а дожигание водорода (при наличии кислорода) проис-
ходит после полного завершения реакции окисления СО.

К сожалению, в настоящее время в научной литературе нет дан-
ных по скоростным коэффициентам передачи колебательной энергии
между колебательными уровнями выше первого для молекул: Н2О,
О2, Н2, СО2, ОН, М, поэтому численно решить систему уравнений
(табл. 5.1, 5.2 и 5.1,5.2, 5.7) в полной постановке не удалось.

Была решена модельная задача в соавторстве с Котеровыми М.Н.
и Щекотовым О.А. о течении смеси газов СО, Н2, Н2О, М2, СО2, О2,
ОН в дозвуковой части сверхзвукового сопла и протекающих в ней
реакциях, в которой вместо полной системы уравнений (5.1, 5.2, 5.7)
использовались только те, которые описывают передачу колебатель-
ной энергии между молекулами СО2, Н2О, Л2, а влияние колебатель-
ной энергии на характер взаимодействия других молекул и радикалов
не учитывалось. Рассматривалось течение реагирующей смеси газов
в дозвуковой части плоского сопла с параметрами: образующая кон-
тура выполнена по дуге окружности; высота на входе - 6 мм; высота
критического сечения - 0,5 мм; угол сужения у критического сечения
- 40° на сторону; длина дозвуковой части - 12 мм; давление торможе-
ния газа на входе составляло 3 ат, а температура варьировалась в диа-
пазоне 600+800°К. Система уравнений табл. 5.1, 5.2 и (5.1, 5.2, 5.7)
дополнялась одномерным уравнением движения газа, уравнением
энергии, уравнением состояния газа и решалась краевая задача уста-
новления течения газа для заданных граничных условий в критиче-
ском сечении сопла. На входе в канал задавались концентрации газов:
[СО]=0,05; [СО2]=0,01; [Н2]=О,О5; [Н2О]=0,01; [О2]=0,15; РМ2]=О,73 и
температура газов. Результаты расчетов концентраций элементов СО,
Н2, статического давления, статической и колебательной (средней)
температуры смеси газов представлены на рис. 5.3 и 5.4.

Расчеты показывают, что процессы горения начинают идти в
дозвуковой части сопла при температуре на входе ~690°К. В этом
Рис. 5.3. Изменение параметров смеси газа при
течении ее в дозвуковой части сверхзвукового
сопла. Т=69П'К: Т' КЮО К; 2 - [СО]/[СО] :
3-Т,* 1000 К; 4 - [НрЩН.О].; 5 - Р/Р; 6 - [Ир
[Н]'; 7 - контур дозвуковой части сопла Р/Ро-

случае (рис. 5.3) изменение
концентраций СО, Н,О, Н,
по длине сопла плавное и,
как обычно происходит для
равновесных процессов, в
первую очередь выгорает во-
дород, а в последнюю - СО,
причем его остается достаточ-
но много. Расслоение кривых
поступательной и колебатель-
ной температур оказывает-
ся небольшим и происходит
только вблизи критического
сечения, причем превышение
Ту над поступательной со-
ставляет 150°С.

При начальной поступательной температуре смеси газов 692°К и
выше (рис. 5.4) на входе в сопло наступает сугубо нестационарный
режим горения - в некоторой области перед критическим сечением
сопла устанавливается фронт пламени неравновесного горения, когда
взрывным способом за времена порядка 10‘6 сек выгорает практиче-
ски весь СО. Одновременно с этим концентрация водорода начинает
расти, а концентрация паров воды уменьшаться, колебательная тем-
пература смеси газов резко возрастает и превышение над поступа-
тельной температурой становится равным ~400°С. Эти расчеты очень

хорошо подтверждают вы-
шеизложенную теорию: рост
концентрации водорода может
происходить только за счет1,5
диссоциации молекул воды 1
благодаря сильному колеба-
тельному их возбуждению. о,5
Интересно отметить, что этот
эффект пропадал, когда на-
чальная температура превы-
шала 900°К. На рис. 5.4 также
видно, что толщина фронта
пламени составляет 0,5-4 мм,
а превышение колебательной
температуры Ту над поступа-
тельной Т достигает ~400°С.

Т, Ту. Р. Г, С» То=692+705“К

1 2 4 5 6 7 3

0	2	4	6	8	10 Ь. им

Рис. 5.4. Изменение параметров смеси газа при
течении ее в дозвуковой части сверхзвукового соп-
ла. Т--692-705"К: 1 - Т*10Ю’К; 2 - [СО]/[СО] :
3-Т,*1000'К; 4 - [Н,О]/[Н,О]  5 - Р/Р; 6 - [И]/
[Ир 7 - контур дозвуковой части сопла Г/Га.

Такой процесс колебательно-неравновесного сжигания СО и Н,
для колебательно возбужденных реагентов может идти только при
соблюдении следующих определенных соотношений между време-
нами химических реакций, передачи и релаксации колебательной
энергии между молекулами разного сорта, а также условий смеше-
ния струй газа горючего и окислителя [5.24]:

1.	В смесь газообразных компонентов горючего и окислителя, при
необходимости, добавляют буферный, нейтральный компонент, молеку-
лы которого имеет колебательные уровни близко расположенные к коле-
бательным уровням молекул продуктов реакции и к колебательным уров-
ням молекул, по крайней мере, одного из реагирующих компонент.

Рассмотрим это на примере вышеприведенных реакций. До-
бавляемый в смесь реагирующих газов СО и О2, Н2, ОН, Н2О, СО2
буферный газ Ы2, имеет характеристическую температуру нижнего
колебательного уровня 3354°К, который близко расположен к ниж-
нему колебательному уровню антисимметричной моды (001) мо-
лекулы СО2 (3380°К), являющейся продуктом реакции газов СО и
ОН. Такое близкое расположение колебательных уровней молекул
этих газов позволяет накопить колебательную энергию от вновь об-
разующихся молекул СО2 в азоте и передать ее молекулам реагентам
(Н2О(уру2,у3), ОН(у), О2(у), Н2(у)) за времена меньшие времен релак-
сации колебательной энергии с молекул СО2, О2, ОН, Ы2.

2.	Параметры буферного и реагирующих компонент подбирают
и поддерживают в процессе протекания реакции в заданном диапа-
зоне, исходя из условий, чтобы в зоне перемешивания компонент на
мономолекулярном уровне выполнялись условия:

а)	Время перемешивания компонент на мономолекулярном
уровне (т,) было не более времени химических реакций между моле-
кулами реагирующих компонент (т2).

В данном случае выдвигается естественное требование, чтобы
перемешивание газов на мономолекулярном уровне было быстрее,
чем скорости химических реакций. В противном случае запасенная
колебательная энергия в молекулах за счет химических реакций бу-
дет успевать релаксировать и самоускоряющаяся реакция не пойдет.

б)	Время химической реакции между молекулами реагирующих
компонент (т2) было не более времени релаксации колебательной
энергии молекул компонента, являющегося продуктом реакции (т3).

Это условие означает, например, что скорость образования мо-
лекул СО2 в реакции должна быть больше скорости релаксации ко-
лебательной энергии этой же молекулы после ее образования и обе-
спечивало возможность накопления колебательной энергии.

в)	Время передачи колебательной энергии от молекул продуктов
реакции, к молекулам буферного компонента и (или) к молекулам
одного из реагирующих компонент (т4) должно быть не более времени
релаксации колебательной энергии молекул продуктов реакции (т3).
Для данного конкретного примера при столкновении вновь об-
разовавшейся колебательно возбужденной молекулы СО2 с молеку-
лами азота за счет Ферми-резонанса, подобранной концентрации
и начальных параметров смеси создаются условия, когда большая
доля колебательной энергии передается азоту.

г)	Время релаксации колебательной энергии буферного компо-
нента и (или) молекул одного из реагирующих компонент (т5) долж-
но быть не менее времени релаксации колебательной энергии моле-
кул продуктов реакции (т3).

Этот факт означает, что за счет подобранных параметров газов
создаются условия передачи колебательной энергии от вновь обра-
зующихся молекул СО2 к азоту и накопления ее в них.

д)	Время передачи колебательной энергии от молекул буферного
компонента и (или) от молекул компонента, являющегося продуктом
реакции, к молекулам одного или нескольких реагирующих компо-
нент (т6) должно быть не более времени релаксации колебательной
энергии молекул буферного компонента (т5), а также молекул одного
или нескольких реагирующих компонент.

Это условие означает, что при столкновении молекул реагентов
(Н2О(угу2,у3), ОН(у), О2(у)) с молекулами азота значительная доля за-
пасенной колебательной энергии в Г4, должна передаваться молеку-
лам реагентов, либо в случае отсутствия буферного газа колебатель-
ная энергия сразу от молекул СО2 передается молекулам реагентов.

е)	Время релаксации колебательной энергии молекул одного
или нескольких реагирующих компонент (т7) должно быть не менее
времени протекания всей цепочки химических реакций образования
молекул компонента, являющегося продуктом реакции (т2).

Данное условие определяет, что после передачи колебательной
энергии от азота к молекулам реагентам они должны быть колеба-
тельно возбуждены во всей цепочке и во все время протекания реак-
ций образования СО2.

ж)	Время релаксации колебательной энергии буферного компо-
нента и (или) молекул одного или нескольких реагирующих компо-
нент (т5) должно быть не менее пролетного времени смеси компо-
нентов зоны индукции и зоны реакции (т8).

Это естественное требование необходимо, чтобы на протяже-
нии всей зоны индукции и зоны реакции молекулы горючего или (и)
окислителя подпитывались колебательной энергией из «резервуара»
буферного газа.

Суммарные требования по временным характеристикам
колебательно-неравновесных процессов разложения паров воды и до-
жигания СО в воздухе можно записать:
Т|<ТГ Т2<ТР Т4<Т3’ Т5<Т3’ Т6<Т5’ Т2<Т7’ V Т5-	(58)

Таким образом, на основании достаточно подробной и досто-
верной теории, описывающей колебательно-неравновесные процес-
сы горения СО в присутствии паров воды при низких температурах,
показано, что создаются уникальные условия разложения паров
воды на водород и кислород, позволяющие использовать этот эф-
фект с целью существенного увеличения эффективности сжигания
углеводородов в реальных устройствах. Покажем в дальнейшем на
конкретных примерах, где он может использоваться, а также экспе-
риментальные подтверждения этой теории.

5.2.2.	Экспериментальные и расчетные данные
колебательно-неравновесных процессов горения СО
в присутствии паров воды

Вначале приведем экспериментальные данные по фотодиссоциа-
ции молекулы воды в паровой фазе, которые получены при облучении
монохроматическим лазерным излучением [5.74]. Фотодиссоциация
молекулы воды происходит по реакции: Н2О(у1,у2,у3)+Ьу=>ОН(у)+Н,
где: Ьу - квант излучения. Результаты этих исследований по отно-
сительной колебательной населенности молекулы ОН представле-
ны в табл. 5.3. Из данных работы [5.74] следует, что полная энергия
фотодиссоциации складывается из колебательной энергии четвертого
уровня асимметричной моды Ы(Н20(0,0,4))= 13890 см-1, либо суммы
энергий третьего уровня асимметричной моды и первого симметрич-

Вид работы	Длина волны, мкм	Энергия кванта, см 1	н2о (0,0,4) ОН(0)	н2о (0,0,4) ОН(1)	н2о (1,0,3) ОН(0)	н2о (1,0,3) ОН(1)
Эксперимент	0,266	37515	>0,98	<0,02	-	-
Теория			1	0	-	-
Эксперимент	0,2395	41579	0,99	0,01	0,16	0,84
Теория			>0,99	<0,01	0,5	0,5
Эксперимент	0,2185	45566	0,91	0,09	0,06	0,94
Теория			0,95	0,05	0,02	0,98
Табл. 5.3. Фотоионизация молекулы Н.О и колебательное возбуждение про- дуктов диссоциации [5.74].						

ной моды Ц(Н2О( 1,0,3))= 14380 см1, а также энергии фотона Ьу, при
этом энергия термической диссоциации Н2О равна 41280 см"1.

При фотодиссоциации молекулы воды через колебательный
квант Н20(0,0,4) на колебательных степенях свободы молекулы ОН
запасается около 2% энергии, выделяющейся в результате реакции,
а в случае возбуждения комбинации колебательных квантов симме-
тричной и асимметричной мод Н2О( 1,0,3) - более 95%. Из этой ра-
боты следует важный вывод, что фотодиссоциация молекулы Н2О
происходит через промежуточное ее колебательное состояние (воз-
буждение) Н20(0,0,4) или Н2О( 1,0,3), как наиболее энергетически вы-
годное (энергия фотодиссоциации меньше, чем энергия термической
диссоциации), что согласуется с вышеизложенным материалом о
большой вероятности протекания реакции Н2О(0,0,4)+Н=>ОН+Н,.

Экспериментальные данные химико-газодинамических лазеров,
представленные на рис. 5.1 и 5.2, а также подобных фактов, полу-
ченных в работах [5.7, 5.8] можно объяснить следующим образом. В
этих экспериментальных установках в смеси газов, поступающей на
вход сверхзвукового сопла, обычно присутствовали: азот, пары воды
(либо водород), СО2, следы углеводородов и СО в концентрации от
6% и выше. В дозвуковой части сопла на оптимальном расстоянии от
критического сечения через мелкие отверстия с малым шагом между
ними вдувался холодный воздух, причем общая температура смеси
газов менялась в диапазоне 700*900°К. В интервале дозвуковой части
сопла между местом вдува воздуха и критическим сечением проис-
ходило турбулентное перемешивание крупных вихрей газов размером
2*3 мм. Затем в районе критического сечения сопла, характерные гео-
метрические размеры которого составляли 0,3*0,5 мм, осуществля-
лось перемешивание газов на мономолекулярном уровне и возникал
фронт пламени, где протекали колебательно неравновесные реакции,
приведенные в табл. 5.1, 5.2 и системах (5.1, 5.2). Здесь принципиаль-
но важным фактом является то, что в районе критического сечения
выполнялись требования по характеристическим временам всех про-
цессов, условий протекания самоускоряющейся реакции взрывного
типа по горению СО и развалу молекул Н2О, изложенных выше (5.8).
В критическом сечении и в сверхзвуковой части сопла происходило за-
пасание в азоте колебательной энергии, полученной молекулами СО2
в результате экзотермических химических реакций при малых концен-
трациях паров воды, что обеспечивало минимум ее релаксации. Такой
процесс создания активной среды газодинамического лазера оказался
существенно выгоднее, чем при обычном термическом нагреве смеси
газов перед сопловым блоком. Увеличение температуры подходящих
газов на входе сопла свыше 1000°К приводило к невыполнению не-
которых условий (5.8), самоускоряющаяся реакция сгорания СО пре-
кращалась, и поэтому коэффициент усиления активной среды лазера
уменьшался.

Много изобретений было посвящено отработке технологических
процессов по нейтрализации примесей углеводородов, СО, С и окис-
лов азота в выхлопных газах производств [5.75+5.79] в отсутствии
катализаторов. В технологии способа [5.75] воздух с примесями ор-
ганических веществ и СО пропускают через зернистый слой инерт-
ного материала (кварц), нагретого до 900+1000°С, периодически из-
меняя направление подачи на противоположное, что обеспечивает
степень очистки воздуха от вредных примесей на 99% в отсутствии
катализатора. В способе изобретения [5.76] газы агломерационного
производства, содержащие СО в количестве 1,2+2,03% объемных
долей, пропускают через агломерационную шихту, имеющую тем-
пературу 950+1000°С. После очистки концентрация СО в отходящих
газах составляла 0,09-0%. В данных технологиях отходящие газы,
содержащие СО, С и пары воды, пропускают через мелкодисперс-
ную среду с очень малыми размерами каналов, где благодаря интен-
сивным турбулентностям смесь газов очень быстро перемешивается
на мономолекулярном уровне и, вследствие выполнения условий
(5.8), протекают самоускоряющиеся реакции по выгоранию СО.

Работа [5.22] посвящена расчетному исследованию колебательно
неравновесных процессов окисления СО в разрядной плазме, содер-
жащей азот, кислород и пары воды, где колебательное возбуждение
молекул газа осуществлялось электронами с энергией ~1 еу, а темпе-
ратура среды была 700°К. Расчеты показали, что окисление СО в СО2
по сравнению с равновесной средой резко ускоряется за счет колеба-
тельного возбуждения молекул М2, приводящих к усилению реакции
№1 (табл. 5.1) по развалу колебательно возбужденных молекул воды
при взаимодействии их с радикалом Н. В статье отмечается, что имен-
но эта реакция ответственна за наработку радикала ОН в больших кон-
центрациях - это еще раз подтверждает вышеизложенный материал.

Еще в девятнадцатом веке было известно, что если полностью
осушить бензин, то он гореть не будет [5.123] и, как говорил ученый В.
Воейков (Россия), для того чтобы любое органическое вещество горе-
ло, необходимо какое-то количество воды. Этот факт можно объяснить
однозначно: при равновесном горении углеводородов в газовой фазе
вода является конечным продуктом, а не катализатором процесса (по
крайней мере, в научной литературе таких данных нет). С другой сто-
роны, в газовом факеле горения углеводородов есть зоны температуры
от 600 до 2500°К и можно предположить, что в области факела с тем-
пературами 600+1200°К могут идти выше описанные колебательно-
неравновесные процессы по развалу молекул Н2О и углеводородов.
Это происходит за счет сильного излучения молекул газов в горячей
части пламени благодаря чему создается колебательная накачка мо-
лекул Н2О в предпламенной зоне, обеспечивающая начало цепных
реакций образования радикалов ОН, развала молекул углеводородов,
образования молекулярного водорода и дальнейшее их дожигание.
Перед началом второй мировой войны в Германии велись работы
по созданию синтетического бензина из бурого угля с применением
воды. Такое горючее создали путем гидрирования угля, но оказалось,
что его стоимость была в десять-двенадцать раз выше, по сравнению с
тем, которое получено из нефти, а использование его на практике резко
снижало эксплуатационные характеристики боевой техники. Проис-
ходило это из-за наводораживания поверхностей металлов, с которы-
ми топливо соприкасалось при горении, их охрупчивании и снижения
прочности. Эти экспериментальные данные напрямую говорят, что в
процессе горения такого топлива происходило на первой стадии не го-
рение водорода, а его образование по пути разложения молекул воды
на водород и радикалы ОН согласно вышеописанной схемы.

В телепередаче [5.123] демонстрировали, как Чжан Гуохуа
(Китай) создает топливо, используя 79% дизельного топлива, 20%
структурированной активированной воды и 1% эмульгатора. При
смешивании образуется эмульсия, похожая на молоко, которая зали-
вается в топливный бак и дизельный двигатель нормально работает
на нем. В этом случае экономичность возрастает на 20%, мощность
двигателя на 5% и уменьшается содержание вредных веществ в вы-
хлопных газах. Этот экспериментальный факт прямо подтверждает
колебательно неравновесные процессы развала воды на водород и
кислород с последующим дожиганием этого водорода, причем энер-
гия, затрачиваемая на развал молекул Н2О, оказывается существенно
меньше, чем получаемая при последующем сжигании Н,.

5.3.	Нейтрализация окислов азота с участием
СО и паров воды

5.3.1.	Теоретический анализ неравновесных процессов,
идущих при нейтрализации окислов азота в условиях
низких температур

Имеется много экспериментальных данных (см. ниже) о ней-
трализации окислов азота КО, МО, в условиях низких температур
(600+900°К), при этом в смеси газов обычно присутствуют компо-
ненты: СО, С, СО,, СП , О, О„ ОН, М,, пары Н,О. Комплексного ана-
лиза системы химических реакций, протекающих в таких условиях,
автор данной работы в научной литературе не нашел. В то же время
имеются экспериментальные и расчетные исследования по отдель-
ным реакциям взаимодействия азота с остальными компонентами,
поэтому проведем только их качественный анализ в совокупности с
системой реакций: табл. 5.1, 5.2 и систем (5.1,5.2, 5.7).
На основании отбора из большого количества возможных реак-
ций с участием элементов О, Н, С, К по критерию наибольших ско-
ростных коэффициентов в диапазоне температур 30(Н900°К в табл.
5.4 приведены основные реакции по нейтрализации окислов азота.
Выбирая из литературы наиболее достоверные экспериментальные
данные по скоростным коэффициентам, в данной таблице мы огра-
ничиваемся анализом простых соединений. Цепочка нейтрализации
окислов азота начинается с реакций № 1 -4, в которых степень окис-
ления снижаются с более высоких порядков до минимального (КО),
а затем моноокись азота нейтрализуется в реакциях №8 и 9. Для того
чтобы интенсивно шли реакции №8, 9, необходима большая концен-
трация радикала СН, который является конечным элементом разложе-

ния сложных углево-
дородных соединений
горючего, например,
метана по реакци-
ям №18^23. Реакции
№10-1-13 определяют
возможные каналы
разложения ради-
кала КН, а реакции
№14-47 - пути ре-
комбинации атомов
азота К, которые от-
ветственны за обра-
зование окислов КО.
Для сравнения ско-
ростных коэффици-
ентов представлены
реакции №24 и 25
окисления радикалов
СН с помощью О и
О2. Видно очень важ-
ное свойство - для
этого низкого диапа-
зона температур ско-
ростной коэффициент
реакции №8 сравним
и даже выше скорост-
ных коэффициентов
горения радикалов
СН в кислороде. Для
того чтобы реакции

№	Реакции	к.р [см’/ моль/сек]	Т [°К]	Литера- тура
1	МО,+Н=>МО,+ОН	5,5x10"	300	5.25
2	МО+ОН=>МО,+НО,	7,3x10'-’	600	5.25
3	МО,+МО=>2МО,	2,6x10"	400	5.22,5.26
4	МО,+О=>МО+О,	5,8x10"	600	4.8
5	МО,+Н=>МО+ОН	ю14	600	4.8, 5.27
6	МО,+19=>2МО	4x10"	300	4.8
7	МО,-^=>продукты	1,8x10"	300	5.28
8	МО+СН=>СО+МН	9,6x10"	300	5.29
9	мо+мн=>м,+он	3,2x10"	300	5.30
10	МН+ОН=>1М+Н,О	2,7x10"	600	4.8
11	мн+н=^+н,	1,1x10"	600	4.8
12	мн+и=>м,+н	1,5x10"	600	4.8
13	МН+О=>1М+ОН	1,9x10"	600	4.8
14	^о,=>мо+о	4,7x10'°	600	5.31
15	^+он=>^о+н	ЗхЮ"	600	4.8, 5.32
16	М-ЬНО,=>МО+ОН	1,3x10"	600	4.8, 5.33
17	1М+НО=>МН+О,	1,9x10'-’	600	4.8, 5.33
18	сн4+он=>сн,+н,о	1,6x10"	600	5.34
19	СН+н=>сн+н.	10’	600	4.8, 5.35
20	сн4+о=>сн,+он	8x10’	600	4.8, 5.36
21	сн,+он=>сн,+н,о	2,6x10"	600	5.37
22	сн,+н=>сн+н,	4x10"	600	4.8
23	сн,+о=>сн+он	5x10"	600	4.8
24	сн+о=>со+н	4x10"	600	4.8
25	сн+о,=>со+он	2,1x10"	600	5.29
Табл. 5.4. Основные химические реакции, опреде- ляющие процесс нейтрализации окислов азота.				
нейтрализации окислов (табл. 5.4) шли интенсивно, необходимо по-
ступление к ним больших концентраций радикалов ОН, О и Н, что
может осуществить система неравновесных реакций, представлен-
ных в табл. 5.1,5.2 и систем (5.1, 5.2, 5.7), за счет разложения моле-
кул воды.

Существуют экспериментальные данные (см. ниже), когда ней-
трализация окислов азота и СО осуществляется с помощью дожига-
ния в продуктах газификации угля. В этом случае возможно образо-
вание азотистых соединений и протекание реакций, представленных
в табл. 5.5. За счет реакций №1-^3 (табл. 5.5) при взаимодействии
с углеродом образуются азотистые соединения, которые, реагируя с
окислами азота, снижают их порядок и переводят в другие соедине-
ния (СО, СО2, О, Н) (реакции №4, 5, 8, 10).

Одна из наиболее быстрых реакций нейтрализации азотистых
соединений №7 требует больших концентраций ОН, который будет
поставляться продуктами реакций, представленных в табл. 5.1, 5.2,
5.4, 5.5 и систем (5.1, 5.2, 5.7).

Таким образом, на основании этого качественного анализа
можно сделать вывод, что при низких температурах 60(Н900°К и
определенных условиях смешения реагирующих газов можно осу-

№	Реакции	Кр [см5/ моль/ сек]	Т [“К]	Литера- тура	ществлять дожита- ние углеводородов, С, СО и нейтрали-
1	С+МО=>МСО	4.8x10”	1550	5.38	без присутствия ка- тализаторов. Необ- ходимо подчеркнуть, что многочисленные эксперименты по- казывают очень бы- стрый, взрывной характер этих реак- ций и подтвержда- ют лавинообразное
2	с+м,=>сн+н			5.39	
3	С ,+М,=>2С19			5.39	
4	61СО+МО,=> прод. (МО,СО,,СО.М,О)	2,9x10”	600	5.40	
5	МСО+МО=> прод. (61,,СО,,СО,19,0,0)	8,7х 10”	600	5.40	
6	61СО+^> прод. (М„МС,СО,6Ю)	3,3x10”	300	5.41	
7	С19+ОН=> прод.  (М,СОН,СО,МН,МСО,Н)	4x10”	1250	5.42	
8	С^6Ю=>СО+М,	ЗхЮ"	600	5.43	накопление энергии на колебательных
9	си+о=>мсо+о	7,2x10”	600	5.44,5.45	
10	С^+МО,=> прод.  (М„СО,.'М,О.МО.МСО)	48,5x10”	300	5.46,5.47	уровнях молекул, а, следовательно, об-
Табл. 5.5. Химические реакции газификации угля и образования азотистых соединений.					разование самопод- держивающейся,
					самоускоряющейся

реакции выгорания в смеси углеводородов, СО, С и нейтрализации
окислов азота.
5.3.2.	Экспериментальные данные по нейтрализации
окислов азота в присутствии СО и паров воды

В этом разделе приведены результаты экспериментов по нейтра-
лизации окислов азота, полученных в конкретных промышленных
технологиях, которые очень хорошо подтверждают теоретические
предположения и оценки, изложенные выше. В технологии изо-
бретения [5.77] продукты сгорания природного газа, содержащие в
своем составе окислы азота, нагретые до температуры 350+450°С,
пропускают через углеродосодержащий материал, являющийся от-
ходом низкотемпературного сжигания бурого угля (80% углерода).
При содержании в газах на входе окислов азота [ЫОх]=0,37 г/нм3 и
[СО]=0 г/нм3 после дожигания на выходе концентрация ЫОх состав-
ляла 0,008+0 г/нм3, а [СО]=0, НО,5 г/нм3 (в пределах ПДК).

Технология нейтрализации окислов азота в изобретении [5.78] за-
ключается в смешивании отходящих газов промышленного производ-
ства, содержащих окислы азота, с природным газом и воздухом с после-
дующим сжиганием смеси в печи при температуре 650-И 200°С. Такая
технология позволяет уменьшать содержание ЫОх, например, с 8,8% на
входе до величин в зависимости от температуры газов в печи до: 6,4%
(ЗОО°С); 3,5% (400°С); 0,2% (650°С); 0,15% (800°С); 0,08% (1000°С).

В изобретении [5.79] способ нейтрализации окислов азота в от-
ходящих газах включает в себя смешивание их с углекислым газом
в соотношении [КО, ЫО2]/[СО2]=1/1+1/2, а затем смесь газов про-
пускают через слой кокса, нагретого до температуры 450+550°С, при
этом расход кокса на 100 м3 очищенного газа составляет 1 +2 кг.

Сущность способа очистки дымовых газов от оксидов азота
[5.110] основана на том, что в них на первой стадии добавляют кар-
бамид при температуре его разложения в диапазоне 300+1200°С, а
на втором этапе доочистка ведется в присутствии катализаторов. Во
втором способе [5.111] вначале твердый карбамид разлагают при
температуре 700+1200°С, продувают его воздухом и смешивают с
дымовыми газами, в результате чего удается нейтрализовать окислы
азота относительно начальной концентрации до уровня 88+92%.

В третьем способе очистки продуктов сгорания углеводородных
топлив от окислов ЫОх [5.112] предварительно термогидролизом и
испарением раствора мочевины создают парогазовую смесь, кото-
рую вводят в выхлопные газы при температуре 700+1200°С.

В этих технологиях для нейтрализации окислов азота, как видно
из выше перечисленных примеров, в смесях обязательно присутствуют
СО и пары воды, а смешение газов на мономолекулярном уровне осу-
ществляется либо пропусканием ее через мелкопористый материал,
либо через форсунки горелок, имеющие малые диаметры выходных
отверстий. Таким образом, здесь выполняются условия: во-первых,
существует оптимальная температура реакции нейтрализации ЫОх,
которая сдвигается до величины ~1200-И 300°К, а, во-вторых, удовлет-
воряются вышеперечисленные требования (5.8), и с учетом реакций,
подобных приведенным в табл. 5.4,5.5, осуществляется самоускоряю-
щаяся реакция по дожиганию СО и нейтрализации окислов азота.

Особенно интересны экспериментальные данные по нейтрализа-
ции окислов азота [5.80], когда в камеру сгорания, где сжигались угле-
водородные топлива с воздухом, добавляли аммиак (МН3). Эксперимен-
тальная зависимость отношения концентрации КО на выходе камеры
сгорания к начальному его содержанию от температуры газов, пока-
занная на рис. 5.5, является сугубо нелинейной и имеет резкий мини-
мум при температуре 1200-И 240°К. Этот факт никак нельзя объяснить
классической теорией горения, поскольку практически все скоростные

коэффициенты основных ре-
акций имеют монотонную за-
висимость от температуры и
такого эффекта не должно быть
(примечательно, что в этом при-
знаются и сами авторы статьи).
Этот эффект исследовался неза-
висимо не менее чем тремя кол-
лективами разных авторов и все
получали примерно одинаковые
результаты.

Качественно объяснить по-
лученные экспериментальные

Рис. 5.5. Влияние добавок ЫН> в камеру ДЭННЫе ОПЯТЬ-ТЭКИ МОЖНО ПрИ-
сгорания на нейтрализацию окислов азота: суТСТВИеМ В продуктах СГОра-
х =[ын^[ыо] [5.80].	ния большого количества ради-

калов ОН за счет развала молекул воды, что приводит к образованию
радикалов ЫНх и в дальнейшем, в конечном счете, переходу окислов
азота в молекулярный азот и кислород. При этом скорость реакции
развала колебательно возбужденной молекулы воды с ростом темпе-
ратуры уменьшается, а с учетом того, что скорость других реакций с
возрастанием температуры увеличивается, то возникает немонотон-
ная зависимость концентрации МО от температуры.

5.4.	Влияние внешних воздействий на протекание
самоускоряющихся реакций

Проанализируем далее влияние различных внешних воздействий
на протекание самоускоряющихся колебательно-неравновесных реак-
ций дожигания углеводородов, СО, С, нейтрализации окислов азота в
условиях низких температур 300-^900°К и в присутствии паров воды.

5.4.1.	Монохроматическое излучение и облучение быстрыми
электронами

Воздействия такого рода достаточно широко и полно исследованы
при изучении фото-диссоциации различных веществ, в газо-разрядных
лазерных устройствах и протекающих при этом реакций в данной ра-
боте мы не обсуждаем. В случае таких воздействий создаются условия
прямого колебательного возбуждения молекул реагентов, вступающих
в реакцию, за счет энергии рекомбинации радикалов, либо прямого воз-
буждения квантами излучения или энергией быстрых электронов. Ко-
лебательная энергия запасается в азоте, затем передается реагирующим
молекулам газов и создаются условия самоподдерживающихся самоу-
скоряющихся реакций, указанных в табл. 5.1,5.2,5.4,5.5.

5.4.2.	Снижение статического давления реагирующей
смеси

При существенном снижении давления реагирующей смеси га-
зов (1-Н00 Тор) значительно уменьшаются релаксационные потери
запасенной колебательной энергии, большая ее доля участвует в пре-
одолении активационного барьера химических реакций, что должно
привести к снижению поступательной температуры начала реакций.
На основании большого объема работ, посвященных исследованию
процессов горения различных топлив при низких статических дав-
лениях, так называемых «холодных пламён», этот факт эксперимен-
тально надежно подтвержден. В этом случае часто происходит само-
воспламенение смеси при низких температурах 60(Й700°К. Прямые
измерения степени колебательного возбуждения молекул газов «хо-
лодных пламён» показало большую населенность колебательных
уровней (существенно выше равновесных значений для данной по-
ступательной температуры) молекул ОН, О2, СО2, СН4, Н20,1Ч2. Эти
данные надежно подтверждают при низком статическом давлении
наличие условий для самоподдерживающихся самоускоряющихся
реакций, указанных в табл. 5.1, 5.2 и систем (5.2, 5.3, 5.7).

Большое количество работ посвящено исследованию неравно-
весных явлений, протекающих при сгорании СО в смеси с Ы2, Н2
либо различных газообразных углеводородов в смеси с Ы2, О2 или
воздухом при низком давлении (1 (Н50 Тор), некоторые из них при-
ведены в списке литературы [5.82-^5.90].

В работе [5.82] на основе измерения 24000 эксперименталь-
ных точек определили спектр излучения молекул О2, СО2, СН4, М2,
Н,О в факеле пламени сжигания СО в смеси с Н, и М2, представ-
ленный на рис. 5.6. Видно, что все эти молекулы достаточно сильно
колебательно-вращательно возбуждены и это оказывает определяю-

щее влияние на протекание химических реакций.

Рис. 5.6. Зависимость осредненного монохро-
матического коэффициента хелюминесценции
молекул газов в пламени горения СО/Н ^24, от
длины волны: 1 - О,: 2 - СО,: 3 - СН4: 4 - /4,:
5-Н:О[5.82].

В работе [5.83] измерялось
излучение флуоресценции ра-
дикала ОН в «холодном пла-
мени» топлива: гептан/О2/ 1Ч2
=0,46/0,3/3,76 при температуре
660^740°К путем возбуждения
монохроматическим излучени-
ем с длиной волны 0,284 мкм.
Наблюдается интенсивное из-
лучение колебательно возбуж-
денного радикала ОН на всей
длине пламени ~22 мм.

Измерение неравновесных
концентраций колебательно
возбужденных радикалов ОН
проводилось в работе [5.84].
Обнаружено, что в предпла-

менной зоне плоского пламени для смеси топлива СН4/О2/М2 при
давлении 30 Торр наблюдали сильное отклонение от равновесного

распределения колебательной энергии первого колебательного уров-
ня радикала ОН. Степень заселенности для [ОН(у = 1 )]/[ОН(у=0)] на

расстоянии 6 мм от люминесцентной зоны превышало равновесное
значение в 20 раз.

Теоретическое исследование «холодно-пламенных» явлений в
работе [5.85] показало, что самовоспламенение метан-кислородных
смесей происходит при температурах 683+780°К. В работе [5.87]
исследовалось самовоспламенение метан-кислородных смесей при
низких давлениях. При этом наблюдались явления, свойственные
для «холодно-пламенных» процессов в закрытых системах: область
отрицательного температурного коэффициента реакции, однократ-
ные и двойные «холодно-пламенные вспышки», двухстадийное са-
мовоспламенение и другие особенности горения.

В работе [5.86] измерялся спектральный состав излучения пла-
мени при сжигании топлива СО/Н,/М2. Спектральный состав излу-
чения на хелюминесцентных линиях показал, что излучают колеба-
тельно возбужденные молекулы О2, СН4, Н2О, Ы2. Авторы работы
[5.88] делают выводы: химическое взаимодействие углеводородов
с кислородом осуществляется в двух режимах. При температурах
200^-500°К имеет место реакция медленного окисления, протекающая
по механизму вырожденных разветвлений, а в случае более высоких
температур происходит реакция горения, следующая обычному ме-
ханизму разветвления цепей. В спектре пламени СО+О2 наблюдают
интенсивные полосы излучений колебательно возбужденных моле-
кул СО2, ОН и слабые полосы О2.

В работе [5.89] осуществлялось воспламенение смесей Н,/О,/
МН,, Н,/воздух/МН,, СН/О/МН, при комнатной температуре и облу-
чении их монохроматическим излучением с длиной волны 0,193 мкм,
резонансно поглощаемого молекулами МН,. Отмечено, что время
задержки воспламенения зависит от начальной концентрации МН,,
мощности излучения и определяется колебательно-возбужденными
молекулами МН,. В работе [5.90] сделан очень важный вывод, кото-
рый применим к выше изложенной теории и расчетам характеристик
устройств по нейтрализации вредных примесей. «Из эксперимен-
тальных результатов, полученных Чангом, следует, что ширина зоны
пламени в пределах высоких значений чисел Дамклера (т.е. в преде-
ле очень быстрых химических реакций) равна по порядку величины
локальному интегральному масштабу турбулентности».

На основании выше приведенных экспериментальных работ
следует, что общими характерными особенностями процессов горе-
ния при низких температурах и давлении являются:

-	можно подобрать условия, когда эти смеси топлива самовос-
пламеняются, либо воспламенять их с помощью какого-либо излуче-
ния малой мощности;

-	уровень средних температур для всех пламен достаточно ни-
зок 5ОО-8ОО°К;

-	концентрация радикалов ОН значительна, причем молекулы
колебательно возбуждены и отношение заселенности молекул на
первом колебательном уровне по сравнению с нулевым может пре-
вышать равновесное значение в ~20 раз;

-	колебательно возбужденными оказываются также молекулы
О,, СО2,1Ч2, Н,О, СН4.

Таким образом, для этих процессов экспериментально точно
установлено, что химические реакции горения идут при низкой темпе-
ратуре для колебательно возбужденных реагентов и большой концен-
трации колебательно возбужденных радикалов ОН, которые могут
появиться в смеси, в основном, только за счет развала молекул воды.

5.4.3.	Влияние твердых катализаторов на ускорение
газо-фазных реакций

Твердые катализаторы еще называют гетерогенными и в настоя-
щее время химические процессы ускорения газо-фазных реакций с
использованием катализаторов описываются только феноменологиче-
скими теориями, которых существует пять или шесть штук [5.48+5.50].
Так, например, каталитическое окисление СО на Р1 записывается с
помощью следующих феноменологических реакций [5.50]:

1)О2+2Х^2ХО;	2)СО+7^ХСО;

3)ХО+ХСО^СО2+2Х;	4)ХО+СО^СО2+Х

Здесь значки 70 и /СО обозначают долгоживущий комплекс со-
единений молекулы газа и атома металла, находящегося в узле кри-
сталлической решетки и имеющего общую электронную оболочку.
Теории существования таких комплексов не существует, и в книге
[1.2] прямо сказано, что «...природа и число активных центров на
поверхности гетерогенного катализатора обычно неизвестны». Все
расчеты каталитических реакций на гетерогенных катализаторах в
газо-фазной среде построены только на эмпирических данных. Ак-
тивность катализатора сильно зависит от состояния его поверхно-
сти, соприкасающейся с газами, и в зависимости от ее вида, может
отличаться в сотни раз для одного и того же материала.

В то же время, как будет показано ниже, имеется много экспери-
ментальных работ, показывающих, что при соударении молекул газов
СО, Н2, МО, МН3, О2, М2 с поверхностью твердых катализаторов про-
исходит возбуждение их колебательно-вращательных степеней сво-
боды, причем, например, при соударении молекул кислорода с пла-
тиной происходит возбуждение О, до пятого колебательного уровня.
В таком случае соударяющиеся молекулы газа с поверхностью твер-
дого катализатора колебательно возбуждаются (при низких поступа-
тельных температурах), и в столкновениях передают молекулам азота
колебательную энергию, в которых она накапливается. Затем начина-
ют идти реакции окисления углеводородов, СО, С и нейтрализации
окислов азота, представленных в табл. 5.1, 5.2, 5.4, 5.5.

Приведем примеры экспериментальных работ по измерению
степени колебательного возбуждения молекул различных газов
при соударении их с поверхностями твердых катализаторов [5.50,
5.91+5.99]. Автор работы [5.50] приводит экспериментальные дан-
ные, что в десорбционных спектрах молекулы О2 с поверхности
катализаторов наблюдали возбуждение колебательных степеней сво-
боды вплоть до пятого уровня. Так, в статье [5.91] приводятся сведе-
ния об обнаружении прямого колебательного возбуждения молекул
Н2 и В2 при соударении их с поверхностью Си( 111).

Поиск прямого колебательного возбуждения в соударении «газ-
поверхность» между СО и Ац(Ш) проводился в работе [5.92], но
не был обнаружен. Колебательное возбуждение молекул газов об-
наружили в других схемах соударения: М2 - А§( 111); МН3 - Аи( 111);
Н2 - Си( 111), при этом энергия взаимодействия достигала 1,4 еу для
температуры 300 и 800°К.

В работе [5.93] исследовалось распределение по состояниям
внутренней энергии молекул Н2, десорбируемых из моногидрид-
ных соединений на поверхности 81(100). Измерены колебательное и
вращательное распределение Н2, возникающее при десорбции с ПВ
81(100)-(2х 1) в процессе её нагрева, оказалось, что отношение выхо-
дов [Н2(у=1)]/[Н2(у=0)] в 20 раз превышает их равновесные значения
для заданной температуры.

Изучение разрешенных во времени спектров инфракрасного из-
лучения СО2, образующегося при каталитическом окислении СО на
поверхности Р1 и Рд, проводилось в работе [5.94]. Показано, что для
900°К на Р1 ПВ поступательная и колебательная температуры снижа-
ются с уменьшением концентрации О2 на поверхности. При высоком
давлении СО на Р( наблюдается резкое уменьшение колебательной
температуры СО от 1700 до 700°К, когда концентрация О2 стремит-
ся к нулю. На Рс1 даже при высоком давлении СО не наблюдается
резких изменений колебательной температуры СО, которая слабо
уменьшается со снижением содержания О2.

В работе [5.95] обнаружили колебательно-возбужденные про-
дукты фото-десорбции окисла МО с поверхности Р1( 111). Распреде-
ление по состояниям молекулы МО в процессе диссоциации молекул
соединения С2Р7МО при столкновении с поверхностью ПВ М§0(100)
детально изучено в работе [5.96] и также обнаружено, что молеку-
лы МО колебательно возбуждены. Диссоциация СО на поверхности
катализатора в присутствии Н, исследована в работе [5.97], которая
идет с участием колебательно возбужденных реагентов.

В работе [5.98] изучалось распределение по состояниям вну-
тренней энергии продуктов рекомбинационной десорбции водоро-
да с поверхности 81( 100). Измерено распределение колебательной и
вращательной энергии в молекулах Н2, НВ, В2 термически десор-
бируемых с моногидридной фазы ПВ 81(100)-(2х 1). Отношение на-
селенностей колебательной энергии первого уровня к нулевому этих
молекул оказалось в 20 раз выше равновесных значений для темпе-
ратуры 780°К.

Работа [5.99] посвящена изучению колебательно возбужденных
молекул СО2, образующихся при каталитическом окислении СО на по-
верхности Р1 и Рд для температурного диапазона 650*1150°К. Обнару-
жено дополнительное колебательное возбуждение молекул по сравне-
нию с их равновесным значением, причем оно увеличивается с ростом
концентрации О2 и в большей степени на Рс1 по сравнению с Р1.

Исследование диффузионно отраженных молекул СО, адсорбиро-
ванных на поверхности катализаторов, содержащих Мп и М§О, при тем-
пературах 150 и 350°К, проведенной в работе [5.100], показало, что моле-
кула СО находится в состоянии с энергией колебательно-вращательных
уровней: 2160, 2146, 2075, 2080 см '. Адсорбирование на том же ката-
лизаторе молекул МО при температуре 150°К и разном содержании Мп
с последующим измерением степени их колебательного возбуждения
дало следующие колебательно-вращательные кванты энергетических
уровней: 2320,2243,2250, 1913, 1873, 1817,1825, 1845,1864,1752,1746,
2280, 1850,1880, 1886, 1860, 1876, 1768, 1752, 1748 см1.

Анализ этих и многих других экспериментальных работ по влия-
нию твердых катализаторов на колебательное возбуждение адсорбиро-
ванных на них молекул газов показывает, что имеются следующие не-
которые общие закономерности, характерные практически для всех:

-	область температур, при которых наблюдаются значительные
колебательные возбуждения молекул газов при столкновении их с
твердыми катализаторами, находится в диапазоне 30(Н900°К;

-	энергия колебательного возбуждения молекул газов может
быть очень большая и превышать равновесные значения примерно в
20 раз, а колебательная температура достигать 1700°К.

Можно предположить, что колебательное возбуждение газовых
молекул при столкновении с поверхностью катализатора происходит
за счет взаимодействия их с электронами металлов, вылетающими
из кристаллической решетки материала и находящимися в скин-
слое у поверхности катализатора (энергия их достаточно велика
~1,4 еу), а степень колебательного возбуждения зависит от работы
выхода электрона данного материала. Другая теория, объясняющая
эти факты, заключается в том, что адсорбированные на поверхности
катализатора молекулы газа на какое то время образуют вместе с ато-
мами металла долгоживущий комплекс, в котором взаимодействуют
их электронные орбитали, и энергия колебаний атомов в кристалли-
ческой решетке, или энергия свободных электронов в металле пере-
ходит на колебательно-вращательные уровни молекул газа. Причем
этот процесс тем эффективнее, чем меньше дефект энергии между
этими обменивающимися квантами энергии, то есть ближе к резо-
нансу квантов колебательной энергии.

На основании изложенного материала по влиянию твердых ката-
лизаторов на адсорбируемые молекулы газов можно сделать вывод,
что, практически всегда происходит колебательно-вращательное
возбуждение молекул. При последующих столкновениях этих моле-
кул с молекулами азота в нем накапливается колебательная энергия,
и создаются благоприятные условия протекания самоускоряющейся
реакции по дожиганию СО, С, остатков СпНт и нейтрализации окис-
лов азота в выхлопных газах производств. Но даже и в этом случае,
чтобы такие реакции пошли, требуется присутствие в смесях СО,
азота и паров воды. Существует много экспериментальных данных
по применению таких комбинаций катализаторов с оптимальным со-
отношением СО и Н2О.

В изобретениях [5.101+5.104] применяются комплексные тех-
нологии по нейтрализации вредных примесей в выхлопных газах с
использованием дожигания в смеси газов, содержащих углеводоро-
ды, СО, С, СО, и последующим пропусканием их через катализато-
ры. В изобретении [5.101] предлагается способ дожигания тяжелых
углеводородов (нафталин, пирен, антрацен), когда их нагретая смесь
до 200°С смешивается с продуктами неполного сгорания водорода в
воздухе (^=0,4+0,8) и температура смеси поднимается до 700°С. Да-
лее в смесь добавляют воздух с коэффициентом избытка кислорода
^=1,1+1,15, сжигают при 1100°С, а затем полученные продукты сго-
рания с температурой 480°С подают на каталитическое дожигание.
Степень очистки газов составляет 99,85%.

Технология нейтрализации окислов азота в выхлопных газах в
изобретении [5.102] включает в себя следующие процедуры: газы,
содержащие окислы азота, смешивают с продуктами неполного сго-
рания метана в воздухе для ^=0,7+0,8 и при температуре 475+490°С
подают для дожигания на алюмопалладиевый катализатор. При на-
чальных концентрациях окислов азота 0,13-5-0,15% в газах на выхо-
де системы концентрации примесей составляли: [1ЧО ]=0+0,006%;
[Н2]=О,О5+О,О8%; [С0]=0,04+0,06%.

Комплексная технология очистки выхлопных газов от окислов
азота изобретения [5.103] заключается в пропускании газов, содер-
жащих 1ЧОх, через слой активированного угля с температурой от 500
до 600°С. При этом образуется смесь газов 1Ч2, СО2, СО, 1ЧОх с соот-
ношением [ЫОх]/[СО]=1, которую затем подают на катализатор из
алюмосиликата, промотированного окислами металлов при темпе-
ратуре 250+300°С. При начальной концентрации [КОх]=1,5 г/л в за-
висимости от температуры активированного угля получали степень
очистки от окислов азота в пределах 87,8+99,8%.

В изобретении [5.104] технология очистки выхлопных газов от
окислов азота включает в себя: адсорбцию 1ЧОх из газов в коллекторе
с мелкопористым природным цеолитом, с последующей десорбцией
путем нагрева его до Т=400+500°К и одновременной продувкой га-
зообразным азотом. Затем десорбированный газ пропускают через
слой древесного угля, нагретого до температуры 500+870°К, с полу-
чением СО. Далее смесь газов подают на катализатор, представляю-
щий собой алюмосиликат, промотированный окислами СиО, Сг2Ог
При начальной концентрации МОх в десорбированном газе 10+12%
на выходе из устройства присутствия окислов азота не обнаружено,
но концентрация СО составляла 2,8+4%.
В работе [5.105] проводилось исследование нейтрализации СО,
14Ох с применением железо-кобальтовых и железо-марганцевых ка-
тализаторов в смесях газов с различным содержанием в них пропа-
на, кислорода и паров воды. В присутствии СО достигалась нейтра-
лизация ЫОх на обоих катализаторах при температуре 673°К до 99%,
а введение О2 в смесь газов снизило преобразование 14Ох в азот и
кислород на одном катализаторе до 95%, на другом до 90%. Повы-
шение температуры до 723°К не увеличило процент нейтрализации
14Ох, а увеличение содержания О2 до 10% снижает ее величину на
5-5-7%, при этом СО сгорает до 99,9%. Опыты показали уменьше-
ние концентрации 14Ок в присутствии СО в диапазоне температур
583-5-623°К и пропаном - 873^-973°К, а полное восстановление окис-
лов азота в смеси пропана с 10% О2 наблюдается при температуре
1073°К. При этом надо отметить, что цеолитный катализатор с пла-
тиной обеспечивает нейтрализацию 14Ох в смесях с 8,6% воды при
температуре 473°К не более чем на 40%, а с повышением температу-

ры она уменьшается до нуля.

Изучению селективного восстановления 1ЧО метаном или про-
паном в присутствии О2 с добавлением СО на катализаторе, сделан-

ного в виде смеси промышленных катализаторов никель-хромового
и НТК-10-1, посвящена работа [5.106]. Показано, что добавка СО
существенно увеличивает степень превращения 1ЧО в 14, при тем-
пературе 25О-5-5ОО°С, причем это увеличение слабо зависит от кон-
центрации СО в интервале 0,3-5-1% в исходной газовой смеси, содер-

жащей пропан. Влияние температуры и смеси различных газов на

р4О]/р4О0]

Рис. 5.7. Зависимость нейтрализации
510 от температуры и смеси газов:
о - 0.35%Ср+6%О+Г>/оСО:
□ - 0,32%Ср+3.2%О,+0,34%СО;

О - 0,3«%С//,+3,в%0‘„- [5.106].

степень нейтрализации 140 показано
на рис. 5.7. Видно, что смесь газов
очень сильно влияет на степень ней-
трализации 140.

Из этих примеров следует важ-
ный вывод: что подбор оптимальной
смеси газов СО, О2, Н2О является
определяющим фактором протекания
самоускоряющейся реакции по до-
жиганию СО и нейтрализации окис-
лов азота при низких температурах.
Например, в двигателе внутреннего
сгорания автомобиля марки «Мерсе-
дес» с помощью компьютерной про-
граммы режим горения топлива на-
страивается таким, что в выхлопных
газах присутствует СО в объеме 6%.
Это позволяет на платиновом катали-
заторе, во-первых, нейтрализовать все окислы азота, а, во-вторых,
дожечь СО и остатки углеводородов до приемлемых величин со-
держания вредных веществ в выхлопных газах. Между прочим, эта
величина - 6% СО совпадает с оптимальным содержанием его в
продуктах сгорания, подаваемых на вход химико-газодинамического
лазера, что, по-видимому, не является случайным совпадением (см.
разд. 5.1).

Анализ экспериментальных данных в этих работах показывает,
что при большом разнообразии технологических приемов нейтра-
лизации углеводородов, СО, С и окислов азота в смесях для всех их
характерны следующие одинаковые особенности:

-	в горючих смесях обязательно присутствуют такие элементы
как СО, СО2, Н20,Ы2,02, СНх;

-	температура газов, при которых происходят реакции окисле-
ния и нейтрализации с учетом их смешения и тепловых потерь на-
ходится в диапазоне 40(Н900°К;

-	для оптимальных режимов нейтрализации содержание СО и
МОх уменьшается до сотых долей процента или до нуля.

Подробный и тщательный анализ возможных химических реак-
ций, идущих в этих процессах показывает, что все они очень хоро-
шо описываются вышеизложенной теорией образования самопод-
держивающимися самоускоряющимися реакциями взрывного типа
выгорания углеводородов, СО, С и нейтрализацией окислов азота
практически до нуля.

5.4.4. Тангенциальная закрутка смеси газов

Такое, казалось бы, простое воздействие, как закрутка смеси га-
зов, содержащих пары воды, приводит к необычным его свойствам
и явлениям, которые до сих пор не нашли адекватного объяснения
в научной литературе. Приведем некоторые экспериментальные
факты. В Москве на выставке «Архимед 2002» одним из изобре-
тателей (Россия) демонстрировалось устройство, устанавливаемое
после воздухоочистителя перед карбюратором двигателя внутрен-
него сгорания, в котором воздух закручивался тангенциально в ци-
линдрической емкости. Эффект, по словам автора, был необычный
- мощность двигателя увеличивалась на 10^-12%, либо можно было
экономить горючее на 10-Н2%. О таком же эффекте говорит изо-
бретатель Котельников В.П. подобного же изделия, установленного
перед карбюратором двигателя внутреннего сгорания [4.52]. Иссле-
дование процессов горения в газотурбинных двигателях показало,
что закрутка потока газов в них приводит к увеличению полноты
сгорания топлива и реактивной тяги.
Еще в тридцатых годах прошлого столетия французским изо-
бретателем Ж. Ранке была изобретена трубка, представленная на рис.
5.8, в которой закручивался воздух [5.51]. Конструкция трубки Ранке
включает в себя: входной патрубок (1), улитку тангенциальной за-
крутки газа (2), цилиндрическую трубку (3), регулировочный конус
(4). Газ (обычно воздух) под давлением подается в улитку (5), откуда
закручивающийся поток (7) поступает в цилиндрическую трубку (3)
и доходит до регулировочного конуса (4). Далее часть «горячего» газа
через кольцевую щель между конусом (4) и корпусом трубки (3) вы-
ходит наружу (8), а часть газа,

Рис. 5.8. Вихревая трубка Ж. Ранке: 1 - вход-
ной патрубок: 2 - улитка закрутки газа: 3
- трубка; 4 ~ регулировочный конус; 5 - вход
газа; 6 - выход холодного газа: 7 - закрутка
газа; 8 - выход горячего газа.

отраженная от конуса (4), за-
кручивается в противополож-
ном основному потоку направ-
лении, течет в осевой части
трубки в обратную сторону и
выходит в качестве «холодной»
части газа (6). Эти трубки наш-
ли широкое применение в про-
мышленности в качестве охла-
дителей газов [5.52]. Однако,
теоретическое описание про-

цессов, происходящих в них, основанное на чисто термодинамиче-
ских законах, либо путем решения системы газодинамических урав-
нений, приводило многих авторов к непреодолимым математическим
трудностям или допущениям, которые обладают явными противоре-
чиями. Обзор этих теорий дан в работах [5.53,4.3], но они не объясня-
ют многих экспериментальных фактов, связанных с закруткой газов
и не выдерживают элементарной критики.

Большой вклад в развитие конструкций вихревых трубок и экс-
периментальных исследований процессов, происходящих в них, сде-
лал автор работ [5.54,5.55], из которых, а также из книги [4.3] при-
ведем дополнительные экспериментальные данные. Согласно этим
работам измерения показали:

-	были достигнуты температуры охлажденного воздуха из цен-
тральной зоны до 30°К, а эффективность процесса увеличивалась с
ростом давления газа на входе;

-	температура торможения не только части «холодного» возду-
ха (6), но и «горячего» (8) оказалась ниже температуры торможения
воздуха на входе (5);

-	уменьшение энтальпии газов после прохождения вихревой
трубки составляло 9+24%;

-	прямые измерения скорости вращения тонкой спицы, установ-
ленной на оси трубки на подшипниках, показывают, что скорость ее
вращения, а, следовательно, осевого потока противоположно основ-
ному периферийному и достигает 3000 об/мин.;

-	на выходе «холодного» потока газа (6) было зарегистрировано
инфракрасное излучение полосового спектра в диапазоне длин волн
5-И 2 мкм, интенсивность которого повышалась с повышением дав-
ления газа на входе (5);

-	иногда из ядра потока «холодного» воздуха наблюдалось из-
лучение голубого цвета;

-	использование вихревой трубки Ранке с целью охлаждения воз-
духа в салоне автомобиля путем откачки воздуха из нее турбокомпрес-
сором с последующей подачей его в двигатель внутреннего сгорания
(карбюратор) приводит к увеличению мощности двигателя и умень-
шению вредных веществ (СО, окислов азота) в выхлопных газах.

Природные явления, связанные с закруткой воздуха, такие как
смерчи, торнадо, циклоны, также вызывают некоторые загадочные
явления, которые с научной точки зрения до сих пор полностью не
объяснены. К таким вопросам можно отнести: откуда берется колос-
сальная энергия, которая сохраняется длительное время (сутками,
неделями); чем объясняется очень большая подъемная сила, превы-
шающая силу давления воздуха в смерче, когда смерчи поднимали,
людей, животных, большие предметы и т.д.; скорости ветра в них
достигают 8(К90 м/сек, а иногда и сверхзвуковых; наблюдали силь-
ные свечения в столбе смерча. Изучая атмосферные вихри, ученые
пришли к выводу, что в энергию движения в них превращается те-
пловая энергия масс влажного воздуха и при этом происходит ее кон-
центрация, что противоречит принципам термодинамики.

Еще один пример это «торсионные поля». Словосочетание «тор-
сионные поля» за последние десятилетия стало притчей во языцех,
очень сильно раздражает ученых от академической науки, и теории
или попытки хоть как-то объяснить этот круг явлений [5.56, 5.57]
объявлены лженаукой. Тем не менее, уже вышло более 3000 научных
статей по торсионным полям. Профессор Кельнского университета
Хель еще в 1970-х годах опубликовал несколько обобщающих работ,
где указал, что хотя для стационарно вращающихся объектов тор-
сионные поля очень слабы, но при нестационарном вращении они
могут быть и сильными. Камнем преткновения здесь является невоз-
можность с позиций современной физики объяснить, откуда появ-
ляется электромагнитное поле осевой направленности при закручи-
вании электрически нейтрального воздуха в цилиндрической трубе.
Не будем здесь обсуждать все теории, предлагаемыми авторами ра-
бот [5.56, 5.57] и другими изобретателями, а просто констатируем
экспериментальный факт - образование осевого электромагнитного
поля при закрутке воздуха.
Рис. 5.9. Схема истечения газа из щелевого до-
звукового сопла: I - сопло: 2 - торцевая стен-
ка; 3 - вход газа; 4 - вихрь газа: 5 - выхлопная
струя.

Автор статьи, опубликованной в Интернете [5.58], проводил экс-
периментальные работы по изучению процессов истечения воздуха
через дозвуковое сопло щелевидной формы с высотой критического
сечения 50-400 мкм в атмосферу (рис. 5.9). Степень сжатия воздуха
на входе составляла 1,5-4,6 (явно дозвуковой режим), а скорость ис-
течения была до 130 м/сек. При этом оказалось, что механическая
энергия истекающей струи (реактивная тяга) значительно (в два и
более раза) превышает энергию сжатия воздуха перед соплом. Эти
данные можно считать достоверными, поскольку были исследованы
различные формы сопел и получено более 2000 экспериментальных
точек. Авторы других статей в Интернете, используя эти данные, пы-
таются строить тепловые ма-
шины, объясняя появление до-
полнительной «механической»
энергии (прироста тяги, или
увеличения скорости выхлоп-
ной струи) за счет преобразо-
вания хаотического движения
молекул газа в направленное
движение тех же молекул, то
есть с нарушением второго
закона термодинамики. Попы-
таемся это объяснить на осно-
вании известных законов га-
зовой динамики и физики без

«революционных идей». В данном случае «работают» два эффекта:
первый связан с большим влиянием сил трения, а второй - с образо-
ванием вихрей за торцевой стенкой.

Для анализа сил трения запишем уравнение движения газа в ка-
нале ((У/У3)2-1)е7У/У=-(к/У32)4Л)тр [5.73], где V, У3 - скорость газа
и звука; Отр - работа сил трения. То есть для дозвукового режима
течения газа работа сил трения о стенки канала приводит к возрас-
танию скорости истечения. В экспериментах автора [5.58] использо-
вались щелевые дозвуковые сопла с высотой критического сечения
6=0,05=0,1 мм, и для того, чтобы их изготовить с хорошей точно-
стью, необходимо делать ширину технологической площадки Ь (см.
рис. 5.9) не менее 0,5 мм. В этом случае длина канала критического
сечения с постоянной высотой оказывается не менее Е/1т~ 10 и геоме-
трический коэффициент расхода газа через сопло может составлять
величину 0кр=0,65=0,8 [2.35]. Это приводит к тому, что 20=35% кри-
тической площади сопла занята пограничными слоями, и создаются
большие силы трения воздуха при истечении через узкую щель. Ра-
бота сил трения потока газа в пограничных слоях критического се-
чения сопла создает приток тепла к нему и для дозвукового течения
увеличивает скорость на выходе сопла. При этом «лишняя» энергия
в данном случае черпается за счет исходного теплосодержания газа,
поэтому его температура торможения на выходе сопла будет мень-
ше, чем на входе, что подтверждается в эксперименте.

Второй эффект возможного увеличения тяги сопла связан с под-
водом энергии в выхлопную часть струи за счет образования вихря
между торцевой стенкой (2) и струей (5) (рис. 5.9) благодаря физико-
химическим процессам разложения молекул воды, содержащихся в
газе, который более подробно будет описан ниже.

Влияние этого второго эффекта будет зависеть от величины
содержания паров воды, и если в обычном воздухе при комнатной
температуре относительная концентрация паров воды не превышает
0,005+0,01, то в выхлопных газах реактивной струи крупномасштаб-
ных сопел при сжигании углеводородных топлив может достигать
0,13. Такое явление аномально высокого прироста тяги (на 40%) в
газовом эжекционном процессе с пульсирующей активной струей
было зарегистрировано как открытие СССР [5.59]. Описание этого
эффекта дано в работе [5.60], а применение его для преобразования
«энергии атмосферного воздуха» в полезную работу и электроэнер-
гию приведено в работах [5.61,5.62]. В случае осесимметричного
сопла больших размеров работа сил трения потока газа в критиче-
ском сечении обычно невелика, и факт существенного прироста тяги
можно объяснить только образованием замкнутого торроидального
вихря газа на выхлопе и процессами, происходящими в нем, которые
будут описаны в следующем разделе.

5.4.4.1.	Теория процессов, протекающих в закрученном
газовом потоке

В научной литературе автор не нашел описания комплексных
физико-химических процессов, объясняющих эти эксперименталь-
ные факты (не будем обсуждать теории связанные с энергией вакуу-
ма, гравитационной энергией, появлением новых частиц, холодного
ядерного синтеза и т.д. - все это не серьезно и не выдерживает объ-
ективной научной критики). Предлагается объяснение, основанное
на обычных физических явлениях и опытных фактах.

В воздухе, засасываемом из атмосферы, всегда присутству-
ют пары воды в концентрациях, по крайней мере, в десятых долях
процентов. В завихрителе, в принципе, можно раскрутить воздух
с тангенциальной скоростью до 250+300 м/сек и создать большие
центробежные силы, действующие на молекулы. Молекулярные
веса соответственно кислорода, азота и воды составляют: 32, 28, 18,
поэтому в результате закрутки воздуха и в связи со слабыми сила-
ми взаимодействия между молекулами происходит расслоение га-
зов, вследствие чего молекулы воды концентрируются вблизи оси
цилиндра. Это не означает абсолютно полного разделения газов, а
только существенное повышение концентрации молекул Н,0 вблизи
оси вихря и кислорода на периферии потока.

При достаточно большой концентрации паров воды и низкой
температуре (300°К) из отдельных молекул воды происходит образо-
вание димеров, триммеров и т.д., так называемых, кластеров - устой-
чивых образований. Например, масспектроскопические исследо-
вания показывают, что в парах чистой воды в отсутствии силовых
воздействий на пар (газ) наиболее устойчивы кластеры, состоящие
из 2СН21 молекул Н,О, причем каждый кластер несет заряд ±е [5.63].
Этот кластер представляет собой правильный додекаэдр из молекул
и иона оксония (Н О'), который состоит из 10 граней, причем каждая
г-рань представляет собой пятиугольник. Кластеры Н+(Н2О)2| характе-
ризуются повышенной устойчивостью и присутствуют в атмосфере
[1.12]. В научной литературе много работ посвящено исследованию
водяных кластеров, определения энергии их связи, геометрических
и структурных характеристик, влияния их на физические свойства
пара. Так для димера воды в газовой фазе определены такие харак-
теристики как: энергия взаимодействия молекул - 17-Н8 кДж/моль;
энергия диссоциации - 14,75-^15,6 кДж/моль; теплота образования -
500,3 кДж/моль [1.10,2.5]. При такой энергии связи молекул в димере
(надо помнить, что кинетическая энергия молекул для температуры
300°К будет составлять всего 2,5^3,4 кДж/моль) вероятность разру-
шения кластера при соударении с молекулами газа будет очень мала.

Интересное исследование проведено в работе [5.64], где вода в
газовой фазе рассматривается как совокупность ассоциатов, вклю-
чая единичные молекулы, и суммарное количество этих частиц взято
в качестве четвертой переменной в уравнении Ван-дер-Ваальса. По
экспериментальным Р-Т диаграммам для водяного пара рассчитаны
следующие параметры: С, [моль/м3] - количество ассоциатов, включая
единичные молекулы; отношение общего количества молекул к чис-
лу ассоциатов, в зависимости от температуры, значения которых при-
ведены в табл. 5.6. На основании данных таблицы 5.6 можно сказать,
что количество ассоциатов в водяном паре такое же, как число свобод-
ных молекул и по массовой доле существенно больше половины.

Образующиеся в водяном паре кластеры являются цепными ма-
кромолекулами и к ним можно применить теорию, развитую автора-
ми монографии [5.65]. В некотором смысле цепная макромолекула
как бы эквивалентна «капле» жидкости или «частице» твердого тела
и совокупность звеньев, образующих гибкую макромолекулу, может
т	273	283	293	303	313	333	353	373	393
	0,2771	0,5256	0,9639	1,686	2,841	7,206	16,17	32,82	61,26
X	0,97	0,99	1	1	1	1	1,01	1,01	1,02
Табл. 5.6. Содержание ассоциатов молекул Н,О в парах воды [5.64].									

скачкообразно упорядочиваться и разупорядочиваться, что соответ-
ствует обратимым процессам конденсации газа в жидкость и кри-
сталлизации. Рассматривая равновесие между макромолекулами и
молекулами мономера, можно убедиться, что, начиная уже с очень
малых степеней поляризации, упругость пара мономера (молекулы
Н2О) над полимером (кластером) достигает постоянного значения,
то есть количество оторвавшихся молекул мономеров от кластера и
присоединившихся к нему постоянно во времени. Это совершенно
аналогично постоянству упругости пара над его твердой фазой и с
точки зрения термодинамики макромолекулы должны рассматри-
ваться как частицы твердой фазы.

Отсюда следует, что само явление образования кластеров, то
есть превращение мономеров в полимер, можно рассматривать как
эквивалентное фазовому превращению. Но всякий фазовый пере-
ход неразрывно связан с изменением симметрии расположения
структурных элементов вещества. В этом случае при воздействии
внешних силовых полей на хаотически расположенные структурные
элементы происходит их упорядочение. Тогда степень упорядочен-
ности определяется напряженностью силового поля, а характер упо-
рядоченности и ее симметрии симметрией наложенного поля. Таким
образом, молекулы аморфного изотропного тела, помещенного в си-
ловое поле, ориентируются в соответствие с направлением силовых
линий этого поля, что приводит к возникновению структуры этого
тела, обладающего элементами симметрии наложенного поля.

Многочисленные расчеты, подтвержденные экспериментальны-
ми исследованиями, показывают, что кластеры в водяном паре име-
ют размеры от димеров (3+4 А) до капель диаметром 2+4 мкм и при
малом количестве Н2О образуют конформации типа «кресло», «ван-
на», «твист-ванна», которые наблюдаются во льду и в жидкой воде
[3.39]. Для малого количества молекул (6+57) кластеры образуются
в виде части гофрированного горизонтального слоя тетрагональной
кристаллической решетки льда I, показанной на рис. 5.10. Когда про-
исходит конденсация паров воды в капли субмикронных размеров, в
соответствие с изложенным материалом в гл. 2, за счет очень боль-
ших сил поверхностного натяжения энергия сжатия молекул Н2О
достигает значений 70+230 кДж/моль, и в ядре капли структура при-
ближается к кубической (см. гл. 2).
С другой стороны, моле-
кула воды имеет У-образное
строение с тяжелым атомом
кислорода в вершине равнобе-
дренного треугольника и дву-
мя легкими атомами водорода
в основании, поэтому в этом
гофрированном слое кластера
центр масс будет смещен от-
носительно геометрического
центра его «конструкции».
При воздействии во время вра-

ц	щении смеси газа на кластер

Рис. 5.10. Льдоподобная структура класте- ИНерЦИОННЫХ ЦеНТробвЖНЫХ
ра жидкой воды: Ь=0.7 пт: Ь,=0,45 пт: сил, приложенных К центру
Л,-0,284 пт.

3	массы, и сил трения, прило-

женных к его наружной поверхности, этот кластер (гофрированный
слой) развернется таким образом, что одна из его осей, проходящая

через центр масс, будет направлена по радиусу цилиндра вращения.
Точно также во вращающемся потоке газа (паров воды) развернутся

все кластеры, и создастся упорядоченная структура в виде концен-
трических цилиндрических слоев кластеров молекул воды.

Молекула Н2О является электрическим диполем, и образовавший-
ся кластер также обладает своим интегральным диполем, являющимся
результирующей величиной векторного сложения диполей молекул.
Поэтому в закрученном газовом потоке создается регулярная структура
диполей, электростатические поля которых векторно складываются, в
результате чего суммарное электростатическое поле многократно уси-
ливается. Возникает разность потенциалов между цилиндрическими
слоями вращающихся диполей и, в конечном счете, между осевой ли-
нией вращения и наружным цилиндрическим слоем газа. Движущиеся
заряды вокруг оси вращения создают электрический ток и электромаг-
нитное поле. Здесь получается ситуация аналогичная той, как в катушке
соленоида, в котором каждый цилиндрический слой провода питается
от своего источника, образуется один полюс откуда выходят магнитные
силовые линии и второй - куда они входят.

Кроме того, за образование электрического поля ответственно
явление расслоения подвижных носителей зарядов Н+, которые за
счет процессов разложения молекул Н2О на ионы Н* и ОН , выле-
тают из кластеров и капель (см. гл. 4). В этом случае ионы Н+, как
более легкие, благодаря центробежным силам концентрируются у
оси вихря, а отрицательно заряженные кластеры и капли, как более
тяжелые образования на периферии приосевой зоны.
Образующееся собственное электростатическое поле с повы-
шенной напряженностью (в основном, переменная магнитная со-
ставляющая), воздействуя на молекулы воды, находящихся в районе
осевой зоны вращающегося столба газа, увеличивает их деформа-
цию (силовые линии поля сгущаются). Это, как подробно изложено
в главе 3 и 4, приводит к росту степени колебательного возбужде-
ния молекул Н2О. Появившаяся переменная магнитная составляю-
щая электрического поля, даже очень слабая, вызывает протекание
реакций (3.25+3.27) перераспределения колебательной энергии на
вышележащие уровни молекул Н,О. Энергия будет черпаться, в том
числе, и за счет столкновений с молекулами воды молекул азота и
кислорода, находящихся в смеси газов.

Второй эффект возрастания запасенной колебательной энергии
в осевой зоне связан с увеличением концентрации паров воды, и,
следовательно, с ростом вероятности образования зародышей кон-
денсированной воды очень малого радиуса (сильно закрученный
поток газа обязательно разобьет образовавшиеся крупные капли на
мелкие). Этот эффект усиливается за счет понижения точки росы в
осевой зоне при охлаждении газов в ней (см. выше). Согласно ма-
териалу, изложенному в гл. 2, энергия связей молекул Н2О в таких
каплях может достигать величины 230 кДж/моль, поэтому резко уве-
личивается запасенная колебательная энергия подобной смеси.

Третий эффект возможной накачки колебательной энергией мо-
лекул воды может создаваться за счет акустических волн сжатия и
разряжения. Акустические волны образуются при истечении газа
через щели, около выступов твердых стенок и т.д. (свисток). Пере-
дача акустических волн сжатия и разряжения в газовой среде проис-
ходит строго через молекулы и энергетические связи между ними, а
пустотные пространства между молекулами служат препятствием.
При прохождении волны сжатия молекулы приближаются друг к дру-
гу, а в волне разряжения отдаляются друг от друга. В такой ситуации
молекулы воды, являясь диполями, начинают периодически влиять
своими электростатическими полями на распределение электрон-
ной плотности соседа, то, уменьшая ее, то увеличивая. Если часто-
та такого колебательного процесса совпадет с резонансной частотой
межмолекулярных или межкластерных (низкие частоты) колебаний,
то, в соответствие с теорией изложенной в гл. 3, начнут идти реакции
(3.25+3.27) колебательной накачки молекул воды. За счет сильных га-
зодинамических воздействий на газы в объеме возникают акустиче-
ские колебания с частотами колебаний до 105+106 Гц большой интен-
сивности. На подобном принципе получения мощных акустических
колебаний в завихрителе для измельчения самых разнообразных мате-
риалов построено устройство, запатентованное в работе [5.66].
Кроме описанных явлений на оси вихря, одним из сильнейших
процессов накачки колебательной энергией всего закрученного потока
газов в таких условиях является взрыв водных аэрозолей, вследствие
интенсивных акустических и механических воздействий на них. В
результате таких процессов происходит интенсивное излучение ко-
лебательно возбужденных молекул воды в широком диапазоне длин
волн от инфракрасного до ультрафиолетового, а также образование
колебательно возбужденных молекул воды, ионов ОН”, Н+ и электро-
нов. Более детально физика этих процессов будет описана ниже.

Проанализируем теперь, какие реакции, в том числе и
колебательно-неравновесные, могут идти в таких условиях. В газо-
фазной среде главным релаксантом колебательной энергии, запасен-
ной в молекулах разных газов, являются свободные молекулы воды.
В данной ситуации азот и кислород оказываются в большей степени
очищенными от паров воды, и поэтому релаксация будет определять-
ся только столкновениями молекул азота и кислорода, для которых
скорости этих процессов в 10Ю00 раз более медленные, чем в при-
сутствии паров воды. В газо-фазной среде идут быстрые процессы
релаксации колебательной энергии, но, с другой стороны, скорости
столкновений молекул на порядки выше, чем в жидкости, и значи-
тельно быстрее идет процесс У-У накачки колебательной энергии в
молекулах Н2О. В процессе накачки колебательной энергией моле-
кулы воды при столкновениях с азотом будут передавать ему коле-
бательную энергию и, в связи с медленной релаксацией, азот будет
накапливать эту энергию, передавая далее молекулам кислорода.

Проанализируем процессы, происходящие при закрутке воздуха.
Для оценок времен передачи колебательной энергии между молекула-
ми газа запишем основные реакции колебательного У-У обмена между
молекулами и У-Т релаксации колебательной энергии, которые будут
идти в этих условиях (табл. 5.7). Типичные концентрации элементов в
смеси газов, как указывалось выше, будут составлять [О2]=0,15-Ю, 18;
[Ы2]=0,8; [Н2],[Н2О] = Ю '-ЧО’2; [О], [Н], [ОН]= ЮЮ-ду6; [НО2], [Н2О2],
[О3]=10 М0'6 и при сравнении времен процессов между собой надо
помнить, что скорость протекания реакции или скорость изменения
концентрации определяется произведением концентраций реагирую-
щих компонент и скоростного коэффициента.

Реакция № 1 описывает одноквантовые и многоквантовые пере-
ходы в молекуле воды и между молекулами при ее колебательном
возбуждении. Передача колебательных квантов может происходить,
как при столкновении молекул, а также излучением и поглощением
фотонов света. Реакции №2^5 (табл. 5.7) описывают внутренние про-
цессы перераспределения колебательной энергии между уровнями
молекулы Н2О, идущие в зоне содержащей пары воды. Скоростные
№	Реакции	К ,[см3/ моль/сек]	Литература
1	Н2О(П,1Л)+Н2О(У,4,Х)=>  Н2О(п±М,1±1л±Л)+  Н2О(у±МД±1,х±Л)	~ 101'	[3.52,3.53]
2	Н20(020)+Н20=>2Н20(010)	5,5x10й	[3.52]
3	Н2О( 100)+Н20=>Н20(020)	1,8x10”	[3.52]
4	Н2О(001 )+Н20=>Н20(020)	1,8хЮ”	[3.52]
5	Н2О(010)+Н,0=>2Н20(000)	4x10”	[3.52]
6	Н20(п,р,т)+М2=>Н20(000)+М,(п)	2,8x10"	[3.52]
7	М2(1)+М2=>2М2	ЗхЮ5	[5.20]
8	М2(1)+О2=>М2+О2	2,6хЮ6	[5.20]
9	М2(1)+О=>М2+О	2,1x10’	[5.16]
10	М2(1)+Н2О=>М2+Н2О	6x10’	[5.20]
11	М2(п)+М2(п)=>М2(п+1 )+М2(п-1)	1О’+1О10	[5.15]
12	М2(1)+О2=>М2+О2(1)	3,6x106	[5.20]
13	1Ч2(4)+О2=>М,+О2(6)		
14	О2(1)+О=>О2+О2	106	[5.69]
15	О2(1)+К,=>О,+Ч	4хЮ5	[5.20]
16	О2(1)+О=>О2+О	1012	[5.70]
17	О2(5)+О=>О2(4)+О	1,7x10”	[5.70]
18	О2(1)+Н2О=>О2+Н,О	10’	[5.70]
Табл. 5.7. Реакции колебательно неравновесных процессов, происходящих в закрученном потоке газа.			

коэффициенты этих реакций очень большие, включая и релаксацию
колебательной энергии в тепло, но, поскольку происходит постоян-
ная колебательная накачка за счет энергии межмолекулярных связей,
электромагнитных и акустических полей, то установится какой-то
уровень заселенности молекул Н2О, определяемый концентрацией
паров воды и скоростью вращения газа.

Передача запасенной колебательной энергии между молекула-
ми азота и воды осуществляется согласно реакции №6, а релакса-
ция колебательной энергии с уровней азота определяется реакциями
№7+10. Необходимо отметить, что скоростной коэффициент переда-
чи колебательной энергии от Н2О к М2 существенно выше (в 102+106
раз) процессов ее релаксации с уровней азота и, следовательно, в
азоте будет накапливаться колебательная энергия. Хотя коэффициент
релаксации молекул азота атомами кислорода высокий, но концен-
трация их будет небольшой (в сравнении с концентрацией азота).
Реакция №11 определяет процесс У-У накачки колебательной
энергией более высоких уровней молекул азота, при этом скоростной
коэффициент этого процесса больше скорости релаксации колебатель-
ной энергии молекул азота, поэтому будет идти процесс перераспре-
деления ее на более высокие колебательные уровни. Реакции №12, 13
описывают передачу колебательной энергии от молекул азота к кисло-
роду, видно, что скоростной коэффициент передачи с нижнего уровня
М2 на первый уровень О2 (реакция №12) сравним и меньше скорост-
ных коэффициентов релаксации ее в тепло. С другой стороны, вто-
рой и четвертый колебательные уровни азота (4647 и 9234 см ’) очень
близко расположены соответственно с третьим и шестым колебатель-
ным уровнем молекулы кислорода (4635 и 9212 см1, см. табл. 3.4а),
и скорость передачи энергии между ними за счет Ферми-резонанса
должна быть высокой. К сожалению, в научной литературе экспери-
ментальных данных по этим скоростных коэффициентам не удалось
найти. Реакции №14^18 определяют релаксацию колебательной энер-
гии молекул кислорода, при этом скоростные коэффициенты реакций
№ 16,17 достаточно высокие и они могут существенно препятство-
вать процессу колебательной накачки кислорода, но это будет когда
концентрация [О] достигнет значений, по крайней мере, равной 0,05.

Для описания химических процессов, идущих в закрученном га-
зовом потоке сделаем выборку из табл. 5.1, 5.2 химических реакций
с наибольшими скоростными коэффициентами при комнатной тем-
пературе (300°), а также из табл. 4.2 некоторых реакций, идущих в
жидких каплях и кластерах воды. Эти реакции представлены в табл.
5.8, которая отличается от табл. 4.2 для жидкости соответствующи-
ми другими значениями тепловых эффектов в газовой фазе. Прин-
ципиально важными являются реакции №1<-5 (табл. 5.8), которые
описывают процессы развала молекул воды в кластерах и каплях со-
вершенно также как в объемной жидкости. Причем, поскольку в ма-
лых каплях размером менее 10 5 см энергия связи молекул достигает
230 кДж/моль, то, соответственно, они оказываются сильно дефор-
мироваными, что приводит к накачке колебательной энергии такого
же уровня (см. гл. 3). В этом случае для колебательно возбужденных
молекул Н2О резко интенсифицируются реакции №1+5 в каплях и
кластерах, при этом оказывается, что в газовую фазу, в основном,
вылетают атомы и ионы водорода Н и Н+. Этот вывод надежно под-
тверждается многочисленными измерениями заряда испаряющейся
воды с поверхности жидкости водоемов и сосудов: в атмосферу ухо-
дит положительный заряд, а оставшаяся жидкость заряжается отри-
цательно [2.43, 5.71, 5.72]. За этот эффект ответственна практически
только одна термонейтральная реакция №4 по разложению молекулы
Н2О в присутствии свободного электрона на атом Н и ион ОН(ач)_, ко-
№	Реакции, Л<2 [кДж/моль]	[см5/ моль/сек]	Литература
1	Н,О, Л’Ч.ОН, , +Н • +55,84  2 («])	К1	(аф	(аф	к1=2,6* 10” к =1,3*1014	[116]
2	ОН, , =>ОН+е, ( + 538		[2.26]
3	Н\ +е , =>Н -51	2,2*10”	[4-6]
4	Н.О, Х004)+е =>Н+ОН, -4,84	10"	[4-5]
5	Н,О(004)+Н=>ОН+Н2 +62,8 (-177,2)	6,2* 1014	[3.51]
6	О2(0)+е (Е) =>О2(у)+ е (Е-у)		[4.7]
7	О2(5)+О2(5)=>О,+О+391,5 (-130,1)	7,2*10”	[4.17]
8	0,+М=ХЭ2+0+М+106,9	4,8*1010	[420]
9	0,+Н=>Н02+0+М -100,8	9*10”	[4.35]
10	ОН(7)+О,=>О+НО,+220,7 (-291,5)	1,2*10"	[4.21]
11	ОН+ОН+М=>Н2О+О-70,64	10'2	[4.8]
12	НО2+Н=>Н2О+О-221,14	1,7*10”	[4-8]
13	ОН+О=>О2+Н -70,2	1,8*10”	[4-22]
14	Н2( 1 )+О=>ОН+Н+7,8 (-52,6)	1,6* 1010	[4.23]
15	ОН(1)+Н =>Н,О+Н-62,84 (-45,8)	4,6*10"	[4.24]
16	Н2О+ОН=>Н,О2+Н+283,84		[4.25]
17	Н+НО2=>Н2+О2 -228,5	0,8*10”	[4.8]
18	НО2+ОН=>Н2О+О2 -291,34	2*10”	[4-8]
19	НО2+Н=>ОН+ОН-150,5	2,8*10”	[4-8]
20	НО2+О=>ОН+О2 -220,7	9,4*10”	[4.8]
21	НО2+НО2=>Н2О2+О, -159	2*10”	[4-8]
22	Н,О,+Н=>Н,О+ОН-283,84	2,5*10'“	[4.8]
23	Н2О,+ОН=>НО,+Н2О-133,34	4,9*10"	[4.8]
24	Н,О2+Н=>НО,+Н,-70,5	3,1*10’	[4.8]
25	Н,О,+О=>НО;+ОН-62,7	1,1*10’	[4-8]
26	ОН+ОН+М=>Н2О2+М-215	1,4*10”	[426]
27	Н+Н+М=>Н2+М -436	2,2*10”	[4.8]
28	0+0+М=ХЭ2+М -498,4	1,2* 1014	[4.8]
29	О+Н+М=>ОН+М -428,2	2,3*10”	[4.26]
30	О2+Н+М=>НО2+М -207,5	3,6* 10'6	[4.8]
31	ОН+Н+М=>Н,О+М -498,84	2,4*10”	[4.8]
32	О,+О=>О2+О2 -391,5	1,8*10”	[4.27]
33	О2+О+М=>О,+М -107	1,6*10”	[4-8]
34	Н =>е, -+ Н*+51		[4.9]
35	ОН1м1 +О =ХЭН+О, +229		[4-9]
Табл. 5.8. Таблица возможных химических реакций, идущих в жидких каплях и газообразной воде.			
торый в гидратированном виде Н,О, остается в капле (кластере), а
атом Н вылетает в газовую фазу. Кроме того, на поверхности капель
и кластеров постоянно происходит отрыв и присоединение молекул
Н,О, одновременно сильно колебательно возбужденные молекулы
капель и кластеров излучают кванты света, которые поглощаются в
окружающей среде и, таким образом, осуществляется колебательное
возбуждение всех молекул газовой смеси.

Поскольку воздух на 80% состоит из азота, у которого константа
релаксации колебательной энергии в тепло в 10-400 раз меньше, чем
у молекул других компонент газовой смеси, то в нем, фактически,
запасается колебательная энергия, подпитывающая все энергетиче-
ские процессы, описываемые реакциями табл. 5.8. К сожалению, в
литературе не удалось найти скоростных коэффициентов процессов
У-У накачки верхних колебательных уровней кислорода, но по ана-
логии, например, с реакцией азота (№11, табл. 5.7), поскольку моле-
кулы азота и кислорода близки по массе и строению, можно пред-
полагать, что скорости их будут не менее 10'° см’/моль/сек, то есть
существенно больше, чем релаксация колебательной энергии, поэто-
му в молекулах О, также будет запасаться колебательная энергия.
Анализ реакций №Н18 (табл. 5.7) показывает, что их скоростные
коэффициенты и последовательность процессов позволяет запасать
в закрученном потоке газа значительную колебательную энергию,
непрерывно поступающую от молекул Н2О, капель и кластеров.

Проанализируем некоторые реакции из табл. 5.8. Реакции №4, 5,
7, 10, 14, 15 экспериментально подтвержденные [4.5, 3.51, 4.7, 4.21,
4.23, 4.24], идут при колебательно возбужденных высоких уровнях
соответственно: у,=4, у,=5^-6, у(=7^-8 и у,=1 . Их микроскопические
скоростные коэффициенты (К.) измерены и для того, чтобы опреде-
лить средний скоростной коэффициент реакций, надо рассчитать
сумму в правой части формулы (5.6):

Крн =[( 1-ехр(-0/Ту))/( 1-ехр(-0))][Кр+К.ехр(-0п/Ту+п(п-1 )%/Т)],
где, соответственно, для реакций: №5 -0=552О°К, №7 -0=224О°К,
№10-0 =5137°К и №14 - 0=633О°К (см. 5.7); п - номер уровня.

Известно, что значения К. отличаются друг от друга на порядки,
максимальный эффект получается для высоких колебательных уров-
ней, при этом колебательная температура будет достигать десятка
тысяч градусов и сомножитель с экспонентой в формуле стремится к
единице, поэтому оценку скоростного коэффициента реакции мож-
но сделать по его микроскопическому значению. Сказанное кратко
означает следующее, что реакции №4, 5, 7, 10, 14, 15 (табл. 5.8) будут
идти только при высокой колебательной температуре молекул Н2О,
О2, Н2 и ОН, то есть, когда значительная часть молекул будут колеба-
тельно возбуждена на высоких уровнях.
Для того чтобы в смеси газов пошел процесс развала молекул
Н2О на оси вращающегося вихря, аналогично выше описанному при
сжигании СО, по реакции №5 (табл. 5.8) необходимо для нее посто-
янно с большой скоростью поставлять радикалы Н. Это может осу-
ществляться за счет реакций №1, 3,4 (табл. 5.8), которые будут идти
в каплях и кластерах жидкой воды, а атом водорода, вылетая из них,
вступает в реакцию с колебательно возбужденной молекулой Н2О.
Но реакции №1, 3^5 в совокупности эндотермичны и требуют под-
вода энергии извне в размере 62,8 кДж/моль, которая может отби-
раться от кинетической энергии молекул смеси газов, находящихся
вблизи оси вихря, то есть будет происходить охлаждение газа. Этот
вывод прекрасно согласуется с результатами экспериментальных ис-
следований трубки Ранке, изложенных выше.

Здесь необходимо отметить, что в жидкой воде все образующи-
еся радикалы и инородные молекулы на мономолекулярном уров-
не «отгорожены» друг от друга молекулами Н2О, подвижность их
крайне низкая и это благоприятствует образованию многозвенных
цепных реакций, показанных на рис. 4.2 и 4.3. Для газовой фазы
подвижность молекул в ~104 выше, чем в жидкости, поэтому будет
происходить очень быстрая релаксация колебательной энергии реа-
гентов, и вероятность образования многозвенных цепных реакций с
участием колебательно возбужденных молекул при низких темпера-
турах будет небольшой. Действительно, для случая низкотемпера-
турного горения СО с участием паров воды цепной процесс состоит
всего из двух прямых реакций №1 и №26 (см. табл. 5.1, 5.2), точно
также в данном случае цепная реакция развала молекулы Н2О вклю-
чает в себя только две: №4 и №5 (табл. 5.8).

Продуктами реакции №5 являются радикал ОН и Н2, и по мере
увеличения их концентрации в газовой смеси на оси вихря начнутся
равновесные реакции рекомбинации №11, №26, в результате кото-
рых будут образовываться и накапливаться продукты О, Н2О2. Пере-
кись водорода как нестабильное вещество в газовой фазе будет «раз-
валиваться» в соответствие с реакциями табл. 5.8 и образованием,
в конечном счете, стабильных молекул Н2О, О2, Н2. Для случая ре-
комбинации радикалов ОН из продуктов реакций №4,5 может идти
цепная экзотермическая реакция, показанная на рис. 5.11.

Может возникнуть вопрос, что с учетом этой цепной реакции
на оси вихря должно быть тепловыделение и нагревание газа, но это
не так. Во-первых, концентрация паров воды в данном случае будет
на 2-^3 порядка выше концентрации радикалов О и в общем балансе
тепла реакции №4,5 будут преобладать. Во-вторых, при образовании
молекул О2 и Н2О2, масса которых соответственно равна 32 и 34, они
тут же будут за счет центробежных сил вылетать с оси вихря, унося с
собой большую кинетическую энергию, то есть отбирать тепло от газа
в приосевой зоне. Таким образом, общий баланс тепла в осевой зоне
может быть и отрицательным, что и наблюдается в эксперименте. В
то же время общий баланс тепловыделения согласно цепной реак-
ции, показанной на рис. 5.11, во всем вихре, когда произошла полная
рекомбинация всех радикалов, должен быть положительным, то есть
происходит выделение энергии за счет развала молекул Н,О.

Поскольку в осевой зоне вихря постоянно идут процессы ко-
лебательной накачки молекул Н,О и ОН, то они будут излучать

кванты света во всем диапазоне длин волн, соответствующим пере-

ходам между их различными колебательными уровнями (см. табл.

№4 Вход НгО.	№4 Вход.Н,0.	№4 Вход:НгО,	№4 Вход:НгО.
Выход: Н,	Выход: Н.	Выход: Н.	Выход: Н.
АО“-4.84	ДО-4,84	ДО-4.84	ДОЧ84

№5 ВхокВД.
Н. Выход: Нь
ОН ДО +<2.8

№5 ВходН^),
Н. Выход Н».
ОН ДО +<2.8

№5 ВходН^),
К. Выход; Н],
ОН АО+62.8

№9 Вход:Н]0,
Н, Выход: Н2,
ОН ДО+<2,8

№НВход:2ОН. Нь
Выход Н]О, О.2Н,
ДО-7064

 1....

№11Вход:2ОН. 2Нг,
Выход НзО, ОДНг
ДО -70,64

№28 Вход:4НиН2О.

О.ВыходОиНзОЛН;
ДО - 498,4
Л01Г • 408

Рис. 5.11. Схема цепных реакций, протекающих в газо-
вой фазе с участием паров воды: М(Л [кДж/молъ]).

3.4-Н3.8). Этот факт так-
же подтверждается экс-
периментальным об-
наружением излучения
от газа на оси трубки
Ранке в диапазоне длин
волн 0,42-^12 мкм [5.54,
5.55].

За счет этого из-
лучения, а также стол-
кновительной передачи
колебательной энергии
от молекул газов на оси
вихря к периферий-
ным слоям газов, где,

I

I

в основном, находится азот и кислород, будет происходить накач-
ка колебательной энергией молекул 14, и О,. В таких условиях эта
энергия, во-первых, приведет к нагреву смеси газов за счет релакса-
ции ее на поступательные степени свободы, а, во-вторых, если этот
вихрь находится в цилиндрической трубе - к нагреву ее стенок за
счет поглощения излучения в них и релаксации колебательно воз-
бужденных молекул при столкновении их с материалом стенки. В
этом случае уже стенка будет нагревать «холодный» газ, и таким об-
разом слои газа на периферии вихря будут нагреваться, что также
подтверждается экспериментальными исследованиями трубки Ран-
ке. Одновременно, благодаря колебательной накачке молекул кис-
лорода на периферии вихря, там могут пойти реакции №8, 9 (табл.
5.8) по образованию озона и атомарного кислорода. Второй эффект
нагревания газа в пристеночной области трубы связан с преобразо-
ванием работы сил трения в тепло.

В приосевой зоне вихря существует повышенная концентрация
паров воды, а, следовательно, повышенная релаксация колебательной
энергии, но в остальной зоне вихря, где содержание молекул Н2О су-
щественно меньше, а концентрация молекулярного кислорода повыша-
ется к периферии, также идут колебательно неравновесные процессы,
но несколько по другой схеме. Колебательно возбужденные молекулы
воды в приосевой зоне при столкновениях с молекулами азота посте-
пенно передают ему колебательную энергию, а затем она резонансно
практически без потерь распределяется по всему столбу вихря в ради-
альном направлении и доходит до последних слоев, находящихся, на-
пример, у стенки трубы. В этих слоях вихря, где существует повышен-
ная концентрация кислорода, колебательная энергия от молекул М2 по
реакциям №12,13 (табл. 5.7) передается молекулам О2 причем накачка
может происходить до колебательных температур (~10000°К) эквива-
лентных энергии активации реакции №7 (табл. 5.8) А()=130 кДж/моль.
Далее колебательно-возбужденные молекулы кислорода, сталкиваясь
между собой, создают условия для протекания реакции №7 (табл. 5.8),
и в смеси накапливаются элементы О3 и О. Необходимо отметить
также еще одно важное условие существования такого процесса, что
скоростной коэффициент химической реакции №7 (табл. 5.8) суще-
ственно больше релаксационных процессов №14,15,18(табл. 5.7). Это
означает, что реакция образования О3 и О проходит намного быстрее,
чем релаксация колебательной энергии молекулярного кислорода при
столкновении его с молекулами смеси газов. Сильным релаксантом ко-
лебательной энергии является атомарный кислород (реакции № 9, 16,
17, табл. 5.7), но он начнет заметно влиять на колебательно неравно-
весные процессы при достижении концентраций [О] ~0,01.

Оценка энергетики этого процесса показывает, что, если закру-
тить газовый поток с тангенциальной скоростью ~300 м/сек (околоз-
вуковой поток), что соответствует срабатыванию перепада давления
АР=2 ат, то можно будет переработать в озон и атомарный кислород
до 11% молекулярного кислорода, находящегося в воздухе, и полу-
чить суммарную концентрацию [О3] + [О] = 0,02. Еще проще решить
эту задачу по увеличению наработки О3 и О, если предварительно
нагреть воздух на 50^-60°С.

Осветим также некоторые вопросы колебательной накачки мо-
лекул - реагентов в реакциях №6, 7, 10, 14, 15 (табл. 5.8). В случае,
когда в газовой смеси присутствую пары, мелкие капли и кластеры
воды, то, благодаря почти термонейтральной реакции №4 (табл. 5.8),
с поверхности этих капель и кластеров в газовую среду могут выры-
ваться свободные электроны с энергией в диапазоне 1,5кТ<11э<269
кДж/моль (см. гл. 4). Еще одна возможность образования свобод-
ных электронов связана со взрывом аэрозолей. Эти электроны могут
колебательно возбуждать молекулы О2 согласно реакции №6 (табл.
5.8), что показано в работе [4.7]. Второй путь колебательной накачки
молекул О2 - это при столкновении их с колебательно возбужденны-
ми молекулами азота, а третий: излучательно-поглотительным про-

цессом квантов излучения.

Эффективность накачки колебательной энергией радикала ОН
определяется сравнением его с первого по седьмой колебательных
уровней, например, с уровнями асимметричной моды молекулы Н2О
в газовой фазе (см. табл. 3.4а), которое показывает, что отличие их
составляет всего на АЕд/Е1=0,0015+0,023, то есть существует прак-
тически полный резонанс. Поэтому, если молекулы Н,О будут коле-
бательно возбуждены, то обязательно при столкновениях и излуча-
тельным путем энергия с большой вероятностью будет передаваться
радикалам ОН. При этом возникает вопрос, почему в неравновесной
реакции №10 (табл. 5.8) скоростной коэффициент по сравнению с
равновесной №16 (табл. 5.1) увеличивается в 6* 1039 раз (экспери-
ментальный факт)? Это можно объяснить следующим образом:
квант колебательной энергии перехода радикала ОН из возбужден-
ного состояния ОН(7) в состояние ОН(6) равен 3227 см1, а первый
колебательный уровень молекулы О2 составляет 3223 см1, поэтому

при столкновении этих молекул практически с полным резонансом

пойдет реакция: ОН(7)+О2(0)=>ОН(6)+О,(1)+ДЕд=4 см1. Молекула
кислорода становится колебательно возбужденной, электронные ор-

битали ее перестраиваются и, взаимодействуя с электронными орби-
талями возбужденной молекулы ОН, образуют долгоживущий ком-

плекс, который затем разваливается на продукты реакции О и НО2.
Возбуждение молекулы водорода может происходить по реакции:

Н20(у],3,у3)+Н2(0)=>Н20(у|,0,у3)+Н2(1)+ДЕ =-287 см '.

В заключение изложенной теории необходимо ответить на глав-

ный вопрос: откуда из среды берется энергия, выделяющаяся в виде
тепла экзотермических реакций № 9, 11+33 (табл. 5.8), и действует
ли закон сохранения энергии для этой замкнутой системы? Закон со-

хранения энергии остается в силе, и энергия черпается из среды - в
данном случае газовой смеси. Как известно, на основе существую-
щих постулатов квантовой механики энергия свободных атомов и
молекул больше, чем объединенных в молекулу или кластер [1.2].
Но на самом деле, как подробно изложено в главе 1 настоящей кни-

ги, эта «потерянная» часть энергии молекулы или атома частично
переходит в энергию связей - дисперсионных сил между частицами
и энергию их деформаций. Так, например, в данном случае энергия
связей молекул воды в димере составляет ~18 кДж/моль, а в заро-
дыше конденсирующейся капли до 230 кДж/моль. В молекуле Н2О,
входящей в состав таких комплексов, эта энергия аккумулируется на
колебательных степенях свободы асимметричной, симметричной и
деформационных мод.
Но эта энергия обычно рассеяна в парах воды или газовой среде,
содержащей пары воды, и встает задача: упорядочить расположение
молекул, кластеров, капель и, в конечном счете, электрических дипо-
лей, то есть создать квазикристаллическую структуру, которая позво-
лит отобрать эту энергию у молекул Н,О. Для создания такой струк-
туры и требуется закрутка газовой смеси, куда затрачивается, между
прочим, чисто механическая работа небольшой величины. В создан-
ной упорядоченной структуре в соответствие с квантовыми и термоди-
намическими законами происходит перераспределение колебательной
энергии между молекулами и в молекулах по колебательным уровням,
а часть энергии за счет У-У процессов переходит на вышележащие
уровни, о чем подробно описано в гл. 3. Таким образом, образуется
часть молекул Н,О с высоко возбужденными колебательными уровня-
ми, энергия которых появилась (еще раз подчеркнем) за счет диспер-
сионной энергии межмолекулярных и межатомных связей.

При столкновениях свободных молекул Н,О с молекулами воды
в кластерах колебательная энергия передается им, и далее в процес-
се взаимодействия свободных колебательно-возбужденных молекул
воды с радикалом Н происходит реакция №5 (табл. 5.8). Выделяю-
щаяся энергия в результате реакций №9, 1103 (табл. 5.8) является
уже энергией развала молекулы Н,О на радикалы ОН и Н, то есть
атомарных связей молекулы, причем принципиально важно, что в
первое мгновение после реакции большая часть ее экзотермической
энергии запасается на колебательных степенях свободы молекул -
продуктов реакции (см. табл. 5.1,5.2). Далее при столкновениях этих
молекул с молекулами воды, азота, кислорода, а также кластерами и
каплями энергия постепенно перераспределяется в системе. Таким
образом, за счет развала части молекул воды образуется источник
энергии, который подпитывает созданную квазикристаллическую
структуру, и энергетика дисперсионных связей не нарушается. Ко-
нечно, часть колебательной энергии превращается в кинетическую
энергию молекул, то есть в тепло. Из всего этого изложенного ма-
териала можно сделать фундаментальный вывод: в вихре закручен-
ного воздуха, содержащего пары воды, энергия появляется за счет
разложения части молекул воды, то есть вода является «топливом»
для происходящих процессов «горения».

Выделяющаяся в результате экзотермических реакций энергия,
в первое мгновение запасается, в основном, на колебательных степе-
нях свободы молекул - продуктов реакций. Это связано с тем фактом,
что кинетическая энергия молекул при низкой температуре (~300°К)
невысокая 20 кДж/моль и в результате акта реакций №15-^33 (табл.
5.8), когда выделяется от 60 до 500 кДж/моль, даже в случае равно-
вероятного распределения на каждую молекулу продуктов реакции
будет приходиться от 30 до 250 кДж/моль. Тогда, например, скорость
радикалов О и Н (у которых нет колебательных степеней свободы),
образующихся в результате реакций №11+16 (табл. 5.8), должна уве-
личиться по сравнению со средними скоростями молекул в 100+ 1 000
раз, что имеет малую вероятность в связи с распределением энергии
частиц по функции Больцмана. Прямая релаксация колебательных
квантов в кинетическую энергию молекул (в тепло) также малове-
роятна, так величины колебательных квантов первых уровней трех
мод молекулы Н2О антисимметричной, симметричной и деформа-
ционной составляют 45, 43,7 и 19 кДж/моль, а, например, седьмых
уровней соответственно: 291, 284 и 125 кДж/моль. Чтобы, например,
самый малый квант деформационной моды первого уровня 19 кДж/
моль перешел в тепло необходимо, чтобы одновременно в одном
месте столкнулись 6+7 молекул, и такой многоквантовый переход
имеет очень малую вероятность. Поэтому релаксация колебательной
энергии в такой неравновесной газовой среде происходит иначе, в
основном, следующими тремя способами.

Первый способ связан с постоянным перераспределением ко-
лебательной энергии между сталкивающимися молекулами, когда
квант энергии с уровня молекулы одного сорта переходит на коле-
бательный уровень молекулы другого сорта. В этом случае разность
энергий колебательных уровней, участвующих в процессе передачи
кванта, так называемый дефект энергий ДЕд, переходит в кинетиче-
скую энергию сталкивающихся молекул с очень большой вероятно-
стью, когда | ДЕд | <кТ. Точно также с большой вероятностью будут
совершаться переходы колебательных состояний внутри одной мо-
лекулы, если величина ангармонизма колебательных уровней мень-
ше поступательного «кванта» энергии.

Второй способ релаксации осуществляется с помощью одно-
квантовых переходов колебательно возбужденных молекул сразу
на нулевой колебательный уровень путем излучения кванта элек-
тромагнитной энергии, поэтому характерной особенностью таких
колебательно-возбужденных газовых сред является наличие излуче-
ния в диапазоне соответствующим колебательным уровням молекул
всех газов. Для рассматриваемого примера смеси воздуха с парами
воды можно ожидать спектр излучения в диапазоне от инфракрасно-
го до ультрафиолетового (12+0,277 мкм).

И, в-третьих, интенсивная релаксация колебательной энергии
происходит при столкновении возбужденной молекулы с твердой
стенкой или взвешенными в газовом потоке твердыми частицами.
Когда колебательно возбужденная газовая молекула при столкнове-
нии контактирует с твердой поверхностью, то в первое мгновение
происходит ее адгезия (прилипание), и ее возбужденные электрон-
ные орбитали, взаимодействуя с электронными орбиталями атомов
вещества, из которого состоит стенка, в связи с отсутствием резо-
нанса, частично или полностью передают колебательную энергию
его атомам. Но степень релаксации на твердой поверхности сильно
зависит от сорта молекул и материала вещества, так, например, доля
релаксирующих молекул азота на поверхности металлов (сталь,
алюминий, платина, серебро) составляет всего 0,001^0,014, а коле-
бательно возбужденных молекул СО, на платине 0,27X1,4.

5.4.4.2.	Объяснение экспериментальных явлений, происходящих
в закрученном газовом потоке

В данном разделе, основываясь на изложенной теории, попыта-
емся ответить на вопросы, поставленные выше о процессах в закру-
ченном потоке смеси газов. Влияние воздуха, подаваемого в карбю-
ратор двигателя внутреннего сгорания и прошедшего закрутку, уже
ясно из изложенной теории. Озон и атомарный кислород являются
сильнейшими окислителями (по химической активности находятся
на втором месте после атомарного фтора) и если их подать вместе с
воздухом в камеру сгорания углеводородных топлив, то резко уско-
ряются процессы развала молекул сложных углеводородов за счет
уменьшения энергетического барьера реакций, более эффективно
используется вся теплотворная способность горючего, дожигаются
все остатки углеводородов, СО, сажи и существенно уменьшается
содержание вредных веществ в выхлопных газах.

Охлаждение газа в приосевой части и нагрев в пристеночной
части трубы Ранке связано с двумя процессами: один - это излуче-
ние колебательно возбужденных молекул газа (в основном молекул
воды), находящихся вблизи оси трубки, которое, поглощаясь в стенке
трубы, нагревает ее, а от трубы нагревается пристеночный слой газа.
Этот эффект правильно определен в работе [5.57], но только причину
излучений молекул газов в ней автор связывает с протеканием ядер-
ных реакций и превращением части массы вещества в излучение.

Второй процесс определяется передачей колебательной энергии
сталкивающихся молекул газа в направлении обратном градиентно-
му ее распределению по радиусу трубки от оси к стенке. Эта коле-
бательная энергия через столкновения молекул доходит до стенки
трубки и релаксирует в тепло. Кроме того, частично газ у стенки
трубки может нагреваться, за счет экзотермических реакций реком-
бинации радикалов О и ОН (см. табл. 5.8) и работы сил трения о
стенку. Увеличение этого эффекта с ростом давления газа на входе в
трубку связано с тем, что возрастает массовый расход паров воды в
смеси газа.
Уменьшение энтальпии смеси газов на выходе трубки Ранке
по сравнению со входом на 9+24% вызвано тепловыми потерями
в окружающую среду с металлических стенок и излучением боль-
ших квантов энергии от газа через отверстия. Кроме того, измерение
температуры в потоке колебательно возбужденных молекул газа с
помощью термопар некорректно, поскольку регистрируется только
поступательная температура, а колебательную температуру таким
образом определить нельзя, в то же время на колебательных степе-
нях свободы молекул может оказаться значительная часть энергии.
Третий фактор, который не учитывается при таких измерениях, за-
ключается в том, что в смеси вытекающих газов может оказаться
значительная концентрация радикалов и молекул О, ОН, О3, Н2О2, на
образование которых затрачено значительное количество энергии,
которая не учитывается в общем тепловом балансе.

Вращение приосевой части газового потока в сторону противо-
положную основному периферийному потоку вызвано двумя разно-
направленными факторами влияния на структуру потока: радиаль-
ным распределением тангенциальных скоростей и температурным
полем в поперечном сечении трубы, что, в свою очередь, определяет
распределение плотности газа по радиусу и влияет на поле массовых
сил. В этом случае могут появляться вторичные течения - в данном
случае закрутка приосевой части в противоположном направлении.
Такие течения исследовали еще в ранних работах при использова-
нии лопаточного завихрителя и тангенциального вдува [5.81] и они
связаны только с газовой динамикой потока.

Очень интересны результаты, полученные автором работы
[5.53, 5.54] по измерению излучения из приосевой струи газа на
выходе трубки Ранке. Он наблюдал излучение на длинах волн 5+12
мкм и в видимом диапазоне (голубое свечение). Эти эксперимен-
тальные данные напрямую подтверждают вышеизложенную теорию
колебательно-неравновесных процессов, происходящих в закручен-
ном потоке воздуха и содержащего пары воды. Для справки при-
ведем стандартную таблицу классификации всех типов излучения
(табл. 5.9).

Как уже излагалось выше, возможный диапазон излучения ко-
лебательных квантов с возбужденных молекул смеси газов О2, Л2,
Н2О составляет 6,3-4),277 мкм и голубое свечение - 0,42-4),43 мкм,
наблюдаемое в опытах, входит в этот диапазон. Измеренное инфра-
красное излучение 5+12 мкм только частично перекрывается диа-
пазоном излучения свободных молекул. Но если обратимся к табл.
3.1, где приведены спектральные характеристики резонансного по-
глощения в жидкой воде, то увидим, что длины волн 7+12 мкм от-
носятся к либрационным колебаниям молекул Н2О и кластеров. Этот
Тип волны	Диапазон длин	Частота, Гц	Энергия кван- та, см-1
Низкочастотные волны, и			
Инфранизкие	Ю"+Ю10	ЗхЮ-з -ЗхЮ-з	Ю13+Ю12
Низкие	Ю|о+Ю8	0,03 +3	ю|2+ю-9
Промышленные	108НО6	3-3x102	109+107
Звуковые	106+Ю4	ЗхЮ2-ЗхЮ4	Ю’-Ю5
Радиоволны, м			
Длинные	ю3 -но4	Зх104-Зх105	ю-6+ю-5
Средние	ю2 +ю3	ЗхЮ5 -ЗхЮ6	10'5-10-4
Короткие	10 +Ю2	Зх1О6НЗх1О7	10 4-103
Ультракороткие	0,1 -ю	ЗхЮ7 -3 x10я	103-102
Высокочастотное излучение, мм			
Сантиметровые	102 НО	ЗхЮ8 -ЗхЮ’	10-2-10-'
Миллиметровые	ю-н	ЗхЮ9 -ЗхЮ10	0,1+1
Переходные	1+0,1	ЗхЮ10-3x10"	1+10
Инфракрасное излучение, мкм			
Далекое	100+10	ЗхЮ" -ЗхЮ12	10-ю2
Близкое	0,75-10	4хЮ|4-Зх1013	13340+1000
Видимый свет, мкм			
Красный	0,65+0,75	4,6х1014-4х1014	15397+13340
Оранжевый	0,59+0,65	5,08хЮ|4-4,6хЮ14	16963+15397
Желтый	0,53+0,59	5,66хЮ|4-5,05хЮ14	18883+16963
Зеленый	0,49+0,53	6,12хЮ|4-5,66х1014	20424+18883
Синий	0,42+0,49	7,14х10|4-6,12хЮ14	23829+20424
Фиолетовый	0,4+0,42	7,5х10|4-7,14х1014	25020+23829
Ультрафиолетовое излучение, мкм			
Ближнее	0,2-0,4	1,5хЮ15-7,5хЮ14	5ХЮ4+25О2О
Дальнее	0,01+0,2	Зх10|6-1,5х1015	105+5х104
	Рентгеновское	излучение, мкм	
Весь диапазон	0,01-10'6	ЗхЮ|6-ЗхЮ20	106+Ю10
Гамма излучение, мкм			
Весь диапазон	2x10-5-10’8	1,5хЮ|9-ЗхЮ22	5хЮ8+Ю12
Табл. 5.9. Классификация длин волн различных типов излучений.			
факт еще раз подтверждает очень важный вывод о том, что в парах
воды, по крайней мере, осевого потока, присутствуют куски жидко-
кристаллической решетки - кластеры. При этом в них возбуждены
не только сами молекулы, но и перенасыщены энергией межмолеку-
лярные связи, что и приводит к излучению «лишних» квантов.

Эффекты увеличения кинетической энергии выхлопной струи
и тяги при истечении из дозвуковых сопел и эжекторов [5.59-^5.62]
получаются на основе следующей физики явлений. Выделяющаяся
тепловая энергия в пристеночном вихре (см. рис. 5.9) вместе с наруж-
ными слоями воздуха поступает в выхлопную струю, а если подвести
тепло к дозвуковой струе, то скорость ее увеличивается, и, следова-
тельно, возрастает ее импульс и тяга. Получение такого эффекта для
осесимметричных сопел эжекторов больших размеров в импульсном
режиме, по-видимому, связано с неустойчивостью торроидального
вихря в стационарном режиме, который может разрушаться.

Из всего вышеизложенного материала по закрутке воздуха в тру-
бе сразу становится ясной проблема торсионных полей. По-сути, это
обычные слабые электромагнитные поля с осевой направленностью, и,
что очень важно, частотные характеристики их тесно связаны со спек-
тральными характеристиками молекул воды. Эти свойства определяют
особую их роль при воздействии на воду и биологические объекты.

5.5.	Капельно-кластерное, аэрозольное состояние воды

Основная масса воды в воздухе и облаках, в основном, находит-
ся в капельно-кластерном аэрозольном состоянии, и она приобрета-
ет новые свойства. До сих пор остается много вопросов о взаимодей-
ствии аэрозолей между собой, устойчивости их состояния, влиянии
различных типов воздействий (тепловых, геомагнитных, разного
типа излучений и полей). Вода в таком состоянии может использо-
ваться в различных устройствах для получения энергии, разложения
на водород и кислород, создания различного рода движителей и дру-
гих целей, поэтому попытаемся разобраться в ее свойствах.

5.5.1.	Теория и некоторые экспериментальные данные
капельно-кластерного аэрозольного состояния воды

Будем рассматривать только вопросы устойчивости жидких аэ-
розольных кластеров и капель при влиянии на них различных типов
воздействий, обзор которых приведен в монографии [2.7]. Размеры
водных аэрозольных частиц колеблются в очень широком пределе от
минимально возможного кластера - димера до капель в несколько
миллиметров в диаметре, но основная масса находится в диапазоне
от 0,2+8 мкм. В то же время устойчивость капли или кластера при
внешних воздействиях будет зависеть и от их размера. Поведение
кластеров при образовании неустойчивостей в процессе фазовых
переходов первого и второго рода, инициируемых внешними поля-
ми, исследовалось экспериментально в работах [5.107+5.109, 5.113,
5.114], из которых можно сделать выводы, что распад кластеров про-
ходит в два этапа [2.7]:

-	образование неустойчивости кристаллической решетки кла-
стера за счет температурных неоднородностей, сопровождающейся
излучением на длине волны 0,340 мкм (излучение Дике) и электро-
магнитных излучений [5.113], а также, вероятно, излучений мягкого
рентгеновского диапазона (П<5 кеу) [5.114];

-	распад кристаллической структуры кластера с образованием
неравновесной холодной плазмы из высокоэнергетических частиц
(электронов, протонов).

Подобные процессы происходят с кластерами и каплями, как в
свободной жидкости (ассоциатах), так и в водных аэрозолях, причем
они являются необратимыми и идут, как правило, в независимых или
слабо зависимых энергетически друг от друга кластерах. В работах
[5.115, 5.116] теоретически исследовали неустойчивое поведение
кластера воды в пересыщенном паре от начального состояния, ког-
да он от какого-то зародыша начинает расти, достигая критического
размера, и последующего его состояния, вызванного началом испа-
рения. Отличительной особенностью поведения кластера в состоя-
нии, когда его размер меньше критического, связано с перестройкой
его кристаллической структуры, что сопровождается резким увели-

чением амплитуды осцилля-
ций размеров и формы частиц.
Вблизи точки критического
пересыщения аэрозольных ча-
стиц происходит резонансное
возбуждение низкочастотных
колебательных мод, как по-
казано на рис. 5.12 [5.115]. В
работе [5.116] на основании
использования в расчетах мо-

0 0,2	0,6	1 ш(1)

Рис. 5.12. Ктебания в модельная кластере в
конденсационная - испарительная режиме:
1 - докритический режим; 2 - пересыщение
частицы [5.115]

высокими значениями добротности,

дели электромагнитных волн
(ЭМИ) диэлектрических сфер
кластера, определено, что в
их частотном спектре выделя-
ются моды шепчущей галереи
(МШГ), отличающиеся весьма

и делается предположение о возможности нелинейных резонансных
эффектов. Энергетические оценки, выполненные в работе [5.116],
показывают, что даже без учета вкладов кулоновских сил порог па-
раметрического возбуждения упругих колебаний ЭМИ МШГ невы-
сок и составляет Ри=0,1+0,001 Вт/см2. Кроме того, наряду с ЭМИ,
возможны также возбуждения колебаний в результате акустических
и электротепловых осцилляций. Оценка вклада электротепловых ко-
лебаний показывает, что для мод типа НЫО и размеров капель 4+8
мкм их пороговая мощность возбуждения составляет Ю^+Ю-4 Вт,
при этом период осцилляций равен 10‘6+10'8 сек.

Расчеты показывают [5.117], что в процессе возбуждения коле-
бательных мод в частицах водного аэрозоля кулоновские силы вытя-
гивают, либо сжимают шаровую поверхность, деформируя ее в виде
структур в направлении колебательных мод. Особое место занимают
аксиальные моды, обеспечивая за счет перераспределения зарядов
на поверхности частицы взаимодействие между ними. Возбуждение
низкочастотных мод колебаний отдельных частей кластера может со-
провождаться частичной (послойной) перестройкой кристаллической
структуры, в связи с чем, возникает термодинамическая неустойчи-
вость, в результате которой может инициироваться фазовый переход
первого или второго рода в отдельных частях кластера. В подтвержде-
нии этого в работах [5.118, 5.119] получены экспериментальные дан-
ные, свидетельствующие о резонансном характере испарения воды с
поверхности частиц даже в отсутствии внешних возбуждений.

Экспериментальное исследование влияния электромагнитно-
го поля на поведение аэрозольных частиц было осуществлено в ра-
ботах [5.120, 5.121], оказалось, что в электрическом поле аэрозоли
выстраиваются в некоторую структуру кубической симметрии, но,
главное, некоторые аэрозоли начинают распадаться с одновремен-
ным сильным свечением, причем они движутся вдоль силовых ли-
ний электростатического поля по направлению к положительному
заряду, образуя светящийся «хвост», как у кометы. Фотографический
снимок такого распадающегося аэрозоля в электромагнитном поле,
вылетающего с какой-то скоростью в атмосферу из источника, при-
веден на рис. 5.1 Зв. Видно, что аэрозоль состоит из светящихся слоев,
разделенных темными полосами, которые, в свою очередь, включают
в себя очень мелкие светящиеся точки. Таким образом, с некоторой
определенностью можно сказать, что крупные аэрозоли (капли) под
действием электромагнитного поля распадаются на множество мел-
ких кластеров, и при этом наблюдается сильное свечение.

Результаты экспериментального поведения естественных аэро-
золей воздуха в электромагнитном поле приведены в работах [2.7,
5.121], которые осуществлялись с помощью установки, включающей
в себя: генератор низкочастотных электромагнитных колебаний, со-
стоящий из двух пространственно разнесенных пластин электродов,

нагружаемых периодическим электрическим потенциалом синусои-
дальной формы; счетчик СТС-5 для определения градиентов стоячей
волны; аппаратуру для фотографирования. Были проведены иссле-
дования распада естественных водных аэрозолей, находящихся в ат-
мосферном воздухе. Пример подобного процесса в виде фотоснимка

Рис, 5.13. Фотографии (б, в) и схема распада частиц водного
аэрозоля в атмосфере (а), облученной электромагнитным по-
лем: б) масштаб 1:5; 1:35; в) распадающийся водный аэрозоль в
присутствии электрического поля, вылетающий из источника в
атмосферу [2.7,5.120,5.121].

и предлагаемая авторами схема их распада при малых градиентах
электрического поля приведены на рис. 5.13а,б. Отмечены следую-
щие стадии распада (рис. 5.13а): 0 - начальное состояние аэрозоля;
№1, 2 - деформация его под действием электрического поля,, при
этом время перехода от стадии №2 к №3 составляет т= 10'5-*-10"6 сек;
третья стадия распада характеризуется очень высокой интенсивно-
стью излучения 13=15* 1010 и малым временем процесса т=1013 сек;
в четвертой стадии происходит развал аэрозоля на радикалы, ионы,
электроны, колебательно возбужденные молекулы Н2О; в процессе
пятой стадии образуется светящаяся сфера с излучающим ядроми
временем существования т=10'5 сек.

При малых градиентах электрического поля получается развал
аэрозолей по схеме, показанной на рис. 5.13а, а в случае больших
градиентов аэро-
золи начинают
двигаться вдоль
электрических
силовых линий к
положительному
заряду и остав-
ляют за собой
светящийся след.
Характерный
размер внешней
светящейся сфе-
ры составляет
несколько мил-
лиметров и мало
отличается для

капель различ-
ных размеров,
хотя интенсив-
ность вспышек

значительно варьируется между ними. К этим экспериментам надо
сделать следующее замечание: нигде в монографии [2.7] не сказано
о спектральном составе излучения - неясно это видимый диапазон
или диапазон ультрафиолета, поскольку фотопленка регистрирует
все излучение в этом интервале длин волн, а кварцевые стекла объ-
ектива пропускают его.

В монографии [2.7] отмечено, что для возникновения неустой-
чивости в частице аэрозоля при стабильных термодинамических
условиях в атмосфере в ней должны развиваться механические на-
пряжения или изменяться фазовая прочность кристаллов, которые
могут быть индуцированы электрическими, магнитными, акусти-
ческими полям, СВЧ излучением, а также механическими воздей-
ствиями. Далее говорится, что капли аэрозоля всегда заряжены до
величины критического заряда: цкр=(16лог3)1/2, где г - радиус капли,
и при воздействии электрического поля Еэ>Еэкр=(16ло/г)|/2 части-
ца распадается. Оценка для радиуса капли г=4 мкм показывает, что
критическая напряженность электрического поля для водяной капли
при температуре ~300°К составляет ЕЭК[~106 В/см.

Опишем еще один очень важный для данной проблемы экспе-
римент, приведенный в монографии [2.7] - облучение воздушного
пространства в вертикальной плоскости с помощью специального
генератора С. Авраменко, излучающего, как написано в моногра-
фии, «внутренние гравитационные волны» с целью уничтожения
аэрозолей субмикронных размеров. Генератор включал в себя транс-
форматор Н. Тесла и пространственную антенну, одна секция кото-
рой представляла собой конструкцию из четырех равнобедренных
пирамид с квадратным основанием, на вершины которых устанавли-
валась еще одна такая же пирамида. Зондирование атмосферы осу-
ществлялось с помощью лидарного комплекса на основе АИГ-Мс!
- лазеров. Результаты экспериментов вертикальных профилей аэро-
зольного ослабления атмосферы приведены на рис. 5.14.

Карты аэрозольного распределения на рис. 5.14 показывают, что
воздействие генератора очень существенно - характер уменьшения
концентраций аэрозолей устойчив по объему до высоты 4^-5 км, и
процесс этого уменьшения зависит от длительности работы гене-
ратора. Так, через 20 мин после включения генератора происходит
значительное (более чем на порядок) уменьшение коэффициента аэ-
розольного ослабления на высотах до 1,5 км относительно антенны
на земле, и далее оно распространяется на высоту до 4,5 км. Очень
важно, что после отключения генератора зона с аномально низкими
значениями аэрозолей продолжает увеличиваться. Аэрозольные ано-
малии в воздушном пространстве после работы генератора в течение
нескольких часов достигали в горизонтальной плоскости размеров
несколько сотен метров и в дальнейшем расширялись на километры.
Например, через шесть часов работы генератора диаметр зоны аэро-
зольной аномалии составлял 2,4 км, а скорость фронта ее распростра-
нения была 0,4^6 км/час вне зависимости от направления ветра.
В данном слу-
чае надо несколь-
ко слов сказать
о «внутренних
гравитационных
волнах». В гене-
раторе С. Авра-
менко использует-
ся трансформатор
Н. Тесла, который
является импульс-
ным генератором
торроидальных
магнитных полей,
распространяю-
щихся в простран-
стве отдельными
цугами. О кон-
струкции транс-
форматора Н.
Тесла и его харак-
теристиках под-
робно изложено,
например, в бро-
шюре [1.25], из
которых следует,
что оптимальная
частота испускае-
мых торроидаль-
ных магнитных
вихрей близка к
200 кГц. Подоб-
ные изолирован-
ные образования
магнитного поля
называются соли-
тонами, которые

; ВМЖ;

>4	, И ЦЩ.

	;.<> »-

им	1	-

«КЗ	-

ЯМ* ’ '
\ • -ВРИ К ««Л

I

(Н •

14	М

ь 'Г1 л.4 в)

,»Л-2Л
•».<о

X.» |п,<1

Рис. 5.14. Вертикальные профили коэффициентов аэрозольного
ослабления в поперечном направлении относительно скорости
ветра: а) фоновые изменения; б) начальная фаза работы генера-
тора (через 20мин); в) после работы генератора 40мин. [2.7].





,	X о, 1

могут распространяться на большие расстояния с минимальными
потерями энергии [1.12]. То, что в генераторе С.Авраменко излуча-
ются торроидальные магнитные вихри указывает и форма передаю-
щей антенны.

Приведем здесь развернутую теорию, объясняющую распад аэ-
розолей в воздухе. В соответствие с анализом, проведенным в гл. 2,
энергия деформации молекул Н2О в капле аэрозоля, в зависимости от
ее радиуса в диапазоне от ядрообразования до микронных размеров
изменяется от 230 до 70 кДж/моль. Жидкокристаллическая структура
такой малой капли близка к кубической (лед VIII), и внутри капли
энергия деформации молекул будет находиться в диапазоне 100-440
кДж/моль. Это означает, что молекулы воды в такой капле могут быть
колебательно возбуждены от третьего уровня деформационной моды
и до пятого-шестого уровня симметричной или асимметричной моды.
Кроме того, за счет сильного сжатия и деформации молекул Н2О их
спектральный состав колебательных уровней будет существенно от-
личаться от такого же для газовой фазы, что видно из сравнения их
в табл. 3.4а. Как показали расчеты и эксперименты, приведенные
выше, такие капли, а тем более крупных размеров крайне неустойчи-
вы к внешним электрическим, магнитным, акустическим полям, СВЧ
излучению, а также механическим воздействиям.

При подобных типах воздействий начинает происходить струк-
турная перестройка кристаллов, теряется устойчивость кластеров и
уменьшается энергия связи между ними в капле. Развиваются ко-
лебательные процессы динамической подвижки частей жидкости
в капле друг относительно друга. При этом если частота внешнего
воздействия будет совпадать с собственной частотой акустических
колебаний для данного размера капли, то она может развалиться на
более мелкие части (см. рис. 5.13). Как показывают оценки, критиче-
скими значениями электротепловой энергии, подводимой к каплям,
приводящими к их развалу, определены величины Ю ^Ю-4 Вт.

Определяющим фактором в развале капель аэрозоля в экспери-
ментах, приведенных в монографии [2.7], является не электрическое
поле, а слабое и очень слабое (вплоть до 8000 раз меньше геомагнит-
ного поля земли) переменное магнитное поле, всегда сопутствующее
переменному электрическому полю, физика воздействия которого на
жидкую воду частично освещена в гл. 3,4 и более подробно изложена
в гл. 6. Такое воздействие на очень малый объем жидкости приводит
к быстрому колебательному возбуждению молекул Н2О, перераспре-
делению энергии по квантово-механическим реакциям (3.25-^3.27),
в результате чего начинают идти цепные химические реакции типа
рис. 4.2 и 4.3, происходит интенсивное образование ионов Н+, ОН",
электронов, радикалов Н, ОН и т.д. Причем, поскольку поверхност-
ный слой молекул воды в капле контактирует с атмосферным кис-
лородом и азотом, то процессы существенно усиливаются. Все это
в совокупности приводит к лавинообразной колебательной накачке
молекул Н2О, часть энергии цепных реакций (рис. 4.2) переходит в
тепло, которое подводится к малой массе жидкости в капле, в резуль-
тате чего и происходит ее распад.
Распад капли происходит несколько по-другому, чем нарисовано
на схеме рис. 5.13а. В стадии №3, когда практически все молекулы
воды колебательно возбуждены до какого-то максимального уровня,
происходит лавинообразное высвечивание колебательной энергии в
виде квантов света - образуется гигантский импульс света (как в им-
пульсном лазере). Затем поверхностный слой капли как бы вскипает,
и в окружающее пространство вылетают мелкие кластеры (димеры,
триммеры и т.д.), молекулы Н2О, Н2, радикалы ОН, Н, электроны и
ионы ОН-. Образующиеся свободные легкие элементы (Н, Н2) отно-
сительно тяжелого воздуха и аэрозолей воды поднимаются вверх и
рассеиваются. Оставшиеся в ядре капли ионы Н+, вследствие боль-
шой энергии межмолекулярных связей, гидратируются, и образуются
прочные ионы Н3О+ (энергия связи около 100 кДж/моль), причем по-
лярный угол между связями О-Н для этого иона составляет 96,5°, что
близко к кубической структуре кристалла. Вылетевшие из капли от-
рицательно заряженные ионы ОН- и электроны тут же гидратируют-
ся, образуя комплексы Н.О.", (Н2О)п-, и создают вокруг положительно
заряженного ядра капли жидкой воды оболочку из отрицательно за-
ряженных молекул и мелких кластеров. Таким образом, ядро этого
образования заряжается положительно, а сфера вокруг его - отрица-
тельно, вследствие чего оно имеет такую правильную сферическую
форму (см. рис. 5.136), причем, поскольку отрицательно заряженная
сфера экранирует положительный заряд ядра, то в электрическом
поле оно ведет себя как отрицательно заряженная частица.

Пик спектрального излучения взрывающейся капли аэрозоля
согласно данным [5.113] приходится на длину волны 0,34 мкм (излу-
чение Дике). Если теперь сравним этот квант излучения 29412 см-1 с
колебательными уровнями молекул Н2О, находящимися в аэрозоль-
ной капле и рассчитанными для энергии межмолекулярных связей
230 кДж/моль (табл. 3.4а), то получим удовлетворительное его со-
впадение с квантами излучения с восьмого колебательного уровня
симметричной и асимметричной моды (29184 и 29784 см'1).

Отметим еще одну очень важную и интересную особенность
этого сферического образования, показанного на рис. 5.136 крупным
планом, - возникает вопрос: почему на снимке видно светящееся
кольцо внешней сферы, а не светящееся круглое пятно, на фоне ко-
торого должно быть более яркое ядро? Анализ этой ситуации при-
водит нас к необходимости решения задачи: как излучаются кванты
света молекулами воды относительно вектора своего дипольного
момента, а также интегрального вектора дипольного момента кла-
стера? В сфере взорвавшегося аэрозоля все молекулы Н2О, мелкие
кластеры, ионы ОН', заряженные отрицательно, будут размещаться
относительно положительно заряженного ядра таким образом, что
их вектора дипольных моментов будут направлены вдоль радиаль-
ных линий стрелками наружу. При таком расположении частиц,
для образования светящегося кольца необходимо, чтобы излучение
квантов света происходило перпендикулярно вектору дипольного
момента частицы, поэтому мы и наблюдаем свечение только от тех
частиц, вектор дипольного момента которых лежит в плоскости ри-
сунка. То есть, излучение от таких образований является дипольным
и поляризованным.

Из рис. 5.136 также видно, что свечение в ядре более сильное, чем
в сфере. Возможно следующее объяснение: в ядре этого образования
еще находится жидкость, где идут основные процессы колебательной
накачки молекул Н,0 за счет химических реакций, которые излуча-
ют кванты света во всех направлениях. В сфере, окружающей ядро и
состоящей из мелких кластеров (димеры, тримеры и т.д), одиночных
молекул, такие процессы колебательной накачки за счет цепных хи-
мических реакций прекращаются вследствие сильной релаксации ко-
лебательной энергии, но, с другой стороны, поскольку они окружают
сильно излучающее ядро образования, то они резонансно (те же моле-
кулы Н,О) поглощают это излучение и затем снова его переизлучают.

Другое состояние распада капли аэрозоля при движении его в
атмосфере (слева направо) показано на рис. 5.1 Зв, где смесь класте-
ров, молекул, радикалов, ионов и электронов разделяется на плоские
слои с чередованием светлых светящихся полос и темных промежут-
ков. Здесь крупные кластеры концентрируются в положительно за-
ряженные слои (их удерживают водородные связи), где продолжают
идти цепные химические реакции, осуществляется колебательное
возбуждение молекул воды, и они излучают кванты света. Эти жид-
кие слои разделяются отрицательно заряженными частицами холод-
ной газо-паровой смеси, где реакции уже не идут. Сильное свечение
положительно заряженных слоев кластеров определяется тем, что
их вектора дипольных моментов лежат в плоскости рисунка, а све-
тящиеся точки в темных слоях связаны с переизлучением квантов
света отдельными мелкими кластерами. На снимке (рис. 5.1 Зв) вид-
но, что концентрация сильно светящихся точек в правой части этого
образования больше, чем в левой. Это означает, что отрицательно
заряженная оболочка сдувается при движении капли в ее «хвост», а
в «голове» концентрируются положительные заряды - и таким об-
разом создается крупномасштабный диполь.

Резюмируя все выше сказанное, можно подвести итог - в резуль-
тате очень слабого энергетического воздействия на аэрозоль капли
его можно развалить с выделением большого количества энергии
(энергия конденсации, кристаллической решетки, связей атомов в
молекуле воды), которая выделяется в виде излучения и тепла.
Когда такой процесс происходит в атмосфере земли, как в экс-
перименте с генератором С. Авраменко, то воздействие магнитных
цугов на водяные капли должно происходить с частотами, близки-
ми к резонансным частотам какого-то устойчивого состояния воды.
Хотя в описании эксперимента в монографии [2.7] не приводится
такая частота, поскольку все изобретатели считают их личным ноу-
хау, попытаемся ее определить косвенным образом. Как говорилось
выше, у Н. Тесла оптимальная частота воздействия на атмосферу
земли, когда он получал уникальные эффекты сильного электроста-
тического воздействия с образованием местных электрических раз-
рядов, была в диапазоне около 200 кГц. Если теперь обратимся к
табл. 3.18 резонансных частот жидкой воды, то наиболее близкие к
ним будут 105 и 150 кГц, поэтому генератор С. Авраменко работал,
очевидно, на одной из этих частот либо кратной им. В этом случае
выделяющееся при распаде части аэрозолей излучение распростра-
няется во всех направлениях, поглощается в каплях соседних аэро-
золей и переводит их воду в новое состояние, где начинают идти ана-
логичные процессы колебательной накачки молекул, приводящие к
распаду капель. Таким образом, этот процесс может распростра-
няться в атмосфере и после прекращения работы генератора вне
зависимости от направления ветра, что и подтверждается данными
экспериментами.

5.5.2.	Некоторые примеры применения эффекта распада
водных аэрозолей на практике

Рассмотрим некоторые примеры использования эффекта распа-
дающихся аэрозольных капель в технических приложениях различ-
ных устройств, которые, кроме того, будут являться подтверждением
вышеизложенной теории.

Согласно рекламе [5.131] в России выпускается установка «для
сверхзвуковой очистки воды от растворенных в ней солей железа, се-
роводорода, углекислого газа», которая состоит из бака, куда подается
вода, пропускаемая через эжектор со сверхзвуковым потоком воздуха
из сопла Лаваля. В эжекторе, как пишут авторы, вода сверхзвуковым
потоком воздуха дробится на капли до субмикронных размеров, и про-
исходит окисление двухвалентного железа за время до одной минуты
вследствие дополнительного растворения кислорода в воде.

На самом деле в данном случае, благодаря сильным механи-
ческим и акустическим воздействиям на капли, они взрываются,
излучая кванты света, которые поглощаются резонансно теми же
молекулами Н2О паровой и жидкой фазой воды. Молекулы воды
колебательно возбуждаются и переводят жидкость в новое устой-
чивое состояние, где начинают идти процессы колебательной на-
качки молекул воды, цепные химические реакции типа табл. 4.2 с
образованием элементов ОН, Н2О,, О, Н2 и т.д. За счет воздействия
этих элементов, а также колебательной энергии молекул воды, нака-
пливающейся постоянно в баке, происходит разрушение гидратных
комплексов железа и других солей, которые выпадают в осадок. Под-
робно о таких процессах будет изложено в гл. 6.

В сверхзвуковом паро-жидкостном эжекторе [5.132] жидкость
дробиться на капли субмикронного размера, который (согласно ре-
кламе) позволяет:

-	значительно повысить эффективность смешения жидкой и га-
зопаровой смеси;

-	очищать воду от различных примесей, солей и производить ее
дегазацию;

-	очищать нефть и трансформаторные масла от вредных при-
месей;

-	осуществлять переработку собранных при разливе нефтепро-
дуктов, агрессивных, отравляющих, токсичных веществ;

-	создавать пенообразование при смешении разных жидкостей.

Все эти новые свойства жидкости принимают благодаря интен-
сивному колебательному возбуждению молекул в процессе дробления
и распада капель в сверхзвуковом эжекторе и последующих физико-
химических процессов, происходящих в активированных жидкостях.

Еще один струйно-форсуночный аппарат [5.127] используется в
системах отопления и горячего водоснабжения, который представ-
ляет собой также эжектор со сверхзвуковым соплом, куда поступает
пар, а в конфузоре происходит эжекция подаваемой через боковой
патрубок холодной воды. На выходе этого устройства образуется го-
рячая вода, причем, если на входе давление пара составляло 2 ат, то
давление горячей воды на выходе достигало 6 ат, кроме того, полу-
чаемая вода обладает такими же свойствами, что и описанная выше
с использованием сверхзвуковых эжекторов. При личном общении
с разработчиками этого устройства выяснилось, что измерение те-
плового баланса системы выявило превышение выделяемой энергии
над потребляемой в 1,3 раза, а через автоматический клапан, предна-
значенный для сброса из нее воздушных пробок, постоянно выделя-
ется водород. Эта установка служит еще одним экспериментальным
подтверждением тех физико-химических процессов, которые идут в
воде при колебательном возбуждении молекул Н2О в процессе дро-
бления и распада капель в эжекторном блоке, а также возможных
кавитационных явлений.

Инженер из Москвы Ю. Койнаш [5.124], анализируя принцип
движения «летающих тарелок», создал опытное устройство, которое
представляло собой конусообразную крыльчатку центробежного на-
соса, закрытую сверху и снизу кожухами, плавно расширяющуюся у
основания, где имелись мелкие отверстия, а в вершине конуса было
отверстие, куда подавалась вода. Когда с помощью электродрели
автор раскрутил крыльчатку насоса, то через некоторое время это
устройство стало тянуть (поворачивать) относительно оси вращения
дрель и руку экспериментатора, то есть создавался дополнительный
импульс отдачи вылетающими из отверстий струями воды. Результа-
ты этого опыта можно также объяснить неравновесными условиями
образования субмикронных капель воды, взрывом их и передачей
части импульса движения форсункам устройства.

В телевизионной передаче о воде [5.123] показывали съемку
эксперимента, который проделали российские ученые. В Венесуэле
над горой Прайма постоянно висит облако из тумана, который кон-
денсируется в капли, стекающие вниз на гору в виде мелкого дождя
(морось), эта вода собирается в мелких озерках и лужах в каменных
углублениях. Экспериментаторы отбирали пробы этой воды в ма-
ленькие пробирки и везли их для исследования в Санкт-Петербург,
где изучали интенсивность свечения ее в сильном ЭМИ по эффекту
Кирлиана (образование светящейся пульсирующей ауры вокруг об-
разца). Временные интервалы между отбором проб и измерениями
составляли недели. Результаты исследований показали, что интен-
сивность свечения ауры воды, взятой в Венесуэле, в -40000 раз пре-
восходила свечение обычной водопроводной. В данном случае вода,
взятая в Венесуэле, оказалась в состоянии сильного колебательного
возбуждения, что связано с постоянным облучением конденсирую-
щихся капель воды в тумане колебательными квантами от взрываю-
щихся (распадающихся) аэрозолей воды, находящихся рядом. При-
чем, что очень важно, вода переходит в новое устойчивое состояние,
в котором постоянно идут реакции (3.25+3.27) и табл. 4.2 и она мо-
жет находиться в нем достаточно долго.

Давно известно природное явление электризации воздуха у боль-
ших водопадов, которое получило название баллоэлектрического эф-
фекта. Оно существует на открытой местности у водопадов, в пещерах
и в прибрежной зоне морей и океанов [5.133]. Наиболее значительный
эффект электризации воздуха наблюдается у самых больших водопа-
дов мира: Игуасси на границе Бразилии и Аргентины (высота падения
190 м и ширина потока 1500 м) и Виктория на реке Замбези в Африке
(высота падения 133 м, ширина потока 1600 м). У водопада Виктория
напряженность электрического поля в воздухе достигает 250 В/см и
оно распространяется в горизонтальной плоскости на расстояние до
1,6 км, а по высоте до 0,5 км. При этом определено, что вблизи водо-
падов пресной воды в воздухе присутствует избыточное количество
отрицательно заряженных частиц, а в прибойной зоне морей и океа-
нов - положительных. Существующие в настоящее время теории объ-
ясняют эти явления за счет дробления капель, но они не соответству-
ют действительности, поскольку энергии поверхностного натяжения
воды в каплях явно не хватает для ионизации молекул Н,О.

Явление электризации воздуха вблизи водопадов и в прибрежной
зоне морей и океанов достаточно четко объясняется взрывом водных
аэрозолей, образующихся при дроблении капель воды под действием
инфразвуковых акустических колебаний, всегда сопутствующих ее
падению с высоты и набегающих на берег волн. При взрыве части
аэрозолей пресной воды, образующиеся атомы водорода Н и катионы
Н’, вследствие малого молекулярного веса поднимаются в верхние
слои атмосферы, а оставшиеся анионы ОН гидратируются молеку-

лами воды и заряжают отрицательным зарядом другие водные аэро-

золи. В прибрежной зоне морей и океанов, взрывающиеся аэрозоли
соленой воды кроме ионов Н создают также облако гидратированных

катионов М§ ', №', К’и анионов С1 и 8О4 . Ионы хлора, имеющие
молекулярный вес меньше молекулярного веса воздуха, поднимают-
ся в верхние слои атмосферы, а концентрация положительно заря-
женных аэрозолей оказывается больше, чем отрицательных.

Еще в 1928 году Бифельдом - Брауном был открыт эффект соз-
дания вертикальной подъемной силы рамных конструкций, подоб-
ных тем, которые показаны на рис. 5.15. Конструкция представляет
собой разрядное устройство, один электрод которого выполнен из
полосок картона, обернутых алюминиевой фольгой в виде шести-

гранной ячейки со средним размером в диаметре около 0,5 м, а вто-

рой электрод сделан в виде натянутой на стойки, выполненных из
изоляционного материала, тонкой проволоки диаметром около 0,1
мм. К электродам прикладывается однополярное переменное напря-

жение величиной около 20
кВ и частотой около 16 кГц
(используется строчный
трансформатор от телеви-
зора). В момент приложе-
ния разности потенциалов
к электродам возникает
подъемная сила и, напри-
мер, конструкция, пока-
занная на рис. 5.15, подни-
мается над столом и парит

Рис, 5.15. Демонстрация подъемной ааы раиной кон-
струкции за счет эффекта Бифельда- Брауна на вы-
ставке «Архимед 2008» (г. Москва) Лавриненко М.М.

на растяжках. Из экспе-
риментальных данных,
полученных Лавриненко
М.М., который демонстрировал этот эффект на выставке «Архимед
2008» в г. Москве, следует, что подъемная сила зависит существенно
от формы электродов, частоты и приложенного напряжения и, на-
пример, уменьшается с возрастанием диаметра проволоки одного
из электродов. До настоящего времени не существует достоверной
теории, объясняющей этот эффект подъемной силы, поэтому попы-
таемся осветить данный вопрос.

Автор настоящей книги предлагает следующую, достаточ-
но простую теорию, объясняющую эффект подъемной силы таких
устройств в воздухе. Подъемная сила возникает на нижней поверх-
ности верхнего электрода (проволочки) за счет водных аэрозолей,
которые находятся в непосредственной близости от его поверхности
и при взрыве передают ей импульс движения. Суммарный импульс
движения пароводяных струек, приложенный к поверхности элек-
трода, сможет компенсировать силу тяжести конструкции.

Аэрозоли взрываются за счет воздействия переменного одно-
полярного электромагнитного поля вследствие высокой напряжен-
ности вблизи электрода малого сечения, где происходит сгущение
силовых линий и создается большая плотность потока электронов.
Кроме того, очень важным условием образования такого эффекта яв-
ляется то, что частота электромагнитного поля близка к собственной
резонансной частоте жидкой воды (см. табл. 3.18).

Проведем простые оценки силы, приложенной к поверхности
проволоки за счет импульса отдачи пароводяных струй врывающих-
ся аэрозолей на основании вышеизложенных экспериментальных
данных: радиус водных аэрозолей находится в диапазоне 2-Ю, 1 мкм;
радиус взорвавшегося аэрозоля гдэр=2,5 мм; время разлета моле-
кул и ионов т=10 5 сек. Вначале определим максимальную скорость
разлетающихся молекул при взрыве аэрозоля. На основании опыт-
ных данных взрывающийся аэрозоль состоит из жидкого ядра, за-
ряженного положительно, и окруженного отрицательно заряженной
ионной атмосферой. Это означает, что при взрыве молекулы воды
разваливаются на ионы Н+ и ОН- по реакции (4.2), при этом мак-
симальная выделяющаяся энергия для молекул в газовой фазе бу-
дет равна АР=1160 кДж/моль. Пренебрегая легким ионом водорода
и приравнивая эту энергию кинетической энергии разлетающихся
ионов, без учета сопротивления среды, получим для них максималь-
ную скорость Уи= 1,16*104 м/сек. При скорости звука для Т=300°К
равной ~35О м/сек скорость иона соответствует числу Маха -33, а
среднее ускорение его будет равно аон = Уи/т =1,16х Ю9 м/сек2.

Условие равенства по абсолютной величине сил тяжести, дей-
ствующей на погонный метр конструкции и импульса пароводяных
струек можно записать в следующем виде: тъ.е=т„,,М “а где пт.
* *	К4-2 он он он	к
- масса погонного метра конструкции; § - ускорение силы тяжести;
тон “ масса иона ОН ; Ыон - общее число ионов ОН при взры-
ве аэрозолей. Общий импульс отдачи от взрывающихся аэрозолей,
приложенный к проволочному электроду с нижней стороны, будет
зависеть от влажности воздуха и расхода аэрозолей, поступающих
из него на место распавшихся капель. После взрыва аэрозоля на его
месте резко понизится статическое давление газов, куда устремиться
свежий воздух со скоростью Уг= гАЭр/т=250 м/сек, то есть получаем
дозвуковое течение газа. Примем относительную влажность атмос-
ферного воздуха летом равной 50% при температуре 25"С, что соот-
ветствует концентрации воды примерно рв= 105 г/см3, а общую пло-
щадь погонного метра проволочного электрода диаметром 0,1 мм
- 8= 1 см2. Тогда можно рассчитать расход молекул воды к нижней
поверхности проволочного электрода из близлежащих слоев воз-
духа 62В=рвУг8=0,25 г/сек, количество ионов ОН , разлетающихся
при взрыве МО|| =0,89><10'7, и массу погонного метра конструкции,
которая может быть поднята в воздух за счет компенсации сил тя-
жести тк~300 г. Таким образом, получили, что импульс отдачи от
взрывающихся аэрозолей, приходящийся на площадь в 1 см2, обе-
спечивает подъемную силу при данной влажности воздуха в 300 г. В
данном примере оценки сделаны по максимуму, исходя из наиболь-
шей энергии связей молекул воды ЛР=1160 кДж/моль, но отличие от
реальных характеристик будут в разы, а не на порядки.

ЛИТЕРАТУРА

1.	Незаметдинов А.Е., Горловский С.И. Суспензия для сжигания. А.С. СССР
№1273386, МПКС10 Ы/32, бюл. №44, 1986.

2.	Воликов А.Н. Сжигание водо-мазутных эмульсий. «Недра», 1990.

3.	Беденко В.Г. и др. Топливная эмульсия. А.С. СССР № 1152241, МПК СЮ
Ы/32, бюл. №39, 1990.

4.	Калюжная А.М., Простов В.М. Топливная эмульсия для двигателей вну-
треннего сгорания. А.С. СССР № 699005, СЮ. Ь1 /32, бюл. №43, 1979.

5.	Патент США №3527581, Кл. 44-51, 1970.

6.	Апдегхоп Л Саздупапйс 1а5ег8, 1979.

7.	Басов Н.Г, Громов В.В. и др. Химический лазер на реакции окисления СО +
0,5О2 со сверхзвуковым потоком вещества. Квантовая электроника, т. 3, №5, 1976.

8.	Заклязьминский Л.А. и др. Влияние сжигания пропана на коэффициент
усиления в сверхзвуковом потоке. ФГВ, №6, 1980.

9.	Бирюков А.С. Кинетика физических процессов в газодинамических лазе-
рах. Труды ФИАН им. П.Н.Лебедева, т. 83, 1975.

10.	Полак Л.С. Неравновесная химическая кинетика и ее применение. - На-
ука, 1979.
11.	ПолакЛ.С. Химические реакции в неравновесной плазме. - Наука, 1983.

12.	Гордиец Б.Ф. и др. Кинетические процессы в газах и молекулярные ла-
зеры. Наука, 1980.

13.	Кузнецов Н.М. Кинетика мономолекулярных реакций. Наука, 1982.

14.	Васильев ГК, Макаров Е.Ф., Тальрозе В.А. Распределение энергии в про-
дуктах экзотермических химических реакций. Химия плазмы, Атомиздат, 1982.

15.	Заслонка И.С., Мукосеев Ю.К Энергообмен и реакции высоковозбуж-
денных многоатомных молекул. Хим. Физика, №12, 1983.

16.	Гершензон Ю.М. и др. Химия плазмы, Атомиздат, 1978.

17.	Русанов В.Д. и др. ЖТФ, т. 49, вып. 3, 1979.

18.	Левицкий А.А., Мачерет С.О., ПолакЛ.С. Химия высоких энергий, №17,
стр. 625, 1983.

19.	Даутов Н.Г, Старик А.М. Численное исследование детонации в смесях
СН4(Н2) + воздух за ударными волнами. ФГВ, т. 32, №1, 1996.

20.	Даутов Н.Г Старик А.М. Влияние колебательного возбуждения молекул
на динамику горения смесей Н2 + воздух. Кинетика и катализ, т. 37, №3, 1996.

21.	Даутов Н.Г, Старик А.М. Влияние колебательного возбуждения молекул
на динамику детонационного горения смеси Н2+ воздух за ударными волнами.
ТВТ, т. 34, №5, 1996.

22.	Кузовникова А.А. и др. Моделирование процессов окисления СО при дис-
социации воды в плазмохимических системах с учетом колебательного возбужде-
ния азота. Вестник Московского Университета. сер.З, Физика, №3, 1996.

23.	ЗокИк К.С. «Измерение колебательной температуры ОН в пламенах ме-
тодом лазерной индукционной флуоресценции»// СотЬизНоп 8с1. ап<3 ТЬесЬпо!.,
V. 87 №1-6, 1993.

24.	Рассадкин Ю.П. Патент РФ №2170139 , Способ ускорения газо-фазных
экзотермических реакций при низких температурах и устройство для его осу-
ществления. 2001.

25.	Вескег Е.Н Вег. Випзеп-Оез. РЬуз. СЬет., V. 96, №6, р. 776,1992.

26.	ТипсЗаП О.П 5. РЬуз. СЬет., V. 95, №11, р. 4381, 1991.

27.	ЗаДег О.Н.П Рагабау О18си881опз оГ сЬе СЬегтс. 8ос1е1е, V. 67, р. 212,
1979.

28.	Кривоносова О.Э., Лосев С.А. Химия плазмы, вып. 14, 1987.

29.	Нептп% С.П Вег. Випзеп-Оез. РЬуз. СЬет., V. 99, №7, р. 863,1995.

30.	Наск ЗУ.И Вег. Випзеп-Оез. РЬуз. СЬет., V. 98, №2, р. 156,1994.

31.	8игг VII I. СЬет. РЬуз., V. 102, №7, р. 2825, 1995.

32.	СоЬоз СД.П 1п1. I. СЬет. КтеС, V. 27, №3, р. 219, 1995.

33.	8тПк ЗУ.М./11. СЬет. РЬу8„ V. 98, №8, р. 6267, 1993.

34.	Вои1ск П.Ь.П РЬуз. СЬет. КеЕ. Ва1а, V. 15, р. 465, 1986.

35.	СапИпег УУ.С.П 3. РЬуз. СЬет., V. 99, №43, р. 1592, 1995.

36.	Рктоп Кепр // Ви11. СЬет. 8ос. Зар., V. 65, №5, р. 1317, 1992.

37.	Ваи1ск К.П 3. РЬуз. СЬет. А, V. 101, №50, р. 9681, 1997.

38.	ПеапА.Л/ 3. РЬуз. СЬет., V. 95, №9, р. 3180, 1991.

39.	ВрепсегЗ.Е.П 16-1Ь. 8утрозшт т(етаиопа1 оп СотЬизйоп, р. 829, 1976.

40.	ЗоопЬит Р.П 3. РЬуз. СЬет., V. 97, №51, р. 13647, 1993.

41.	3. СЬет. 8ос. Рагабау Тгапз., V. 93, №15, 1997.
42	.1Ш. 5. СЬет. Кте1., V. 28, №4, р. 245, 1996.

43.	Епс1етап И5. 8игуеу апд Еуа1иаОоп оГ КтеПс ОаГа оп Кеасйоп т МегЬапе//
Аи СотЬизйоп, ЕРА-600/2-76- 003, МТ18 Мо. РВ 248-139/А8, Запиагу, 1976.

44.	Ьаш-епсе В.П 22-8утрозшт (1т.) оп СотЬизиоп, р. 983, 1988.

45.	КИрИепх1е1п 8.3.П1. СЬет. РЬуз., V. 99, №8, р. 5790, 1993.

46.	РагкЗ.П 3. СЬет. РЬуз., V. 99, №5, р. 3488, 1993.

47.	ЗоопЬит Р.П 3. РЬуз. СЬет., V. 100, №9, р. 3311, 1996.

48.	Под ред. Мухленова И.П Каталитические процессы и катализаторы. 1987.

49.	Под ред. Сафаева А. С. Катализаторы и каталитические превращения
соединений, 1979.

50.	Полак 31.С. Вычислительные методы в химической кинетике, 1984 г.

51.	Ранке Ж. Патент США № 1952281, 1934.

52.	Мартынов А.В., Бродянский В.М. Что такое вихревая труба? М. «Энер-
гия», 1076.

53.	Фоминский 31.П. Как работает теплогенератор Потапова. «Око-Плюс»,
Черкассы, 2001.

54.	Финько В.Е. Особенности охлаждения и сжижения газа в вихревом по-
токе. ЖТФ, т. 53, №9, 1983.

55.	Финько В.Е. Вихревой охладитель газа. А.С. СССР №1304526, МПК Е25
В9/00, 1976.

56.	Шипов Г.И. Теория физического вакуума. М.: Изд. «НТ-Центр», 1993.

57.	Акимов А.Е„ Финогенов В.П. Экспериментальные проявления торсион-
ных полей и торсионные технологии. М.: Изд. НТЦ «Информтехника», 1966.

58.	Володько Ю. Электроэнергия за счет тепла рассеянного в атмосфере. Ин-
тернет, сайт фирмы «Скиф», 2001.

59.	Кудрин. О.И., Квасников А.В.. Челомей В.Н. Явление аномально высокого
прироста тяги в газовом эжекционном процессе с пульсирующей активной стру-
ей. Открытие СССР №314, 1951.

60.	Кудрин О.И. Пульсирующее реактивное сопло с присоединением допол-
нительной массы. Труды МАИ, вып. 97, 1958.

61.	Кондрашов Б.М. Способ преобразования энергии в струйной установке
(варианты), струйно-адаптивном двигателе и газогенераторе. Пат. №2188960 К13
Р 02 СЗ/32, 5/12, бюл. №25, 2002.

62.	Кондрашов Б.М. Струйные энергетические технологии. Интернет, сайт
фирмы «Скиф», 2001.

63.	ВагсегЗ.А.П СЬет. РЬуз. ЬеПег, №3, р. 144,145, 1969.

64.	Лаптев В.И. Изолинии отношения числа ассоциатов к их объему на Р-Т
диаграмме воды. ЖФХ, т. 73, №7, 1999.

65.	Каргин В.А., Слонимский ГЛ. Краткие очерки по физико-химии полиме-
ров. - М. «Химия», 1967.

66.	Размантов В.И., Фатеев А.Н., евразийский патент №004 «Способ из-
мельчения материалов и газодинамическое устройство для его осуществления»,
приоритет от 12/04, 1996.

67.	Ноита КП 3. СЬет. РЬуз., V. 102, №20, р. 7856, 1995.

68.	ВгоиапЗ М.П СЬет. РЬуз. ЬеПег, V. 281, №НЗ, р. 97, 1997.

69.	20-1Ь 8утр. (1п1) оп СотЬизбоп, р. 559, 1984,
70.	Аблеков В.К. Справочник по газодинамическим лазерам. Машинострое-
ние, 1982.

71.	Колдамасов А.И. ЖТФ, т. 61, №2, 1991.

72.	КезиковД.Р., Кезиков В.Д. «Техника молодежи», №6, 1990.

73.	Абрамович ГН. Прикладная газовая динамика. Из-во «Наука», Москва,
1976.

74.	8со11 УАУ.И 3. СЬет. РЬук., V. 94, №3, р. 1859, 1991.

75.	Матрос Ю.Ш. Способ автотермической очистки воздуха от примесей
органических веществ. Изобр. СССР №1430080, 1988г.

76.	Котов В.Г., Сигал И.Я. и др. Способ очистки агломерационных газов от
окиси углерода. Изобр. СССР №982761, 1982г.

77.	Никитина О.В. и др. Способ очистки отходящих газов от оксидов азота.
Изобр. СССР №1611419, 1990г.

78.	Поляков Б.И. и др. Способ очистки отходящих газов от окислов азота.
Изобр. СССР №387725, 1973г.

79.	Калашников А.П. и др. Способ очистки отходящих газов от окислов азо-
та. Изобр. СССР №831161, 1981 г.

80.	Мигю ЬП., АгатЗ К. баз рЬаке (ЗесотрокНюп оп пйпс ох!<3е т сотЬикбоп
ргодисй.// 17(Ь 8утр. (1п1) оп СитЬизбоп ТЬе СотЬикПоп 1пзШи1е, Р11зЬиг§, 1978.

81.	Щукин В.К. Теплообмен и гидродинамика внутренних потоков в полях
массовых сил. Из-во Машиностроение, 1970.

82.	Мазп А.Я. 8роп1апеоик гатап теазигетеШз т 1игЬи1еп1 СО/Н2/Ы, батек
Ьеаг ех1тсиоп.//22-1Ь 8утрокшт (1т) оп сотЬикйоп, р. 607, 1988.

83.	ЗокИк Я. в. Измерение колебательной температуры ОН в пламенах мето-
дом лазерной индукционной флуоресценции.// СотЬикбоп 8с1. Ап<3 ТЬесЬпо!., V.
87, №1-6, 1993.

84.	Лозовский В.А. Измерение неравновесных концентраций колебатель-
но возбужденных радикалов ОН в пламенах метана.// СЬет. РЬук. ЬеНег, V. 284,
№5,6, 1998.

85.	Басевич В.Я. Теоретическое исследование холодно-пламенных явлений при
самовоспламенении метано-кислородных смесей. Хим. Физ., т. 13, №8,9, 1994.

86.	Ко1ке ТоИги И Ме1. Нас ОеГ. Асад., V. 29, №1, р. 59, 1989.

87.	Соколов Ш.В. Изв. РАН, Сер. Хим. №10, стр. 2445, 1996.

88.	Кондратьев В.Н, Никитин Е.Е. Химические процессы в газах., 1981.

89.	С1юи. Л/аи-5ол^//СотЬикПоп апд Пате, V. 87, №2, р. 191, 1991.

90.	Лоткова Э.Н., ПолакЛ.С. ХВЭ, т. 2, №3, стр. 278, 1968.

91.	РЬук. Кеу. СеНег, V. 68, №16, р. 2547, 1992.

92.	5. СЬет РЬук., у. 99, №7, р. 5481, 1993.

93.	БИапе 8/асеу Е/Д. СЬет. РЬук., у. 97, №5, р. 3704, 1992.

94.	Киттоп Х.//Ви11. СЬет. 8ос. Зар., у. 65, №9, р. 2450, 1992.

95.	Г/§пег. Д'.//СЬет. РЬук. ЬеИег, у. 268, №3-4, р. 291, 1997.

96.	Ко/ос1пеу Е.НЗ. СЬет. РЬук., у. 94, №3, р. 2330, 1991.

97.	В1уИо1с1ег (/.//кап^цти, у. 7, №1, р. 140, 1991.

98.	Ко1а$1гк1а К. ИС/Д. СЬет. РЬук., у. 96, №5, р. 3995, 1992.

99.	Киттоп К.ИЗ. ЗагЗасе 8сг 8ос. Зар., у. 12, №10, р. 635, 1991.

100.	Кузнецов А.В. и др. Взаимодействие СО с активными центрами поверх-
ности Мп/МдО - катализаторов окислительной димеризации метана. ЖФХ, т. 71,
№7, 1997.

101.	Кульбачный В.Г. и др. Способ очистки отходящих газов от органических
примесей. Изобр. СССР №936976, 1982.

102.	Колесников В.П. и др. Способ очистки хвостовых газов от оксидов азо-
та. Изобр. СССР №1544469, 1990.

103.	Кудрявцев С.Л. и др. Способ очистки газов от оксидов азота. Изобр.
СССР №1119719, 1984.

/04.	Граждан В.А. и др. Способ очистки дренажных газов от оксидов азота
и устройство для его осуществления. Патент РФ №2040312, 1995.

105.	Шешко Т.Ф. Нейтрализация МОх и СО в присутствии кислорода и паров
воды на катализаторах свободных от платиновых металлов. ЖФХ т. 72, №3, 1998.

106.	Будрейная Т.Н. и др. Селективное восстановление ИО алканами в при-
сутствии СО на мультиоксидном катализаторе. ЖФХ, т. 71, №5, 1997.

107.	ОкпмсНиу В.Х.. Ырка в., МиПегашЗ.М. Тйегтодупапйс» оГрЬо»рЬоНр1<15-
зисгозе тгегасиопз.// ВюрНуз. 3., V. 46, №3, р. 419+421, 1984.

108.	К1ю.ч1а М.Р., 1Пдот В. [лцшд-Уарог зигГасе (епзюп пеаг Фе ПциИ-Ндшс!
сопзо1и1е рот1.// СоИок! апд 1ШегГасе 8с1., V. 76, №2, р. 375+392, 1980.

109.	Борина А.Ф. О структурных особенностях воды вблизи 30°С. Институт
общей и неорганической химии АН СССР, 1982.

ПО. Кулиш О.Н., Заслонко И.С. и др. Способ очистки дымовых газов от ок-
сидов азота. Патент РФ №2081685, 1994.

111.	Кулиш О.Н., Кужеватов С.А. и др. Способ очистки дымовых газов от
оксидов азота. Патент РФ №2113890, 1997.

112.	Кулиш О.Н., Кужеватов С.И. и др. Способ очистки продуктов сгорания
от МОх и установка для его осуществления. Патент РФ №2040737, 1992.

113.	Андреев А.В., Емельянов В.И., Ильинский Ю.А. Кооперативные явления
в оптике. - М. Наука, 1998.

114.	Стехин А.А., Величко В.В. и др. Ион-кристаллическая ассоциация воды
как основа биоинформационного взаимодействия. НТО, Москва, Всероссийский
центр медицины катастроф РФ. - «Защита», 1998.

115.	Жуховицкий Д.Н. Численное моделирование эволюции кластера в пере-
сыщенном паре. Изв. АН СССР, т. 60, №9, 1996.

116.	Белов Н.Н. Белокопытов Г.В., Журавлев М.В. Электротепловая колеба-
тельная неустойчивость в сферических частицах аэрозоля. Аэрозоли, наука, при-
боры, вычислительные программы и технологии в России и странах СНГ., №12,
стр. ПО, 111, 1996.

117.	Донин Б.С., Орлов В.П. и др. Дисперсионная модель запыленных воз-
душных потоков в аспекте экологического контроля окружающей среды. Физика
аэродисперсных систем., вып. 32., стр. 52+57, 1989.

118.	Макушев М.К. О нестационарном испарении сферических капель. Тру-
ды высокогорного геофизического ин-та, №89, стр. 27+31, 1996.

119.	Макушев М.К. Изменение температуры капли при испарении. Труды вы-
сокогорного геофизического ин-та, №89, стр. 12+17, 1996.

120.	Нефедов А.П., Петров О.Ф., Фортов В.Е. Кристаллические структуры в
плазме с сильным взаимодействием частиц. УФН, т. 167, №11, стр. 1215+1226, 1997.
121.	Стехин А.А., Яковлева Г.В., Охатрин А.Ф. и др. Поиск возможностей
использования микролептонных технологий для обнаружения полей ионизирую-
щих излучений, вредных примесей в атмосфере, дегазации и дезактивации, повы-
шения ТТХ вооружения и военной техники войск РХБ - защиты, (шифр «Микро-
лептон»), г. Санкт-Петербург, 1997.

122.	Масару Эмото. Послание воды: Тайные коды кристаллов льда. «Со-
фия», 2006.

123.	Телепередача о воде. Телевидение России, 2-ая программа от 9/04,
2006.

124.	Койнаш Ю. Журнал «Свет». №4, стр. 66-^69, 2000.

125.	Гула Е.И., Пинтюшенко А.Д., Тучков В.К. Проблемный мазут: пути ре-
шения, комплексные технологии хранения, подготовки и использования мазута на
отопительно-производственных котельных средней мощности. Жур. Энергонадзор -
информ №2, стр. 56^58, 2006.

126.	Тгиопв ТМ/ 3. СЬет. РЬуз., V. 102, №13, р. 5335, 1995.

127.	Научно-производственная компания «Экология», (рекламный буклет),
Москва, 2002.

128.	ИЪоМгМ8е М.5.1/1п1. 3. СЬет. Кте1„ V. 26, №4, р. 389, 1994.

129.	КшНаК./Н. СЬет. РЬуз., V. 95, №3, р. 1635, 1991.

130.	НачАеу М.П 3. СЬет. РЬуз., V. 99, №4, р. 2638, 1993.

131.	Реклама фирмы «Тензор микрофильтр», 2005.

132.	Реклама фирмы ООО «Аспект-Конверсион», 2005.

133.	Арабаджи В. Загадки простой воды. 1985.
ГЛАВА 6

МЕЖМОЛЕКУЛЯРНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ И
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОДЫ

Данную главу нужно было разместить в этой книге первой, как
обычно это делается в монографиях и трудах, посвященных большим
научным проблемам. Описание таких свойств воды как плотность,
сжимаемость, теплоемкость, теплопроводность, поверхностное на-
тяжение и т.д., а также их зависимости от температуры, распростра-
нение в жидкой воде различного вида волн, излучений, структура
воды и другие свойства для полностью термодинамически равновес-
ных условий достаточно подробно изложено в таких книгах и моно-
графиях, как [1.12,1.7,1.19,1.21,1.35, 2.29,3.8, 3.49,2.7,2.15,2.41]. Но
осталось много фундаментальных вопросов, которые переходят из
одной книги в другую, а ответа на них до сих пор не получено, при-
чем это не праздные рассуждения на тему. Они крайне необходимы
для понимания многих физико-химических процессов, происходя-
щих в воде, водных растворах, электролитах, биологических раство-
рах, клетках живых организмов и многих других системах, где при-
сутствует вода. Соответственно, эти знания нужны для дальнейшего
развития биологии, медицины, химии растворов и т.д. Как можно
видеть, сложилась ситуация, когда на данном уровне понимания
физических процессов, происходящих в воде, основанном на термо-
динамически равновесном подходе, невозможно объяснить многие
наблюдаемые физические и химические явления. С другой сторо-
ны, эти особые свойства воды становятся понятными с привлечени-
ем описанных в предыдущих главах книги фактов колебательного
возбуждения молекул Н2О и химических процессов, идущих в ней.
По этой причине настоящая глава, описывающая физические свой-
ства воды, помещена в книге после подробного анализа квантово-
механических и физико-химических процессов, происходящих в ней
и изложенных в предыдущих главах.

6.1.	Дисперсионные силы взаимодействия между
молекулами в жидкой воде

Как подробно изложено в гл. 1, дисперсионные силы взаимо-
действия между атомами и молекулами действительно являются
универсальными, позволяющими рассчитать энергию связи практи-
чески всех кристаллических веществ, если известны для них часто-
ты собственных резонансных колебаний атомов и расстояния между
атомами. Точно также дисперсионная энергия взаимодействия между
молекулами в жидкой воде, рассчитанная по формуле (1.9) для экспери-
ментальных данных параметров йу0=175 см*1; КАА=2,98 А; а=1,34х 10’
24 см3, хорошо совпадает с энтальпией испарения (см. гл. 1). Резонанс-
ная частота колебаний для жидкой воды йу0=175 см 1 определялась
теоретически [1.20], а главное, как показано экспериментально во
многих работах [1.21, 3.18, 3.10^-3.14], она, фактически, является не-
кой интегральной характеристикой системы ансамбля энергетически
связанных между собой молекул Н2О. Это обусловлено тем фактом,
что, поскольку жидкая вода представляет собой систему элементов:
молекул, ионов, радикалов, кластеров различных размеров, «свобод-
ных» молекул, запасенной колебательной энергии со своим распреде-
лением по колебательным уровням молекул, квантово-механических
и химических реакций, то для заданных их значений мы имеем некое
состояние жидкой воды, для которого частота йу0=175 см*1 является
собственной частотой этой системы. Поэтому, зная такую характери-
стику данного состояния жидкой воды, можно затем определять до-
статочно точно многие ее характеристики.

На основании материалов, изложенных в главах 2 и 3, можно
сделать важный вывод о том, что все силы взаимодействия между
молекулами воды по величине квантуются, и минимальные значения
этих квантов в пределах ошибки для величин ангармонизма ±2 см*1
и колебательных уровней ±5 см*1 приведены в табл. 6.1.

Состояние воды	хА-хс	Хд	хг	ХА	Ч	Ч	Ч	2Ч	2Ьус	2Ч		
Пар(100°С)	10	34	85	95	1595	3655	3756	3156	7217	7417		
Жид. (0°С)	10	37	87	97	1764	3748	3852	3491	7409	7607		
Лед I (0°С)	10	38	87	98	1783	3758	3862	3528	7429	7626		
Табл. 6.1. Минимальные величины всех видов квантов энергии существующих агре- гатных состояний воды (пар, жидкость, лед 1) при нормальном давлении, см~‘.											

На основании данных табл. 3.15 можно предположить, что при
переходе между тремя основными агрегатными состояниями воды:
пар (100°С), жидкость (0°С), лед I (0°С) существует квантование всех
видов энергии взаимодействия между молекулами. Но, кроме этого,
и при изменении физических свойств воды внутри данного агрегат-
ного состояния в зависимости от температуры и давления также на-
блюдается квантование энергии межмолекулярных связей малыми
значениями квантов вплоть до ~9 см'1. Подобное явление можно объ-
яснить тем, что в молекуле Н2О линейные колебания атомов вдоль
связей О-Н и Н-Н, угловые колебания связей О-Н по направлению
полярного угла и вращательные колебания молекулы как целого от-
носительно трех независимых осей не могут происходить со случай-
ным набором частот, а, вследствие взаимного влияния, только для
собственных резонансных частот, зависящих также от внешнего воз-
действия других молекул (вынужденных резонансных частот). Поэ-
тому, когда внешние силы сжатия для данного агрегатного состояния
воды, а также ее давления и температуры меняются, то деформация
молекулы Н2О (изменение длины связи К.он и полярного угла <р0)
происходит не непрерывно, а скачками, соответствующими данному
набору собственных резонансных частот колебаний атомов и кван-
тов энергии в молекуле. В связи с этим, изменение геометрических
характеристик молекулы Н2О в зависимости от энергии межмоле-
кулярных связей различных агрегатных состояний воды, представ-
ленных в табл. 2.2 и на рис. 2.3, надо понимать не непрерывное, а
скачкообразное в зависимости от величины этой энергии.

Аналогично расчетам дисперсионной энергии различных го-
моядерных и гетероядерных молекул, а также твердых веществ для
заданных их резонансных частот и других характеристик, проведен-
ных в гл. 1, покажем, что и в случае чистой жидкой воды можно
пользоваться подобной же простой формулой (1.6).

Чистая жидкая вода по составу и структуре неоднородна, а
представляет собой смесь «свободных» молекул, кластеров разных
размеров от димеров до образований с эквивалентным диаметром
до 400 А, в ней присутствуют гидратированные ионы Н3О+, Н5О2+,
Н7О3+, Н3О2", что в целом приводит к некоторому набору величин
межмолекулярных энергетических связей. В то же время, каждой
энергетической связи должна отвечать заданная резонансная часто-
та колебаний молекул Н2О, как целого в их взаимодействиях между
собой, и с этой точки зрения данное состояние воды содержит набор
собственных частот, которые будут зависеть от температуры, давле-
ния, растворенных солей и т.д.

Действительно, согласно большого количества эксперименталь-
ных работ [3.1 (КЗ. 18], существуют следующие диапазоны резонанс-
ных частот поглощения излучения в жидкой воде, которые относят
либо к либрационным колебаниям, либо к трансляционным (см. табл.
3.1): 50; 60; 175-200; 45(К470; 527-597; 670^685; 72(К766см '. Рассчи-
таем формально энергию связи дисперсионных сил между молекулами
Н2О по формуле (1.6) для тех же параметров расстояния - КАА=2,98
А, коэффициента поляризации - а=1,34х 10 м см3 и приведенных резо-
нансных частот. Результаты этих расчетов показаны в табл. 6.2.

В нижней строчке табл. 6.2 показаны виды энергии связи, к ко-
торым могут быть отнесены полученные значения дисперсионной
Резонансные частоты, см '	50	60	175-200	450-  460	527-  597	670- 685	720-5- 766
Энергия дисперсиионной связи (расчет), кДж/моль	11,5	13,8	40,3-  46,06	103,6< 106	121-  137	154-  158	166-  176
Вид энергии связи, кДж/ моль	(Н,О), 12,6-15		ДНн(Н,О) 39,6-45,1	Н,О’ 107	н,о; 140 ’	н7о; 153	н,о2- 176
Табл. 6.2. Энергия дисперсионных связей различных соединений из молекул Н,О, присутствующих в жидкой воде.							

энергии: энергия связи димера, энтальпия испарения воды (инте-
гральная энергия связей молекул в жидкой воде) и энергия гидрата-
ции ионов Н+ и ОН-. Полученные значения дисперсионной энергии
связей этих элементов очень хорошо совпадают с их расчетными и
экспериментальными величинами, имеющимися в научной литера-
туре [3.8, 1.39,2.13, 1.19, 1.21].

Таким образом, если экспериментальные резонансные частоты
поглощения в жидкой воде в диапазоне 800-40526 см 1 (см. табл. 3.1)
объясняются резонансным возбуждением колебательных уровней
молекул Н2О и хорошо совпадают с их расчетными значениями (см.
табл. 3.4-5-3.7), то остальной диапазон частот 50^-766 см-1 связан с
различными видами энергии межмолекулярных взаимодействий.

На основании приведенных примеров расчетов в гл. 1 и 6, а так-
же анализа межатомных и межмолекулярных сил автор настоящей
монографии высказывает следующее предположение. Дисперсион-
ные силы межатомного и межмолекулярного взаимодействия фак-
тически являются универсальными и могут описывать как сильно
действующие (химические ковалентные, ионные, кристаллические,
металлические) так и слабые (водородные, электростатические, Ван-
дер-Ваальса), только необходимо знать собственные резонансные
частоты колебаний атомов (молекул), поляризацию и среднее рас-
стояние между ними в веществе. Тем не менее, в предыдущих раз-
делах данной книги и в последующих употреблялась, и далее будет
использоваться общепринятая терминология в названии межмолеку-
лярных сил, действующих в жидкой воде (водородные, электроста-
тические, ориентационные и т.д.), подразумевая под этими понятия-
ми дисперсионные силы взаимодействия.

Когда жидкая вода переведена из квазиравновесного состояния
в колебательно неравновесное состояние и в этом состоянии за счет
цепных квантово-химических реакций (3.25-3.27), табл. 4.2, рис. 4.2,
рис. 4.3 выделяющейся колебательной энергии хватает для его дли-
тельного существования с учетом всего баланса потерь, то должны
меняться и силы межмолекулярного взаимодействия. Действительно,
если увеличивается в среднем степень колебательного возбуждения
молекул Н2О, то это соответствует возрастанию частот колебаний
атомов (в основном легкого водорода) в них, что должно привести
к возрастанию частот межмолекулярных колебаний, и степени по-
ляризации молекул, то есть к возрастанию энергии дисперсионных
связей (см. 1.6). Увеличение энергии межмолекулярных связей вызо-
вет дополнительную деформацию молекул Н2О (уменьшение длины
связей О-Н и полярного угла Н-О-Н), что, в свою очередь, приведет
к переходу системы молекул к другому набору собственных резо-
нансных частот, характерных для нового состояния и в этом новом
состоянии энергия межмолекулярных связей будет больше, чем в
старом состоянии. Для воды, находящейся в этом новом состоянии, в
связи с большей энергонасыщенностью молекул, наличием больших
концентраций элементов ОН, О, О3, Н2, Н2О2, е", естественно, будут
меняться и ее физические и химические свойства, причем в зависи-
мости от величины энерговыделения вода в таком состоянии может
находиться неопределенно долго.

Благодаря воздействию межмолекулярных дисперсионных сил
и колебательному возбуждению молекул в жидкой воде и льду по
сравнению с газовой фазой существенно увеличивается дипольный
момент молекулы Н,О. Молекула воды представляет собой систему
заряженных частиц, содержащих два катиона водорода Н+ч (протоны)
и анион кислорода О 24 с зарядом -О,33е, дипольный момент ко-
торой определяется ц=2еЬ, где Ь=0,22 А [1.12,6.4]. Этот дипольный
момент для изолированной молекулы в газовой фазе равен 1,850.
Для случая жидкой воды в связи со значительным колебательным
возбуждением молекул Н20 и возрастанием амплитуды колебаний
атомов (в основном Н) молекула как бы «разбухает». Так расчеты,
проведенные в работах [3.33,3.34], показывают, например, что для
колебательно возбужденных (изолированных) молекул Н20(0,0,4) и
Н20( 1,0,3) амплитуда колебаний атома Н в связи О-Н увеличивается
в 2,5 раза по сравнению с невозбужденной молекулой и, если для
равновесных условий она составляет величину 0,0677 А для связей
О-Н с частотой ~1014 Гц [1.7], что соответствует периоду колебаний
1~1014 сек, то для возбужденных соответственно 0,169 А. Поскольку,
время перестройки электронных орбиталей для молекулы воды рав-
но КУ’-ЧО^сек. [1.7], то электронное облако не успевает отслеживать
колебания атомов, и электронные орбитали как бы увеличиваются в
объеме, что и показано на рис. 3.9. В этом случае происходит пере-
распределение электронной плотности по объему молекулы Н2О,
расстояние между положительными и отрицательными зарядами (Ь)
возрастает, что приводит к увеличению ее дипольного момента в
жидкости по сравнению с газовой средой. Во льду степень колеба-
тельного возбуждения молекул выше по сравнению с жидкой водой
благодаря резкому уменьшению степени ее релаксации, поэтому
дипольный момент молекул в этом фазовом состоянии выше, чем в
жидкости.

Ответ на вопрос о влиянии величины межмолекулярных связей в
жидкой воде на ее спектральные характеристики подробно дан в гл. 3 и
здесь вкратце повторимся, что с увеличением энергии дисперсионных
связей возрастает степень деформации молекулы Н2О (уменьшаются
длина связи О-Н и величина полярного угла Н-О-Н), а это, в свою
очередь, изменяет структуру колебательно-вращательных уровней ее,
которые и отвечают за спектральные характеристики такой среды.

6.2.	Структура жидкой воды

6.2.1.	Структура воды в квазиравновесном состоянии
и отсутствии внешних воздействий

Исследованию структуры жидкой воды посвящено большое ко-
личество работ, начиная с 30-х годов прошлого столетия, и многое
к настоящему времени стало ясно, но целостной картины понима-
ния этой проблемы пока не наблюдается. В данном разделе мы не
приводим обзора научной литературы по этому вопросу, поскольку
он имеется практически во всех выше перечисленных монографи-
ях, посвященных воде и интересующийся читатель может прочитать
в них всю историю изучения структур воды и теории, связанные с
ними. К сожалению, все эти обзоры грешат одним недостатком: в
связи с большим количеством теорий, пытающихся описать различ-
ные структуры воды, существенным отличием расчетных и экспери-
ментальных значений некоторых физических свойств воды, невоз-
можностью с помощью этих теорий объяснить большое количество
ее уникальных свойств, выводов и конкретных рекомендаций для
практического применения в них, фактически, не делается. Главная
проблема и неверная предпосылка всех предлагаемых в последние
годы, подчеркнем, теорий «структурирования» жидкой воды заклю-
чается в том, что многочисленные авторы определяют структуру
воды как первопричину всех ее уникальных свойств, что принципи-
ально неверно. Основной характеристикой любой системы частиц, а
тем более такой сложной как жидкая вода, является энергонасыщен-
ность ее и распределение энергии по всем степеням свободы.

Наиболее общепризнанной и достоверной, подтвержденной
большим количеством опытных и теоретических работ, проведенных
за последние 60-70 лет, с удовлетворительной точностью описываю-
щей многие физические и химические свойства жидкой воды, явля-
ется структурная теория Самойлова О.Я. [2.29,6.17,6.75]. В данном
разделе эта теория будет проанализирована и дополнена данными
энергетических зависимостей основных процессов межмолекуляр-
ных взаимодействий с учетом запасенной колебательной энергии в
молекулах Н2О.

Согласно второго начала термодинамики, чем более сильно упо-
рядочена система, тем меньше число микросостояний, которыми
осуществляется данное упорядоченное макросостояние, и мерой та-
ких систем является энтропия, определяемая формулой Больцмана:

8=к1п(Г),	(6.1)

где Г - число микросостояний системы. И если, например, мы име-
ем идеальный кристалл льда, где все молекулы закреплены строго
в определенных местах с правильной периодичностью и идеальной
симметрией, тогда существует только одно микросостояние (Г=1),
а соответствующая ему энтропия равна нулю. Чем больше число
микросостояний, тем более разупорядочена система, и в состоянии
равновесия энтропия достигает своего максимального значения,
поскольку равновесие есть наиболее вероятное состояние, совме-
стимое с фиксированными условиями и, следовательно, является
макросостоянием, осуществляемым посредством максимального
числа микросостояний [1.4]. Но чтобы перевести систему (жидкую
воду) из разупорядоченного (относительно) состояния в более упо-
рядоченное (жидкую воду), то есть уменьшить ее энтропию необ-
ходимо затратить энергию извне, причем подводить нужно ее по-
стоянно, чтобы искусственно поддерживать ее в таких условиях. На
основании большого количества опытных данных, приведенных в
предыдущих главах, известно, что обычно перевод воды в некое ак-
тивированное состояние требует мизерное количество энергии (но
селективно и резонансно подведенной), а затем она в этом новом со-
стоянии с высокой степенью энергонасыщенности может находиться
неопределенно долго (часы, недели, месяцы, годы). Таким образом,
первопричиной уникальных свойств воды является ее способность
для поддержания данной степени упорядоченности структуры чер-
пать энергию за счет других процессов, происходящих в ней.

Проанализируем существующие в научной литературе концеп-
ции, описывающие структуры в жидкой воде, основанные на экс-
периментальных данных, и использование которых позволяет с удо-
влетворительной точностью описать многие ее физические свойства.
Как известно, газы являются бесструктурными системами, твердые
кристаллические тела наоборот обладают четко определенной вну-
тренней структурой, в которой атомы расположены в узлах кристал-
лической решетки на строго одинаковых расстояниях между собой.
Жидкости, как показали многочисленные эксперименты, обладают
некоторой структурой, которая не так характерно выражена, как у
твердых тел, но отличается от структуры газов и занимает промежу-
точное место между газами и твердыми телами. Для количественной
характеристики упорядоченности системы молекул вводят некото-
рую парную функцию распределения частиц в пространстве §(К),
где К - расстояние между частицами, тогда для кристалла с выбран-
ным направлением вектора в пространстве она будет иметь вид ре-
гулярно повторяющихся пиков одинаковой высоты, расположенных
на одинаковом расстоянии друг от друга, отражающих положение
атомов в кристаллической решетке (см. рис. 6.1). Такое регулярное
распределение атомов в структуре называется дальним порядком.

У идеального газа распределение молекул по всем направлени-
ям одинаково и на всех расстояниях от начальной точки, т. е. парная
функция изотропна §(К)=сопз1. Как показывают опыты, и теоретиче-
ские обоснования, для жидкости парная функция имеет некоторый
промежуточный вид в виде осциллирующей функции с постепенным
стремлением на достаточно большом расстоянии от центра наблюде-
ния к прямой равной средней плотности молекул в среде. При этом на
кривой четко проявляются три первых максимума, что говорит о вну-
тренней упорядоченной структуре для жидкости в ближнем порядке.
Этот факт говорит также о том, что каждая молекула в жидкости про-
являет заметные силы даль-
нодействия, по крайней мере,
до соседней третьей коорди-
национной сферы молекул.

Благодаря наиважней-
шему свойству молекулы
Н2О быть одновременно
донором и акцептором че-
рез две неподеленные пары
электронов атома кислорода
она образует две донорные
Н-связи и через два атома
Н - две акцепторные (см.
рис. 2.16). Молекула воды
образует четыре водородные
связи с соседними молекула-

ми с точным балансом числа донорных и акцепторных связей и с
близкими к оптимальным для таких связей направлениями, то есть с
максимальной для них энергией [1.12]. С учетом этих свойств моле-
кулы Н2О способны создавать тетраэдрическую структуру, в которой
водородные связи их полностью замыкаются на соседние молекулы
с выигрышем энергии сразу четырех водородных связей. Это обу-

8 (К)

К.

Рис. 6.1. Функция распределения атамов (мо-
лекул) в различных агрегатных состояниях: 1
- газ; 2 - твердое кристалллическое тело; 3 -
жидкость.
сдавливает, с точки зрения минимума потенциальной энергии систе-
мы частиц, выгодность образования ажурной пространственной
структуры с четырьмя ближайшими соседями, характерной для льда
I (см. рис. 5.10), в отличие, например, от структур, определяемых
Ван-дер-ваальсовыми взаимодействиями, где решающую роль игра-
ют эффекты плотной упаковки молекул [6.78].

Структура льда I имеет тетраэдрическую симметрию, где четыре
соседние молекулы Н2О располагаются в вершинах трехгранной пи-
рамиды, в центре которой находится пятая молекула. Объединяясь,
пирамиды образуют трехмерную гексагональную структуру, в кото-
рой каждая молекула связана с четырьмя соседними, при этом размер
кристаллической ячейки (тетраэдра) составляет 7x4,5x2,84 А, а при-
мер ее построения показан на рис. 5.10. Во многих работах говорит-
ся, что во льду у молекулы Н2О полярный угол Н-О-Н приближается
к величине идеального тетраэдра 109,3°, на самом деле, как показа-
но в гл. 2 с помощью аккуратных расчетов, он должен быть 99,2°, то
есть значительно меньше. Между прочим, на основании этих данных
можно объяснить наличие во льду I большого количества дислокаций
кристаллов, вследствие чего он является таким непрочным.

Эта кристаллическая структура такова, что все молекулы воды
соприкасаются между собой противоположными полюсами, образуя

слои, причем каждая из них связана с тремя молекулами в данном слое
и с одной - из соседнего. Водородные связи в слое называют централь-
носимметричными, длина которых составляет 2,92 А, а между слоями
- зеркальносимметричными с длиной 2,76 А. В структуре льда I моле-
кулы в слое образуют гексогональные кольца, располагающиеся гофри-

а)	б)

Рис. 6.2. Структура гексагональных колец связей
атамов О в кластере жидкой воды: а) открыто-
упакованная: 6) плотно-упакованная [6.80].

рованными слоями, при
этом они симметрично
смещены относительно
средней плоскости слоя
то, поднимаясь, то, опу-
скаясь, в направлении оси
перпендикулярной этой
плоскости слоя (см. рис.
6.2 и 5.10). Таким обра-
зом, элементарная ячейка
в этой структуре включа-

ет в себя 12 молекул, 6 пустот и число пустот, приходящихся на одну
молекулу, составляет величину 0,5, а размер пустот превышает размеры
молекулы Н2О, эффективный радиус которых равен 1,56 А [3.49], в свя-
зи с чем, лед I обладает одной из наименее плотных структур.

При плавлении льда I часть водородных связей разрывается и
образуется жидкая вода, представляющая собой смесь «свободных»
молекул и остатков «каркаса» кристаллической структуры льда, на-
зываемых ассоциатами или кластерами. К. Девис и Т. Литовиц впер-
вые предложили и рассчитали модель первичных структур (кирпи-
чиков), из которых строятся кластеры жидкой воды. Они включают
в себя два варианта: плотно-упакованную и открыто-упакованную
(льдоподобную) (рис. 6.2) [6.80]. Причем плотно-упакованная
структура обладает большим числом водородных связей. Во льду I
молекулы Н,0 размещены в сжатых гексагональных кольцах и об-
разуют плотную структуру (рис. 6.26). В жидкой воде образуются
две структуры: плотно-упакованная с плотностью р=1,32 г/см3 и
открыто-упакованная (льдоподобная, р=0,87 г/см3) с оптимальными
возможностями для образования водородных связей между кольца-
ми (рис. 6.2). Расчеты, выполненные для такой модели, показали, что
в момент плавления льда I разрывается только 18% водородных свя-
зей и льдоподобная структура при 0°С составляет 60%, а при 100°С
- 30%. Эта модель согласуется со спектральными характеристиками
и опытными данными диэлектрической проницаемости воды.

Из таких первичных структур и оторванных («свободных»)
молекул Н2О строятся крупные кластеры жидкой воды. В этих кла-
стерах при сохранении тетраэдрической структуры льда I среднее
расстояние между молекулами увеличивается в среднем с 2,72 А до
2,98 А (Т~300°К) (расстояние между атомами кислорода). Поэтому в
соответствие с формулой (1.6) дисперсионная энергия связей между
молекулами Н2О уменьшается в ~ 1,73 раза и кластеры в жидкой воле
становятся нежесткими, по сравнению со льдом I.

Оторванные «свободные» молекулы воды, имея радиус
1,34+1,36 А, и, попадая в пустоты кристаллической структуры
кластеров (К=1,56 А), заполняют их в первую очередь с наружной
поверхности кластера, где имеются свободные связи у крайних мо-
лекул Н2О. В связи с этим уменьшается объем жидкости и увеличи-
вается ее плотность по сравнению со льдом. Этот процесс проис-
ходит вследствие стремления системы к минимуму потенциальной
энергии и максимуму энтропии, а также благодаря тому факту, что
молекулы воды, находящиеся на наружной поверхности кластеров,
обладают неполным числом водородных связей (менее четырех).

Как видно из рис. 5.10, тетраэдрическая структура льда I, обра-
зованная молекулами воды с четырьмя связями, безгранична в про-
странстве и ее нельзя прервать, не нарушив соотношение водородных
связей между соседними молекулами воды. Поэтому изменение этой
структуры вблизи границы поверхности кластера в жидкой воде долж-
но возникать за счет непосредственного взаимодействия молекул Н2О,
размещенных на поверхности одного кластера, с молекулами воды на
поверхности другого соседнего кластера со стремлением в пределе
организовать четыре водородных связи у каждой молекулы. При не-
совместимости пространственного расположения структур двух со-
седних кластеров на их поверхностях будут находиться молекулы Н,0
с неполным числом водородных связей (1^3), причем поверхностная
тетраэдрическая структура будет несколько искажена за счет того,
что у таких молекул, вследствие уменьшения их деформации, длина
ковалентных связей О-Н и полярный угол Н-О-Н будут отличаться
(будут больше, см. табл. 2.1) по сравнению с молекулами, имеющими
четыре водородных связи, и находящимися во внутренней структуре
кластера. Эти молекулы, размещенные на боковых поверхностях кла-
стеров, могут меняться местами, переходя из структуры одного кла-
стера в структуру другого. «Свободные» молекулы воды, находящие-
ся между кластерами и имеющие по одной - две водородной связи с
поверхностными молекулами кластеров, обладают геометрическими
характеристиками близкими к тем, которые существуют у них в газо-
вой фазе. Таким образом, многообразие и мобильность образования
структурных форм в жидкой воде создается благодаря изменению гео-
метрических характеристик и степени насыщенности энергией (водо-
родных связей и колебательной энергией) самих молекул воды в за-
висимости от их размещении в той или иной структуре.

Структура жидкой воды исследовалась экспериментально до-
статочно подробно многими авторами, в том числе и с помощью
рентгеноструктурного анализа путем облучения воды медленными
нейтронами и электрона-
ми. На рис. 6.3 приведены
опытные данные функции
распределения для жидкой
воды атомов кислорода при
температуре 25°С, получен-
ные в работе [6.5], опытная
кривая имеет максимумы,
расположенные на расстоя-
нии 2,88 А и 4,9 А, а между
ними заметен минимум -
3,4 А. Экспериментальные
исследования для воды,
приведенные в обзорной
работе [1.7], показывают,
что для корреляционных

функций О(К),	Н(К), дн н (К) наблюдаются следующие максиму-

мы (при Т=25“С):

5ОО(К) - первый максимум находится на расстоянии 2,85 А, при
этом площадь под кривой соответствует наличию 4,4 молекул около

Рис, 6.3. Кривая радиального распределения ато-
мов О для .жидкой воды (Т=25 ‘С) [6.5].
каждой центральной молекулы, максимум широкий в диапазоне от
2,75 до 3,05 А;

§ (К.) - наблюдаются 3 максимума: первый на расстоянии
1,86 А соответствует расстоянию между атомом О центральной мо-
лекулы и протонами других молекул, связанных с ней водородной
связью; второй - 3,2 А соответствует расстоянию между атомом О
центральной молекулы и протонами ближайших соседей, которые
не участвуют с ней в водородных связях; третий максимум - 5,5 А
это расстояние между атомом О центральной молекулы и протонами
молекул второй координационной сферы;

(К) - наблюдаются 3 максимума: первый - 2,2 А соответ-
ствует расстоянию между протонами центральной молекулы и про-
тонами молекул первой координационной сферы, участвующих в
водородных связях с центральной молекулой; второй - 3,6 А это
расстояние между протонами центральной молекулы и протонами
первой координационной сферы молекул не участвующих в водо-
родных связях с центральной молекулой; третий максимум - 6,5 А
соответствует расстоянию распределения протонов второй коорди-
национной сферы относительно первой.

Исследование функций распределения молекул в жидкой воде в
зависимости от температуры показало существенное влияние, причем

с ее ростом степень струк-
турированности снижается,
и влияние дальнего порядка
уменьшается, что видно по
экспериментальным кри-
вым, приведенным на рис.
6.4 для функции распреде-
ления атомов О [6.6].

Важной характеристи-
кой любой структуры яв-
ляется координационное
число, которое определяет
количество атомов (моле-
кул), находящихся в первой
координационной сфере,
по отношению к любой за-
данной частице в объеме
вещества. Для идеальной
структуры льда I это коор-
динационное число равно
4, что говорит о числе бли-
жайших соседей данной мо-

В(К)=4лК2р(К)

0	2	4	6 8К,А

Рис. 6.4. Кривые радиального распределения для
жидкой воды атомов О при различных темпера-
турах [6.6].
деле для экспериментальных данных

Температура, “С	1,5	13	30	62	83
Координац. число	4,4	4,4	4,6	4,9	4,9
Табл. 6.3. Изменение координационного числа для жидкой воды в зависимости от температуры [б. б].					

лекулы. В то же время для жидкой воды, если пересчитать объем за-
нимаемый молекулами для случая наиплотнейшей упаковки шаров,
то среднее координационное число должно было быть 12. На самом
радиального распределения
молекул, приведенного на
рис. 6.4, координационное
число меняется в зависи-
мости от температуры от
4,4 до 4,9 (см табл. 6.3).
На основании этих данных

можно сказать, что в воде существует некая ажурная каркасная кон-
струкция из молекул, которая даже ориентировочно не напоминает
плотноупакованную жидкость со средним координационным числом
12 под первым максимумом функции радиального распределения
молекул, но, в то же время, она более плотная, чем во льду I.

Анализ интегральных термодинамических характеристик жид-
кой воды в диапазоне температур 0-Н00°С показал, что относитель-
ное число кластеров (отнесенное к общему количеству молекул),
включая все мелкие вплоть до единичных молекул, остается пример-
но одинаковым, несколько уменьшаясь соответственно с 0,505 до
0,483 [5.64]. В то же время молекулы Н2О, заполняющие пустоты в
кластерах, в среднем имеют меньшее число водородных связей (1^2)
по сравнению с «каркасными» (3^4 связей), образующими льдопо-
добную структуру кластеров, и по своим характеристикам занимают
промежуточное положение между ними и молекулами газовой фазы
[2.8]. Количество разорванных связей в процессе разрушения кри-
сталлической структуры льда во время его таяния (0°С) по разным
литературным данным меняется от нуля [6.7] до 71% [6.8], анализ
этого вопроса авторами работ [6.9,6.80] показал, что наиболее до-
стоверная величина составляет около 15-48%.

Относительно размеров кластеров, присутствующих в жидкой
воде, приведем следующую информацию. В монографии [1.12] при-
водятся данные, что на основе термодинамических расчетов в воде
кроме единичных молекул и димеров образуются кластеры разме-
ром от 12 до 150 молекул. Экспериментальное исследование с помо-
щью измерения оптического рассеяния зондирующего луча спектро-
фотометра дистиллированной, тщательно очищенной, в отсутствии
внешних воздействий, в спокойном состоянии воды показало на-
личие оптических неоднородностей с размером 16^17 А [6.76]. Ре-
зультаты рентгенографических измерений кластеров, приведенные
в работе [6.82], показывают, что их размеры составляют около 30
А. На основании измерения коэффициентов преломления света в во-
дных растворах ацетонитрила и метилового спирта в работе [3.36]
сделан вывод, что первичным «квантом» структуры воды является
кластер из 57 молекул. В работе [6.3] измеряли отверстия в пленке из
полидиметилсилоксана, находившейся на поверхности жидкой воды
в сосуде, при испарении ее в атмосферу, и в результате переходов
кластеров из жидкой фазы в парообразную, оказалось, что разме-
ры их находятся в диапазоне 30СН600 А. В работах [6.11-^6.13] про-
водились измерения коэффициентов рассеяния света в сильно раз-
бавленных водных растворах различных веществ, сделаны выводы
о слабом влиянии мицелообразований из ионов и молекул воды на
интенсивность светорассеяния, поэтому оно остается релеевским.
Максимальные образования кластеров в таких слабых водных рас-
творах достигали величин ~270 А. Измерение диэлектрических по-
терь в дистиллированной воде в области частот 103-ЧО7 Гц с исполь-
зованием формул Дебая показало, что время релаксации крупных
диполей составило (2-НЗ)*1О ? сек, диэлектрическая проницаемость
е5=950, а диаметр наибольшего кластера ~400 А [2.12]. Если теперь
пересчитать равенство объемов сферы и сфероцилиндра кластера
аналогично данным, изложенным в гл. 2, то размеры его будут такие:
диаметр ~308 А, длина ~540 А, а отношение длины к диаметру ~1,7,
что очень хорошо согласуется с экспериментальными данными ра-
боты [6.3]. Экспериментальные кондуктометрические исследования
деионизированной воды и разбавленных растворов солей показы-
вают, что кластеры имеют макроскопические размеры, существуют
в виде пространственно разнесенных образований, обладающими
фиксированными значениями электропроводности [6.66].

На основании большого количества экспериментальных данных
исследования физических свойств жидких кристаллов была получе-
на формула для времени релаксации т палочкообразной молекулы,
связанного с ее свободным вращением вокруг короткой оси в среде
с вязкостью т] [6.18]:

т=7СТ]Е7[6кТ(1п(28}-0,8))],	(6.2)

где Ь - длина молекулы; 8=Ь/с1, б - толщина молекулы. Эту форму-
лу можно применить и к кластерам в жидкой воде и, например, ис-
пользуя время релаксации диполей т =2,41 МО'5 сек при воздействии
переменного электрического поля, приведенное в работе [2.12], для
параметра 8=3 получим длину кластера равную ~570 А, что хорошо
согласуется с данными работ [2.12,6.3]. Количество молекул воды в
таких кластерах (ассоциатах) и их размеры согласно некоторых ра-
бот [1.12,2.12,2.7,3.36,6.3] колеблется от шести до 3,25><107 штук и
от 6 А (димер) до ~600 А соответственно. Таким образом, на основе
приведенного обзора экспериментальных работ можно сделать вы-
вод, что в чистой жидкой воде в отсутствии внешних воздействий в
диапазоне температур (Н40°С присутствуют кластеры с размером от
~6 А (димер) до ~600 А.

Как любой параметр в жидкости или в газе в условиях квазиравно-
весия масса или размер кластеров подчинены статистической функции
распределения, причем, как подчеркивал еще Ландау Л .Д. [ 1.5], что для
жидкости, тем более для воды с сильными межмолекулярными связя-
ми нельзя пользоваться функцией распределения Больцмана, которая
выведена для идеального газа. Тем не менее, в большом количестве
научных работ [1.3, 1.12, 1.19, 1.35, 2.29, 6.75, 6.10,6.11 ], посвященных
теоретическим расчетам физических, статистических, термодинамиче-
ских параметров, характеристик для жидкой воды и растворов исполь-
зуют в явном или неявном виде функцию распределения Больцмана,
которая допускает очень большие значения этих параметров, что не от-
вечает физическим процессам, протекающим в жидкой воде, и приво-
дит к принципиальным ошибкам. По-видимому, наиболее достоверной
функцией распределения параметров относительно средней величины
в жидкой воде (свободной, кинетической и колебательной энергий мо-
лекул, массы кластеров, количества разорванных водородных связей и
т.д.) является функция закона распределения ошибок с центром около
заданной средней величины (3.11), которая очень хорошо описывает,
например, такую физическую характеристику как кривую радиального
распределения атомов кислорода (см. рис. 3.12).

Из анализа большого о&ьема научной литературы можно сделать
вывод, что к настоящему времени сложилось практически общепри-
нятое мнение, основанное на объяснении сильных температурных
зависимостей физических свойств жидкой воды, что с возрастанием
температуры от нуля до 100°С происходит постепенное разрушение
кластеров, больше появляется «свободных» молекул и ее свойства
приближаются к свойствам «простых» жидкостей [2.10, 6.10]. Это
является одним из главных заблуждений и неверных предпосылок
при анализе и интерпретации многочисленных экспериментальных
результатов и теоретических работ при исследовании свойств жид-
кой воды и водных растворов. Попытаемся подробно осветить этот
вопрос с достоверными обоснованиями.

В понятии «структура» жидкой воды необходимо различать два
аспекта: геометрический и энергетический. Первый из них опреде-
ляет геометрические характеристики молекул Н2О (длина связей К.он
и полярный угол <р0), а также длину водородных связей О-Н...О и
значения координатных углов, задающих взаимную ориентацию.
Энергетический аспект связан со всеми видами энергий молекул и
неравноценностью различных молекулярных построений.

Говоря о структуре жидкости, следует также различать мас-
штабы времени, о которых идет речь. Если рассматривается проме-
жуток времени ~10 6-Н0’7 сек (время перестройки электронных ор-
биталей молекул), то имеем дело с колебательно усредненной, или
Ус-структурой. По сути дела, Ус-структура это сугубо локальная
характеристика жидкости, отражающая усредненную картину рас-
положения молекул в ближайшем сферическом слое вокруг произ-
вольно выбранной молекулы за период времени, включающий ~ 1 000
молекулярных осцилляций вблизи временного положения равнове-
сия. Ус-структуры вокруг разных молекул в общем случае различны,
и для жидкой воды это понятие имеет фундаментальную роль, по-
скольку она характеризуется их широким спектром. Усреднение по
всем локальным структурам за время (1,14-^1,5)х10'3 сек (максималь-
ное время жизни водородной связи) дает картину строения жидкости,
называемую диффузионно-усредненной, или Ос-структурой. Эту
структуру можно рассматривать как результат усреднения локальных
Ус-структур по всему пространству, занимаемому жидкостью [6.15].

Напомним, что в жидкой воде в диапазоне температур 0-Н00°С
молекулы обладают кинетической энергией (1,5кТ) соответствен-
но от 3,4 кДж/моль=285 см 'м до 4,65 кДж/моль=389 см1, а энер-
гия водородной связи составляет ~21 кДж/моль=1757 см1, то есть в
6,2^-4,5 раз больше.

В монографии [1.12] сделаны правильные выводы о влиянии вы-
шеизложенных факторов на структуру жидкой воды, поэтому приве-
дем их в несколько усовершенствованной интерпретации. В жидкой
воде молекулы, обладающие малой энергией теплового движения, в
сравнении с энергией межмолекулярных взаимодействий, образуют
метастабильные состояния в виде кластеров. Время существования
и размер этих кластеров, образованных молекулами, имеющими
три-четыре водородных связи, будет зависеть от типа кристалличе-
ской структуры и энергии теплового движения. Наиболее стабиль-
ной структурой кластера будет та, которая обладает наименьшей
величиной свободной энергии, однако, если каким-то образом уве-
личить свободную энергию молекул, то может образоваться другой
тип пространственного упорядочения. Подобные образования могут
существовать даже тогда, когда их свободная энергия превышает
среднюю свободную энергию всей жидкости. Следовательно, чем
больше свободная энергия того или иного кластера, тем меньше его
размер и меньшее число молекул его образует. Различные конфигу-
рации кристаллических структур кластеров образуются в зависимо-
сти от их энергетического уровня, причем, чем ниже энергия, тем
чаще вероятность возникновения той или иной конфигурации. Так,
записав, например, вероятность прыжков данной молекулы из свое-
го исходного положения в комбинациях с различным числом партне-
ров, можно оценить долю каждой группы во взаимных перемеще-
ниях и получить распределение вероятности миграции молекулы в
различных вариантах с соседями. Подобные расчеты, проведенные
в работе [2.10], показали, что максимум распределения вероятности
приходится на искаженный тетраэдр, в центре которого находится
выбранная молекула, а по вершинам ее четыре партнера. Поскольку
каждое изменение такой структурной единицы сопровождается раз-
рывами или восстановлениями связей, то это распределение позво-
ляет перейти к распределению молекул по совокупности участков
структуры с близким строением. Экспериментально тетрагональная
структура молекулярных кристаллов в кластерах жидкой воды на-
блюдается в диапазоне температур ~ 2ОО+5ОО°К, причем это под-
тверждено рентгеноструктурными анализами измерения функции
радиального распределения (см. рис. 6.4) до весьма высоких темпе-
ратур (выше 373°К) [6.15].

Если имеются условия образования водородных связей в жид-
кой воде, то эти возможности обязательно реализуются, а свободная
энергия при этом понижается. В энергетическом отношении для мо-
лекул наиболее выгодно образовывать четыре водородные связи, что
увеличивает внутреннюю энергию, компенсируя потери в энтропии.
Одиночные «свободные» молекулы имеют наиболее высокую энтро-
пию по сравнению с молекулами каркаса кластеров, поэтому из всех
возможных состояний молекул в жидкой воде, скорее всего, имеются
молекулы с полностью насыщенными водородными связями и «сво-
бодные», эти два вида молекул и преобладают в жидкой воде [2.2].

На сложный кооперативный характер взаимодействия молекул
воды указывают квантово-механические расчеты малых кластеров,
содержащих три-четыре молекулы Н2О [1.12]. Результаты расчетов
показывают, что в таких кластерах энергия водородных связей превы-
шает сумму энергий димеров на 20+30% и с ростом размера кластера
от двух до пяти молекул составляет 21,3+ 47,6 кДж/моль. Эксперимен-
тальные исследования показали, что поскольку на каждую пустоту в
каркасе кластера приходится по два узла, то доля пустотных молекул
составляет 20+25% и незначительно увеличивается с температурой.

Согласно теории Самойлова О.Я. образования кластеров в жид-
кой воде [6.75] кристаллическая решетка льда I с тепловым движе-
нием молекул в узлах есть результат самоорганизации молекул за
счет нелинейных колебаний. При плавлении льда происходит разру-
шение самоорганизации этих колебаний со строгой периодичностью
в расположении их центров, и система распадается на кластеры,
внутри которых по-прежнему сохраняется некоторая самоорга-
низация, однако взаимодействие с окружением, состоящим из таких
же кластеров, все время ее нарушает. Таким образом, тепловое дви-
жение в жидкости состоит в нелинейных колебаниях около некото-
рых центров, определяемых этими же колебаниями и в смещении
их относительно друг друга. Это происходит в результате возмуще-
ний со стороны окружения, а также соответствующих резонансно-
диффузионных, столкновительных и излучательно-поглотительных
процессов перераспределения энергии между молекулами внутри
кластеров и между ними. Характерным в таких процессах можно
считать время перестройки структуры или структурной релаксации:

тог[ди/(ЮокТ)]ехр[2л(Ди/кТ)12],	(6.3)

где АШ - глубина потенциальной ямы энергии взаимодействия меж-
ду кластерами; ю0 - частота колебаний невозмущенного движения.
Здесь Ди нельзя рассматривать как энергию активации процесса, а
экспонента появляется не из распределения Больцмана, а по другим
причинам. Эта модель молекулярной динамики рассматривает пере-
стройку структуры как результат, прежде всего, перераспределения
энергии по степеням свободы молекул и потери устойчивости не-
которого кластера. Потеря устойчивости кластеров вовсе не пред-
полагает обязательную смену соседей, может просто измениться их
взаимное расположение или за счет обмена квантами колебательной
энергии и энергии водородной связи между молекулами. С другой
стороны, смещение частиц относительно друг друга в кластере мо-
жет происходить и без потерь устойчивости за счет изменения поло-
жений центров колебаний при изменении амплитуды. Когда говорят
о разрушении Ус-структуры, то обычно считают, что это происходит
из-за разрыва водородных связей. Однако правильнее говорить, что
связи или молекулярные контакты нарушаются, когда Ус-структура
теряет устойчивость как колебательная система (изменяются ре-
зонансные частоты).

При таянии льда регулярное распределение атомов в структуре
дальнего порядка нарушается, но ближний порядок размещения ча-
стиц в жидкой воде остается и характеризуется большой величиной,
даже по сравнению с другими жидкостями, имеющими более прочные
межмолекулярные связи. Такая особенность жидкой воды может быть
объяснена только тем, что пустоты в кристаллической структуре кла-
стеров заполняются «свободными» молекулами, а кинетическая энер-
гия молекул не приводит к серьезным разрушениям этой структуры.

В идеальном газе в отсутствии взаимодействий молекула Н2О
обладает следующими степенями свободы накопления и распреде-
ления энергии: электронные; три типа колебаний симметричной,
асимметричной и деформационных мод; три типа вращательной
относительно трех взаимно перпендикулярных осей и трех посту-
пательных вдоль этих же осей. Тогда, отвлекаясь пока от электрон-
ной и кинетической энергий молекул, заданное энергетическое со-
стояние молекулы воды можно записать как Н О(у ,у ,у где:
у,,у2,у3- уровни соответственно симметричной, деформационной и
асимметричной колебательных мод; - соответствующие вра-
щательные подуровни этих мод. Для жидкой воды ситуация совер-
шенно иная: молекула вместе с колебательной и вращательной энер-
гиями, обладает еще и значительной энергией водородных связей.
В то же время, поскольку в жидкости (в кристаллической структуре
кластера) она не можем вращаться на 360°, а обладает только торси-
онными колебаниями на угол не более ±21°, то запасенная энергия
на этих степенях свободы будет незначительной (энергия вращатель-
ного кванта составляет В=0,00141 см ', по сравнению, например, с
газом: Ву=~18 см1, см. гл. 3). Поэтому основное энергетическое со-
стояние молекулы воды в жидкости можно описать таким образом:
Н2О(уру2,у3,1р12,13,14), где: уру2,у3 - принимают целочисленные значе-
ния соответственно 0-Н1,0-5-7 и 0-5-11, а 1|,12,13,14 - значения 0 и 1, озна-
чающих отсутствие или наличие водородной связи.

Используя эти обозначения, запишем квантово-механические
реакции передачи энергии между колебательными уровнями моле-
кул Н2О и водородными связями в жидкой воде:

1.	Н20(у1,1,у3,0,0,1,1)^Н20(у,,0,у3,0,1,1,1)+ДЕ=0 см ',

2.	Н20(у|,2,у3,0,0,1,1)^Н20(у|,0,у3,1,1,1,1)±ДЕд=37 см1,

3.	Н20(у,,3,у3,0,0,0,1)±;Н20(у1,0,у3,1,1,1,1)±ДЕ =111 см1,

4.	Н20(у,,4,у3,0,0,0,0)^Н20(у1,0,у3,1,1,1,1)±ДЕ =222 см1,

5.	Н2О'(у'|, 1 У3,0,0,0,0)+Н20"(у"|,у"2У'3,0,0,0,1
Н20'У1,ОУ3,0,0,0,1)+Н,0"(у"|,у"2,у"3,0,0,0,0)+ДЕ =0 см1,

6.	Н20'(у'1,2,у'3,0,0,0,0)+Н‘,0"(у"|,у"2,у"3,0,0, 1,1)^	(6.4)

Н2О'(у',,0У3,0,0,1,1 )+Н~0"(у"|,у"2,у"3,0,0,0,0)±ДЕг =37 см1,

7.	Н,0'(у'1,ЗУ3,0,0,0,0)+Н^О''(у"|,у"„у"3,0,1,1,1)^
Н2О'(у'р0,у'3,0, 1,1,1 )+Н20''(у''|У'2У'3,0,0,0,0)±ДЕ = 111см1,

8.	Н20'(у'р4,у'3,0,0,0,0)+Н20"(у"ру"2,у"3, 1,1,1,1 )^

Н2О'(у',,0У3,1,1,1,1 )+Н20"(у"ру",,у"3,0,0,0,0)±ДЕд=222 см 1.

Первая реакция описывает передачу кванта энергии первого ко-
лебательного уровня деформационной моды величиной 1757 см1 в
энергию одной водородной связи также равной 1757 см |=21,02 кДж/
моль и наоборот. Напомним, что на основании выводов гл. 3 (см.
табл. 3.15) энергия всех связей в жидкой воде квантуется и, с уче-
том литературных данных, в зависимости от источника, значения
энергии водородной связи находятся в диапазоне Пн=20,95-5-25 кДж/
моль, поэтому для дальнейшего анализа будем использовать величи-
ну водородной связи равной 1757 см1. Эта реакция идет с полным
резонансом. Вторая, третья и четвертая реакции показывают переда-
чу колебательной энергии со второго, третьего и четвертого уровней
деформационной моды в соответствующие водородные связи этой
же молекулы и наоборот. Реакции №5=8 (6.4) описывают передачу
энергии между колебательными уровнями деформационной моды и
водородными связями двух молекул. В данном случае дефект энер-
гий реакций квантуется величиной ангармонизма деформационной
моды Хд=37 см 1 (111/37=3 и 222/37=6) и поступает из кинетического
резервуара энергии молекул (или наоборот - уходит в кинетическую
энергию). Эти реакции идут во всем диапазоне температур ОНОО°С
изменения кинетической энергии молекул от 285 до 389 см1.

Водородная связь это, фактически, дисперсионная связь между
молекулами, причем по линии водородной связи колеблются не сами
молекулы с заданной частотой (см. рис. 6.5), а, в основном, атомы во-
дорода. С другой стороны, эти же атомы водорода участвуют в дефор-
мационных колебаниях с изменением полярного угла между связями
О-Н, как показано на рис. 6.5. Поскольку частоты этих двух типов
колебаний совпадают или кратны друг другу, то создается большая

вероятность перехода, например,
энергии водородной связи в квант
колебательной энергии деформаци-
онной моды или наоборот. Причем,
что очень важно, и на это указывал
еще Самойлов О.Я.: при разрыве во-
дородной связи ее энергия практи-
чески никуда не теряется (не пере-
ходит полностью в кинетическую
энергию), а перераспределяется по
другим степеням свободы - колеба-
тельным уровням. В кинетическую

Рис. 6.5. Структура водородных связей
в кристалле льда /.

энергию или тепло переходит только дефект энергий небольшой ве-
личины согласно реакций (6.4). На основании изложенного материала
в гл. №2, 3, 4, 6 колебательная энергия в объеме жидкости перерас-
пределяется между молекулами, в основном, за счет излучения фото-
нов света, испускаемыми теми же молекулами, поэтому, фактически,
таким же образом передается и энергия водородной связи.

Анализ спектральных характеристик (см. табл. 3.18) показы-
вает, что жидкая вода является сугубо нелинейной системой, отли-
чающейся следующими свойствами: во-первых, это присутствием
ангармоничности колебаний во взаимодействиях между кластерами,
то есть наличием в спектре частот, кратных основной. Во-вторых,
свойством неизохронности, то есть зависимостью основных частот
и гармоник от амплитуды или энергии колебаний кластеров и их со-
ставных частей. Нелинейные колебания системы отличаются тем,

что в них происходят процессы автоподстройки их частот, постоян-
ного изменения и стабилизации, поэтому в результате неизохронно-
сти колебаний стабилизируется действие резонансного возмущения.
Механизм такой стабилизации состоит в том, что возмущение из-
меняет энергию колебаний, а, следовательно, и частоту, что наруша-
ет резонанс и изменение энергии прекращается. Такие нелинейные
процессы и приводят к самоорганизации систем кластеров.

На основании вышеизложенных фактов о том, что энергия во-
дородных связей даже при 100°С в 4,5 раза больше кинетической
энергии молекул и большой вероятности реакций (6.4), можно сде-
лать вывод, что количество кластеров в жидкой воде с повышением
температуры если и уменьшается, то незначительно, а, благодаря
потери устойчивости внутренних колебаний, более крупные класте-
ры разваливаются на мелкие. При этом, поскольку общая наружная
поверхность всех кластеров увеличивается, то в свободные участки
поверхности внедряются и присоединяются «свободные» молекулы,

т	273,16	283,15	293,15	303,15	313,15	333,15	353,15	373,15	393,15
	28060	27840	27630	27400	27170	26700	26210	25690	25140
X	1,98	1,99	2,01	2,02	2,03	2,05	2,06	2,07	2,08
Табл. 6.4. Содержание ассоциатов и молекул Н,0 в жидкой воде [5.64].									

димеры, тримеры и другие мелкие кластеры. Здесь нужно подчер-
кнуть, что с точки зрения Ос-структур основная масса одиночных
молекул и мелких кластеров будет с наибольшей вероятностью при-
соединяться именно к поверхностным молекулам кластеров, у кото-
рых имеется всего одна-три водородных связи, по сравнению с вну-
тренними молекулами кластеров, имеющих три-четыре водородных
связи. С ростом температуры в жидкой воде происходит выравнива-
ние размеров кластеров, а количество их вместе с одиночными моле-
кулами и мелкими образованиями должно несколько уменьшаться,
что и наблюдается в эксперименте [5.64]. Так, в работе [5.64] жид-
кая вода рассматривается как совокупность ассоциатов, включая
единичные молекулы, и суммарное количество этих частиц взято в
качестве четвертой переменной в уравнении Ван-дер-Ваальса. По
экспериментальным Р-Т диаграммам для жидкой воды рассчитаны
следующие параметры: [моль/м3] - количество ассоциатов, вклю-
чая единичные молекулы; / - отношение общего количества моле-
кул к числу ассоциатов в зависимости от температуры (табл. 6.4). Из
таблицы видно, что количество кластеров в жидкой воде в диапазоне
температур СН-100°С уменьшается незначительно и примерно равно
числу «свободных» молекул, а в массовом соотношении существен-
но превышает их.

Этот вывод обосновывает еще один экспериментальный факт:
как известно, концентрация ионов ОН и Н’ с ростом температуры
резко возрастает, например, в диапазоне (Н 100°С в 518 раз (рис. 4.1),
а при повышенном давлении для жидкой воды даже в 1 000 раз при -
300°С. Но ионы в жидкой воде образуются в результате эндотермиче-
ской реакции (4.2), причем энергия активации для нее составляет ~56
кДж/моль, что превышает среднюю энергию связей в воде. Ясно, ко-
нечно, что при среднем значении энергии связей ДНИ=42 кДж/моль
максимальные ее значения будут достигать в центре кластеров и воз-
можно превышать величину ~60 кДж/моль (что показано и расчетом
[1.12]). В этом случае сильным катализатором реакции (4.2) являют-
ся дефекты Бьеррума, концентрация которых в обычных условиях
достигает 1015 см’. Поэтому для обеспечения высокой концентрации
ионов ОН и Н+ при высокой температуре обязательно необходимо
наличие в жидкой воде большого количества кластеров.

Выше изложенные данные подтверждаются также термодинами-
ческими расчетами Крестова Г.А [2.8], который, используя линейную
зависимость количества разорванных водородных связей от темпе-
ратуры, а также, принимая за энтальпию связей каркасных молекул
кластеров теплоту испарения льда, рассчитал температурные зави-
симости пустотных («свободных»), каркасных молекул и долю за-
полнения пустот в кристаллической структуре кластеров (табл. 6.5).

Т,"С	1%у<т	‘'КАРК.	у,%	Т,“С	1МПУС1	\арк.	у,%
0	0,137	0,863	31,7	35	0,225	0,775	58,1
5	0,15	0,85	35,3	40	0,238	0,762	62,5
10	0,162	0,838	38,7	45	0,25	0,75	66,7
15	0,175	0,825	42,4	50	0,263	0,737	74
20	0,187	0,813	46	55	0,276	0,724	76,2
25	0,2	0,8	50	60	0,288	0,712	80,9
30	0,213	0,787	54,1	80	0,333	0,666	100

Тоби. 65. Мольные дали молекул Н,О, находящихся в узлах каркаса кристаллической
решетки кластеров МКАРК. его пустотах№11УСГ и датя запатения пустот у. [2.8].

На основании табл. 6.5 видно, что кластеры существуют, по крайней
мере, вплоть до 80°С, количество каркасных молекул уменьшается,
а пустотных - увеличивается. Эти данные можно интерпретировать
как дробление крупных кластеров на мелкие с ростом температуры,
увеличение их суммарной наружной поверхности и заполнения по-
верхностных пустот «свободными» молекулами.

Таким образом, на основании выше изложенного материала,
можно предположить, что кластер в жидкой воде представляет собой
удлиненное образование, внутри которого имеется кристаллическая
структура, а поверхностные пустоты решетки заполнены «свобод-
ними» молекулами, то есть создается поверхностная пленка в один
или два монослоя молекул, плотность которой выше, чем внутрен-
ней структуры кластера.

Подтверждением жидкокристаллической структуры воды служат
также экспериментальные данные, приведенные в брошюре [6.49]: во
льду и в жидкой воде существуют низкочастотные резонансные поло-
сы поглощения соответственно 200; 60 см 1 и 175; 50 см1. При облу-
чении льда и жидкой воды на этих частотах возникают акустические
продольные Р-волны сжатия для частот 200 и 175 см обусловленные

смещением центра масс молекул, а также поперечные сдвиговые аку-
стические 5-волны для частот 60 и 50 см1, характерные только для
твердых тел. Параметры волн для жидкой воды составляют соответ-
ственно: длина продольной Р-волны сжатия - ^р~5,1 А, а фазовая ско-
рость Ур=2,7х 103 м/сек; длина поперечной сдвиговой 5-волны - \^7,9
А и ее фазовая скорость V = 1,3 х 103 м/сек. Таким образом, жидкая
вода обладает свойством «твердотельности», но тогда длины этих волн
должны быть близки к размерам минимальных структурных единиц,
из которых состоит это «твердое тело». Действительно, минимальные
размеры кристаллической ячейки льда I равны 7Х4,5Х2,84 А (см. рис.

5.10), в то же время для жидкой воды минимальное расстояние между
ближайшими атомами кислорода увеличивается с величины 2,72 А,
характерной для льда I, до 2,98 А при температуре ~300°К. Тогда мож-
но предположить, что минимальные размеры ячейки кристалла кла-
стера жидкой воды должны увеличиться в 8=2,98/2,72=1,0956 раз, то
есть будут 7,67х4,93х3,11А и длины Р-волны сжатия Хр=5,1 А, а также
сдвиговой 5-волны - \=;7,9 А очень хорошо совпадают с размерами
двух граней этой тетраэдрической ячейки.

На основе большого экспериментального материала, приведенно-
го в научной литературе, включая и вышеизложенный в данной кни-
ге, можно утверждать, что жидкая вода представляет собой жидкий

кристалл - нематик, отличающий-
ся от изотропной жидкости лишь
упорядочением (в среднем) ори-
ентаций длинных осей кластеров.
И поскольку форма кластеров в
воде близка к палочкам или сфе-
роцилиндрам, то ее макрострук-
туру можно представить в виде,
показанном на рис. 6.6. Подобная
структура жидкой воды позволя-
ет объяснить большое количество

Рис.6.6. Схема нематической структуры
.ж идкой воды.

экспериментальных фактов и
физико-химические свойства.

ее
6.2.2. Структура жидкой воды при наличии внешних
воздействий

Вообще говоря, фактически, при любых экспериментах с жид-
кой водой всегда присутствуют внешние воздействия в виде слабых
периодических электромагнитных излучений (ЭМИ), которые нахо-
дятся в окружающей среде, включая и излучение оператора человека,
производящего опыты с водой. Так, слабое переменное магнитное
поле, напряженность которого меньше напряженности геомагнитно-
го поля земли в -8000 раз, переводит жидкую воду в другое устой-
чивое состояние, которое заметно изменяет некоторые ее свойства
[5.123]. Физическая сущность воздействия слабых ЭМИ резонанс-
ных частот на молекулы воды заключается в изменении распределе-
ния электронной плотности на электронных орбиталях, и молекулы
как бы разбухают (см. рис. 3.9). Дипольные моменты молекул уве-
личиваются, а, следовательно, возрастает напряженность электриче-
ского поля вокруг них. Это приводит к увеличению дисперсионных
сил между молекулами и к возможной перестройке кристаллической
структуры внутри кластеров, поскольку с ростом энергии связей
внутри кластера изменяются геометрические характеристики моле-
кул (см. табл. 2.2 - уменьшается длина связи К.он и полярного угла <р0,
величина которого приближается к 90°). Поэтому с увеличением сте-
пени внешнего воздействия кристаллическая структура кластеров из
тетраэдрической типичной для льда I может переходить в пределе в
кубическую, характерную для льдов VI и VII.

Под внешними воздействиями мы здесь понимаем не только
ЭМИ резонансных частот, но и акустических колебаний; кавитации;
монохроматического лазерного излучения; влияние твердой стенки,
контактирующей с жидкостью; пленки, разделяющей фазовые со-
стояния воды; наличие в воде примесей типа окислов кремния; на-
гревание и охлаждение жидкости и т.д. Все эти воздействия, в ко-
нечном счете, должны приводить к изменению размеров кластеров,
что подтверждается большим количеством экспериментов. В рабо-
те [6.76] приведены измерения оптических неоднородностей спе-
циально очищенной жидкой воды в условиях отсутствия внешних
воздействий, которые дают величину их в диапазоне 16-И 8 А, что
можно отнести и к размерам кластеров. В том случае, когда на об-
разец воды воздействовали излучением Не-Ые-лазера, прошедшего
через кремниевую пластинку, то есть его инфракрасного диапазона
(1,15 и 1,529 мкм) - оптические неоднородности возросли до вели-
чины -160 А. В данном случае эти спектральные линии (8696 и 6540
см') близки к резонансным колебательным уровням молекул воды
Н20(0,5,0) (8415 см ') и Н,0(0,4,0) (6806 см ') и с учетом того, что де-
фекты энергий реакций накачки четвертого и пятого колебательных
уровней деформационной моды 281 и 264 см 1 меньше диапазона ки-
нетической энергии молекул воды для температуры 20"С (312 см '),
то будет происходить накачка колебательной энергией молекул Н2О.

В работе [3.42] воздействовали на образец дистиллированной
воды слабым переменным полем с резонансной частотой 156 Гц и
интенсивностью Нн=12,3 А/м. Флуктуации светорассеяния в объ-
емной воде исследовали методом корреляционной спектроскопии и
обнаружили следующее: существуют флуктуации светорассеяния с
периодами времени 2^7 мин, при этом оптические неоднородности
достигали размеров ~10 мкм=105 А. Вид спектра зависит от времени
воздействия магнитного поля, наведенные полем метастабильные со-
стояния воды достаточно устойчивые и преобразуются к исходному
состоянию за времена в течение нескольких часов. Время релаксации
воды зависит от времени воздействия магнитного поля и температу-
ры, причем с уменьшением температуры оно возрастало. В данном
эксперименте за счет резонансной накачки молекул воды колеба-
тельной энергией в течение длительного времени, физика которого
описана выше, дипольный момент молекул и дисперсионные силы
межмолекулярных связей возрастали настолько, что образовывались
в объемной воде гигантские кластеры, энергия связи внутри которых
могла достигать 2ОСНЗОО кДж/моль. Поскольку кинетическая энер-
гия молекул в диапазоне температур СН-20°С составляет 3,4^3,7 кДж/
моль и с учетом скорости квантовомеханических реакций (3.25^-3.27)
и (6.4) требуется значительное время (часы) для разрушения боль-
ших кластеров и возвращения воды в исходное состояние.

При контакте твердых стенок с объемной водой изменяются ее
свойства, структура, что приводит к ориентационной упорядоченно-
сти кластеров, причем толщина измененного слоя достигает сотен
ангстрем. В этих условиях сильное влияние оказывает наличие при-
месей в воде, особенно из веществ, обладающих большой энергией
связи, вызывающее существенное укрупнение кластеров. На рис.
6.7 приведены фотографии кластерных образований в дистиллиро-
ванной воде, находящейся в стеклянном капилляре [6.2]. Исследова-
лись дистиллированная вода и растворы органической кислоты. На
снимках видны продолговатые образования (для дистиллированной
воды), которые являются симметричными относительно продольной
оси, и эти оси располагаются параллельно друг другу. То есть, в дан-
ном случае мы имеем действительно сфероцилиндры, обладающие
дипольным моментом, вектора которых совпадают с их длинной
осью, поскольку только электрически заряженные образования мо-
гут выстраиваться в такую упорядоченную структуру. Для раство-
ра органической кислоты образуются более сложные образования,
в которых все-таки прослеживается основа структуризации, опреде-
ляемая жидкой водой. В такой среде всегда присутствуют частички
кремния, его окислов, энергия связи которых с водой достигает ~240
кДж/моль, и, благодаря большой энергии внутренних связей, мо-

гут образовываться гигантские кластеры, причем кристаллическая

структура внутри их будет уже близкой к кубической, соответствую-

щей льдам VI и VII.

В пленке, раз-
деляющей разные
фазовые состояния
воды жидкости и
пара, по сравнению
с объемной жид-
костью изменяется
структура водо-
родных связей, что
приводит к допол-

а)	б)	в)

Рис. 6.7. Интерференционное изображение структуры воды
в капилляре: а) дистиллированная вода: б) 0,128 моль/л рас-
твор органической кислоты: в) сильно разбавленный рас-
твор органической кислоты [6.2].

нительной ориентационной упорядоченности кластеров. При этом
связи в гофрированных слоях (центральносимметричные) усилива-
ются за счет уменьшения энергии связей между слоями (зеркально-

симметричными), а преимущественная ориентация длинных осей
кластеров создается вдоль плоскости разграничения фаз. Энергия
связей между кластерами в поверхностных пленках возрастает, что
вызывает уменьшение их подвижности, коэффициента диффузии и
увеличение их прочности по сравнению с объемной жидкостью. При
внешних воздействиях на пленку воды, например, магнитного поля
могут создаваться кластеры очень больших размеров, так на рис. 6.8
показана фотография таких образований, полученных в работе [6.19]
с использованием ферромагнитных суспензий.

Нужно также отметить один принципиально важный момент
по применяемым методикам измерения характеристик жидкой

воды, водных растворов
и, в частности, например,
светорассеяния оптических
неоднородностей. Обычно
в качестве зондирующего
излучения в спектрофото-
метрах используют длины
волн фотонов ультрафиоле-
тового диапазона, при этом
необходимо следить, чтобы
не было резонансной накач-
ки колебательной энерги-

Рис. 6.8. Структура магнитного поля пленки
воды, визуализированной с помощью ферромаг-
нитной суспензии [6.19].
ей молекул воды от самого зондирующего излучения. Например, в
той же работе [6.76] диапазон длин волн зондирующего излучения
спектрофотометра составлял 0,185+0,21 мкм или в другой размер-
ности: 54054+47619 см '.Нов этот диапазон энергий входят кванты
комбинированных колебательных мод молекулы воды: Н,О(0,7,11) и
Н,О( 11,7,0) равных соответственно 48570 см 1 и 47921 см 1 (см. табл.
3.4). Эти энергии относятся соответственно к резонансным длинам
волн 0,20588 и 0,20867 мкм, для которых зависимости дисперсии
флуктуаций оптических неоднородностей при разных параметрах
воздействующего монохроматического излучения Не-1Че-лазера име-
ют совпадающие максимумы, что говорит о явном воздействии зон-
дирующего излучения спектрофотометра на характеристики жидкой
воды, хотя он и использовался в дифференциальном режиме.

Характерное влияние зондирующего излучения на характе-
ристики жидкой воды видно из данных измерения градиента ко-
эффициента преломления в зависимости от температуры на рис.
3.14, полученного в работе [3.6]. Измерение градиента показателя
преломления проводилось для воды двулучевым поляризационным
интерферометром с автоматическим эллипсометром, позволявшим
непрерывно записывать изменения показателя преломления воды
относительно кварца. В качестве зондирующего излучения исполь-
зовалась линия 0,6328 мкм Не-1Че-лазера, вода была дистиллирован-
ная, хранилась без доступа воздуха, для одного случая она предва-
рительно замораживалась (кривая 2, рис. 3.14), для другого - была
нагрета до кипения (кривая 1), для третьего - находилась при ком-
натной температуре более трех суток. При измерениях показателя
преломления п света кювета с водой медленно (15"С/час) нагрева-
лась или охлаждалась, ошибка в измерениях п не превышала 0,4%, а
температуры - 0,2°С. Отвлекаясь пока от особых точек на графиках
изменения (<Эп/<ЗТ)р от температуры, видно, что во всем диапазоне
10+60°С кривые №1 и 2, соответствующие воде предварительно про-
кипяченной и замороженной, изменяются практически эквидистант-
но, а разности величин функций для одних и тех же значений тем-
пературы значительно превышают ошибки измерений. Эти кривые
показывают, что относительная оптическая плотность среды (отно-
сительно кварца) для предварительно замороженной воды несколько
выше, чем для кипяченой. Для третьего варианта воды, находившей-
ся в закрытом сосуде при комнатной температуре более трех суток,
значения температурного градиента преломления попадали на кри-
вые №1 и 2 с одинаковой частотой, а в одном случае наблюдался
переход с кривой №2 на №1 [3.6]. Эти экспериментальные данные
можно интерпретировать как прохождение через воду обыкновенно-
го луча с коэффициентом преломления п0 и необыкновенного луча с
коэффициентом преломления пс, то есть происходила поляризация
зондирующего луча, что характерно для жидких кристаллов, в част-
ности, нематиков и смектиков. Главные показатели преломления п0 и
пс в этом случае связаны с поляризуемостью кластеров следующими
соотношениями [6.20]:

т(лс;-1)/(р(л+2))=(4^Л/3)[а ,-2(а,н12)(1-8)/3],	(6.5)

т(л02-1)/(р(л0+2))=(4лМА/3)[а2+2(а|-а2)(1-8)/3],

где т - масса кластера; р - плотность жидкости; а,, а2 - поляризуе-
мости кластеров вдоль длинной и короткой осей соответственно;
8= < 0,5 со820-1/3> - параметр порядка, описывающий степень ориен-
тационного упорядочения кластеров (угловые скобки означают усред-
нение по всем ориентациям кластера); 0 - угол между выбранной осью
в жидкости и длинной осью (директором) кластера. Для условий экс-
перимента [3.6] разность между коэффициентами преломления обык-
новенного и необыкновенного лучей для дистиллированной воды в
диапазоне температур 10+60°С составляла \п=п -лд=(0,2^-0,7)х10Л

В изотропной фазе жидкости кластеры в среднем ориентиро-
ваны хаотично, поэтому <со820> =1/3 и 8=0. В нематической фазе
жидкой воды <со820> >1/3 и 8>0 и в случае сильных селективных
воздействий на нее, например, сильной закрутки или колебательной
накачки молекул Н2О можно, в принципе, в пределе получить значе-
ния <со820> =±1 и 8=1/3, что будет соответствовать параллельному
размещению длинных осей кластеров. Таким образом, этот экспери-
мент еще раз подтверждает ранее сделанные выводы о том, что жид-
кая вода обладает макроструктурой жидкого кристалла - нематика
и в данном случае образовывала два разных устойчивых состояния,
отличающихся различной оптической плотностью среды.

При проведении этих опытов величина энергии фотона зондиру-
ющего излучения 0,6328 мкм (15803 см1) была очень близка к энер-
гии комбинированного колебательного уровня молекулы Н2О(2,5,0)
- 15816 см 1 и, поскольку оно было включено в течение всего экс-
перимента, то можно ожидать, что происходила дополнительная на-
качка колебательной энергией молекул воды.

В экспериментах по измерению коэффициента преломления
в дистиллированной воде с помощью зондирования излучением
красной линии ртути (0,6563 мкм) [3.60] все его значения в преде-
лах ошибки измерений укладываются на нижнюю кривую №2 (рис.
3.14), соответствующую предварительно замороженной воде. В этом
случае квант энергии фотона зондирующего света 15237 см-1 также
был близок к комбинированному колебательному уровню молекул
Н2О( 1,7,0) - 15266 см1, то есть зондирующее излучение меняло ха-
рактеристики жидкой воды.
г е о с -ап/ат.ю4

Рис. 6. 9. Зависимости изменения градиента коэф-
фициента преломления света в дистиллирован-
ной воде для разных длин волн: С - 3=0,6563 мкм;
й - 3=0,5893 мкм; Е -3=0.5461 мкм; Г - 3=0,4861
мкм [6.16]

Измерения градиен-
та коэффициента прелом-
ления дистиллированной
воды двойной перегонки в
зависимости от температу-
ры в диапазоне 0+95“С для
четырех линий монохрома-
тического излучения: С -
0,6563 мкм (15237 см '); В
- 0,5893 мкм (16969 см ');
Е- 0,5461 мкм (18312 см ');
Г - 0,4861 мкм (20572 см ')
относительно сухого воз-
духа проводились в работе
[6.16]. Вода в кювете на-
гревалась с помощью ка-
лориметра и перемешива-
лась магнитной мешалкой,
при этом ошибка измере-
ний (по данным авторов)

не превышала 0,004%, а результаты изменений температурно-
го градиента коэффициента преломления показаны на рис. 6.9.
Экспериментальные точки всех четырех кривых С, В, Е, Р удо-
влетворительно совпадают между собой и с хорошей точностью
укладываются на кривую №2 (рис. 3.14), а энергии фотонов зонди-
рующего света близки к соответствующим комбинированным колеба-
тельным уровням молекул воды: Н2О( 1,7,0) - 15266 см Н2О(0,1,4) -
16573 см1; Н20(0,0,5) - 18280 см1; Н2О(3,7,0) - 20978 см '. В дан-
ном эксперименте на характеристики жидкой воды влияло не только
дополнительное колебательное возбуждение молекул Н2О от зонди-
рующего излучения, но и переменное магнитное поле от устройства

перемешивания воды.

Исследование влияния излучения Не-1Че-лазера и КВЧ поля на
частотах 50,3 и 51,8 ГГц на воду проводилось в работе [4.62], кото-
рое показало, что такие селективные воздействия приводят к умень-
шению амплитуд этих резонансных частот. Этот эффект обуслов-
лен укрупнением кластеров за счет дополнительной колебательной
накачки молекул воды, приводящей к увеличению их дипольного
момента и дисперсионных сил взаимодействия. Но аналогичный
эффект уменьшения амплитуд резонансных частот 50,3 и 51,8 ГГц
авторы этой работы наблюдали при сравнении таких же характе-
ристик для свежеконденсированного бидистиллята воды и этой же
воды, но суточной выдержки. То есть, с течением времени через
сутки у свежеконденсированной воды кластеры укрупнялись, что
говорит о процессах, вызывающих повышение общего уровня коле-
бательной энергии в молекулах.

Еще один интересный эксперимент описан в работе [6.38]: по-
сле обработки струи воды СВЧ излучением она приобретает свой-
ства твердого тела - обладает «хрупкостью», то есть такое свойство
вещества могло образоваться, если изначально имело жидкокристал-
лическую структуру.

Таким образом, на основании приведенных экспериментальных
данных, с одной стороны, можно утверждать, что фактически во
всем температурном диапазоне 0+100°С жидкая вода при нормаль-
ном давлении состоит из кластеров, а не представляет собой непре-
рывную трехмерную сетку водородных связей с молекулами Н2О в
ее узлах, как описывают ее некоторые теоретические модели [6.10].
С другой стороны, все известные экспериментальные данные физи-
ческих свойств воды необходимо перепроверять на предмет влияния
на нее всех внешних воздействий, включая и очень слабые, которые
могли существовать при проведении опытов.

б.З. Теория колебательных процессов в жидкой воде

Типы колебаний в жидкой воде условно можно разделить на ко-
лебания частиц и всех видов энергии. Колебания кластеров можно
представить модельно в виде шариков, соединенных между собой
упругими пружинками (интегральными водородными связями) (мо-
дель В.И. Яшкичева [6.10]) с частотами в диапазоне (1 -+80)х 103 Гц.
В жидкокристаллической структуре каждого кластера за счет энер-
гии межмолекулярных взаимодействий колеблются все молекулы
друг относительно друга вдоль четырех водородных связей, а также
в угловом направлении в диапазоне ±2 Г, при этом диапазон частот
составляет 8* 104^-6х 1012 Гц. Кроме того, в каждой молекуле три ато-
ма колеблются по трем степеням свободы вдоль линий связи О-Н и
Н-Н с частотами 2х 1О13+-1О15 Гц.

Частотные характеристики изменений колебательной энергии
в отдельной молекуле воды, кластерах и других микрообразовани-
ях будут определяться большим числом каналов ее поступления
через сочетание 25-ти квантово-механических реакций (3.25+3.27)
согласно схемы, показанной на рис. 3.11, и цепных колебательно-
неравновесных химических реакций рис. 4.2, 4.3. При этом часто-
ты колебаний перераспределения колебательной энергии явно будут
низкими, поскольку поток энергии между асимметричной и сим-
метричной колебательными модами осуществляется только через
«узкое горло» деформационной моды. Необходимо учитывать так-
же и скорости этих реакций, на которые будут влиять концентрации
всех реагентов.

Колебательные процессы изменения колебательной энергии
между уровнями молекул вызовут нестационарные явления в пере-
распределении водородных связей между ними в кластерах через
систему уравнений (6.4). В то же время скорость всех химических
реакций будет зависеть от подвижности молекул, то есть от всех ча-
стот колебаний молекул и кластеров, при этом надо учитывать так-
же и кинетическую энергию молекул (температуру). Таким образом,
мы имеем очень сложную колебательную систему, у которой, есте-
ственно, могут быть различные резонансные частоты, возникающие
при внешних воздействиях на воду.

В настоящее время в научной литературе о жидкой воде сложи-
лось представление как о растворе, где кроме нейтральных молекул
Н2О, обладающих дипольным моментом, присутствуют ионы и класте-
ры, имеющие интегральный дипольный момент. Электростатическое
взаимодействие между этими частицами, вызывая взаимное переме-
щение зарядов и диполей, приводит систему в некоторое уравновешен-
ное состояние. Но такое состояние чисто стационарным быть не может
и в системе частиц должны быть постоянные изменения (колебания) ее
характеристик. Следуя работам [1.15,2.14,2.29,6.75], изложим теорию
колебательных процессов, происходящих в жидкой воде.

Представим себе «замороженную» объемную решетку, в узлах
которой размещены заряженные частицы в состоянии динамиче-
ского равновесия, так что имеет место локальная электронейтраль-
ность. Спонтанное смещение зарядовой плотности под действием
любого произвольного внешнего фактора в произвольной точке
приведет к образованию в системе частиц волн колебаний этой ве-
личины. В случае снятия состояния «замороженности» системы и
учета ее стремления к локальной электронейтральности, рассма-
триваемый комплекс заряженных частиц будет представлять собой
совокупность непрерывно протекающих колебаний плотности элек-
трического заряда. В результате этого создается пространство волн
колебаний обобщенного электростатического заряда, следовательно,
состояние равновесной системы заряженных частиц образуется как
результат усреднения этих колебаний за бесконечно большой про-
межуток времени.

Этот вывод для жидкой воды можно применить к кластерам, ко-
торые ввиду разного размера и формы будут обладать и разными ди-
польными моментами. В кластерах электрически нейтральные моле-
кулы воды благодаря водородным связям, а, по сути, дисперсионным
силам достаточно сильно взаимодействуют между собой, и это меж-
молекулярное влияние никак нельзя представить себе стационарным.
В результате взаимодействия короткодействующих и дальнодей-
ствующих сил в системе частиц возникают коллективные явления,
проявляющиеся в распространении флуктуационных волн и экрани-
рования межчастичного взаимодействия. Под влиянием любого слу-
чайного воздействия на систему частиц в ней возникают многомер-
ные волны флуктуаций со своими стационарными фазами и модами:

1.	Стоячие гармонические волны плотности (парное взаимодей-
ствие частиц, обменивающихся импульсом, когда каждая частица
отдает свой импульс и приобретает отрицательный импульс, не из-
меняя общего импульса системы двух частиц, при этом центр масс
остается неизменным).

2.	Ангармонические колебания, охватывающие корреляцию
двух и трехчастичных типов взаимодействия (взаимная передача им-
пульсов друг другу, при этом каждая из частиц отклоняется от преж-
него положения таким образом, что центр масс трех частиц остается
неизменным и сумма их трех импульсов равна нулю).

3.	Более сложные ангармонические взаимодействия флуктуаци-
онных волн.

Происходит последовательное вовлечение молекул в жидкой
воде во все более сложные коллективные их движения и колебания
ее плотности, за счет чего и распространяются, например, звуковые
колебания. Но кроме колебаний зарядовой и массовой плотности
жидкой воды в ней совершенно аналогично должны существовать
объемные колебания плотности энергии, запасенной на колебатель-
ных уровнях молекул Н2О, и цепными химическими реакциями типа
рис. 4.2 и 4.3. Причем, в основном, эта энергия будет запасаться в
«каркасных» молекулах кластеров и ее величина будет зависеть от
размеров и формы этих кластеров.

Принципиально существенную, если не основную, в подобных
колебаниях играет нелинейность зависимостей параметров между
собой. Следуя Самойлову О.Я. [6.75], исследуемая линейная коле-
бательная система подразделяется на «невозбужденную часть» и
«возбужденную», причем кавычки подчеркивают некоторую нео-
пределенность такого разделения. Движение невозмущенной систе-
мы предполагается полностью известным, а возмущение считается
малым. Под резонансом понимается близость некоторых частот си-
стемы между собой или близость к частотам внешнего возмущения.
Для линейных колебаний в этом случае происходит либо полный
обмен энергией между соответствующими степенями свободы, на-
зываемый резонансом связей, либо неограниченный рост полной
энергии системы - внешний резонанс.

В нелинейных системах колебательные процессы протекают со-
вершенно по-другому. Они отличаются от линейных следующими
свойствами: во-первых, наличием ангармоничности колебаний, то
есть присутствием в спектре частот, кратных основной, и, во-вторых,
свойством неизохронности, то есть зависимости основных частот и
гармоник от амплитуды или энергии колебаний. Нелинейные коле-
бательные системы отличаются тем, что в них могут происходить
процессы автоподстройки и стабилизации, поэтому в результате неи-
зохронности колебаний может стабилизироваться действие резонанс-
ного возмущения. Механизм такой стабилизации состоит в том, что
возмущение изменяет энергию, а, следовательно, и частоту колеба-
ний, что нарушает резонанс и изменение энергии прекращается. Не-
линейные процессы приводят к явлениям самоорганизации систем.

Примером математического исследования подобных нелиней-
ных систем при воздействии слабого электромагнитного излучения
(ЭМИ) на перенос ионов К+ и протонов Н+ через клеточную мембра-
ну может служить работа [2.38], где процессы описываются систе-
мой нелинейных дифференциальных уравнений. Установлено, что
невозмущенная система имеет различные типы поведения в зависи-
мости от соотношений ее параметров. Она может иметь своим ста-
ционарным решением устойчивый фокус, быть бистабильной или
находиться в предельном, устойчивом варианте состояния системы
(предельный цикл различной амплитуды). Влияние периодического
низкочастотного поля на системы всех трех типов носит резонанс-
ный характер и существенно зависит от частоты внешнего воздей-
ствия. В системе с затухающими колебаниями внешнее периодиче-
ское воздействие вызывает резкое увеличение амплитуды колебаний
на частотах близких к соответствующей частоте системы - в этом
случае она работает как
усилитель. В бистабильной
(обладающей двумя устой-
чивыми положениями) си-
стеме под действием слабо-
го электромагнитного поля
низкой частоты возможен
ее переход из окрестности
одного стационарного со-
стояния (1) в другое (3),
пример которой для пере-
носа ионов К+ и Н+ через
мембрану клетки показан на
рис. 6.10 [2.38]. На рисун-
ке приведены две области
колебательных процессов
изменения концентраций

Рис. 6.10. Схема устойчивости колебаний концен-
траций К* и Н' в около мембранном слое под дей-
ствием ЭМИ: Еэ=1+0,0351п(0,0471), [2.38].
ионов К+ и Н\ разделенные бифуркационной (разветвленной) гра-
ницей 2-4 и 2-5, где расположены устойчивые состояния системы (1)
и (3). При высоких частотах воздействия ЭМИ система совершает
колебания малой амплитуды вокруг одного из стабильных состояний
(1) или (3). При уменьшении частоты внешнего ЭМИ существует ее
критическое значение, при котором происходит переход из одного
стационарного состояния, например (1), в окрестность другого ста-
ционарного состояния (3). Имеется узкий интервал частот, в котором
обратный переход системы в первоначальное состояние невозможен.
В случае дальнейшего уменьшения частоты воздействия существует
другое ее критическое значение, ниже которого система функциони-
рует в режиме периодического переключения из одного стационар-
ного состояния в другое стационарное состояние.

В теории управления и самоуправления комплексов (включая
и живые организмы) каждая из подсистем обычно характеризуется
некоторыми устойчивыми режимами, представляющими ее стабиль-
ное (или метастабильное) «естественное» состояние. Такие состоя-
ния называются аттракторами и могут представлять собой точки
покоя (стационарные состояния); предельные циклы (автоколеба-
тельные ритмические режимы) или «странные аттракторы» (огра-
ниченные в области фазового пространства квазистохастическим
поведением траекторий).

Отклик системы на внешнее периодическое воздействие опре-
деляется характером бифуркационной диаграммы невозмущенной
системы. Если структура портрета системы такова, что изменение
ее параметров не может вызывать внутренней бифуркации аттракто-
ров, то состояние системы слабо зависит от наличия внешних влия-
ний, будь то шумы или периодические воздействия. Однако именно
периодические воздействия в силу своей регулярности могут выво-
дить систему, обладающую особой точкой типа устойчивый фокус,
на предельный цикл, то есть переводить ее в режим автоколебаний,
причем это справедливо для воздействий определенной частоты,
соответствующей собственной частоте системы и определяемой ее
внутренними свойствами.

На примере системы, приведенной на рис. 6.10, видно, что, когда
параметры ее (X, V) близки к значениям на бифуркационной границе
2-4 или 2-5, то периодическое воздействие может «перебросить» фа-
зовую траекторию в область другого аттрактора. При этом перемен-
ная составляющая амплитуды ЭМИ мала (0,03) и бифуркационное
значение частоты составляет низкую величину 0,047 Гц. Это означа-
ет возможность перехода системы из устойчивой особой точки в об-
ласть, например, устойчивого автоколебательного предельного цикла,
область «странного» аттрактора, или наоборот регуляризировать ее
квазистохастическое поведение. Таким образом, под влиянием слабо-
го периодического воздействия возможен бифуркационный переход
от аттрактора одной структуры к аттрактору другой структу-
ры, то есть качественное изменение поведения всей системы.

Проверим, что жидкая вода, как комплексная колебательная
общность молекул, относится именно к нелинейным системам по
признакам: 1) кратность резонансных частот и 2) неизохронность
колебательной системы, то есть зависимость ее основных частот и
гармоник от амплитуды или энергии колебаний.

Анализ резонансных частот воздействия переменного магнит-
ного поля на жидкую воду (табл. 3.17) позволяет сделать некоторые
выводы. Для амплитуды напряженности поля Нв=0,08 А/м частота
№1 кратна частоте №4 в 100 раз, а частоте №5 в 110 раз; частота №2
кратна частоте №4 в 35 раз, частоте №8 в 95 раз, частоте №9 в 110
раз, частоте №10 в 195 раз, а частоте №15 в 65350 раз; частота №3
кратна частоте №4 примерно в 18 раз, частоте №5 в 20 раз, частоте
№8 в 49 раз, частоте № 10 в 100 раз. Для амплитуды напряженности
магнитного поля Нв=12,3 А/м частота №6 кратна частоте №4 при-
мерно в 71 раз, а амплитуды Нв=212 А/м частота №7 кратна частоте
№12 в 10 раз. Таким образом, первое условие нелинейных систем
для жидкой воды выполняется.

Второе условие - неизохронности жидкой воды как колебатель-
ной системы, то есть зависимости основных частот и гармоник от
амплитуды или энергии колебаний можно проследить по табли-
це 3.17. Так, для амплитуды колебаний внешнего магнитного поля
Нв=0,08 А/м резонансные частоты составляют: 0,014; 0,04; 0,078;

1,4; 1,54; 3,2; 4,5; 9,1; 2494
Г ц; соответственно для
Нв=6,2 А/м - 86 Гц; Нв=12,3
А/м - 2,2; 156,4 Гц и Нв=212
А/м - 2,5; 22,5; 25 Гц. Кро-
ме того, интегральное влия-
ние амплитуды внешних
воздействий на физические
свойства жидкой воды мож-
но определить по графику,
представленному на рис.
6.11, взятому из работы
[3.46]. Из рис. 6.11 вид-
но, что для частот Г=0,014;
1,54; 2,2; 2,5; 156 Гц воз-
действующего магнитного
поля Н =Нпс+Ннпсо8(2лй)

10	15	20	25	30НВ(/Нв°

Рис. 6.11. Зависимость диэлектрических по-
терь в воде при воздействии магнитного поля
Н=НВС+НВ„ сов(2я#):1 -/=0,014; 1.54; 2.2; 2.5;
156 Гц; 2-/=4.4 Гц, [3.46].
(где Нв° - напряженность геомагнитного поля земли) для амплитуд
Нв=0,08; 12,3 и 212 А/м при изменении постоянной составляющей
Нво от нуля до 21НВС влияние магнитного поля на воду остается по-
стоянным, а затем в пределах изменения от 21 Нв° до 40Нв° падает
до нуля. Для частоты 4,4 Гц влияние совершенно другое, но оно при-
сутствует и сильное.

Таким образом, действительно, жидкая вода представляет со-
бой сугубо нелинейную колебательную систему молекул, ионов,
кластеров, колебательной и кинетической энергии. Относительные
значения амплитуд напряженности магнитного поля составляли в
экспериментах [3.42+3.46] Нв/Нв°=0,00174; 0,267 и 4,6, а резонанс-
ные частоты лежат в диапазоне от очень низких значений 0,014; 0,04
Гц до достаточно высоких. На основании рассмотренного примера,
для водного раствора верно утверждение, что низкие частоты №1,
2, 3 (0,014; 0,04 и 0,078 Гц) (табл. 3.17) можно отнести к основным
базовым бифуркационным частотам. При воздействии слабого пе-
ременного магнитного поля с указанными частотами жидкая вода
«перебрасывается» из обычного «устойчивого» состояния в «воз-
бужденное», когда начинают происходить процессы накачки колеба-
тельной энергии в молекулах Н2О по реакциям (3.25+3.27), вызываю-
щим протекание цепных реакций рис. 4.2 и 4.3. Такой вывод можно
сделать на основании того, что эти частоты (0,014; 0,04 и 0,078 Гц)
по отношению к соответствующим им кратным частотам (табл. 3.17)
не менее чем на два порядка меньше их. Остальные частоты (см.
табл. 3.18) являются резонансными частотами автоколебательных
или усилительных процессов соответствующих аттракторов (ста-
бильных состояний) фазового портрета жидкой воды.

Жидкую воду можно представить как некий многопараметриче-
ский резонатор - нелинейную систему, где могут происходить соб-
ственные затухающие колебания с положительной обратной связью,
которая регулирует поступление энергии от источника, в качестве
которого выступает энергия связи части молекул Н,О, разлагающих-
ся за счет цепных квантово-химических реакций. Благодаря этому
происходит постоянное восполнение потерь энергии, а амплитуды
многопараметрических колебаний остаются постоянными для дан-
ного устойчивого состояния (аттрактора) воды, который характери-
зуется заданным набором собственных резонансных частот.

Действительно, прямые экспериментальные исследования ко-
лебаний в жидкой воде под воздействием КВЧ излучения (милли-
метровые длины волн), проведенные в работе [4.62], показали, что
в зависимости от мощности излучения существует три режима:
стационарный, автоколебательный и стохастический (см. рис. 6.12).
Схема установки показана на том же рис. 6.12: излучение КВЧ с ре-
012 34 5 67 8 9 <,мин

Рис, 6,12. Схема установки и режимы воз-
действия КВЧ излучения на воду: 8 - ста-
ционарный режим; 9 - автоколебательный
режим; 10 - стохастический режим [4.62].

зонансными частотами воды
50,3 и 64,5 ГГц (см. табл. 3.2)
от генератора (1) через антенну
воздействовало через стенку
сосуда (4) на воду, а приемный
сигнал на частотах 0,4-4 ГГц
через приемную антенну в виде
аппликатора (5) регистрировал-
ся преобразующей аппаратурой
(6) и (7). Такое воздействие на
воду переводило ее в различ-
ные аттракторы с соответству-
ющими типами собственных
колебаний, причем на характер
колебаний очень сильное влия-

ние оказывала входная мощ-

ность излучения КВЧ. Так, при
мощности излучения Р =10*
Вт/см2 наблюдался стационар-
ный режим колебаний в воде

(8), для Ри=10'3 Вт/см2 - автоколебательный (9), а для Ри=10'2 Вт/см2 -
стохастический (10). Интересно также отметить, что по данным рис.

6.12 наблюдаются собственные резонансные частоты жидкой воды:

0,014; 0,078 Гц, совпадающие с данными табл. 3.17, но, кроме того,
существует еще более низкая частота ~ 0,007 Гц.

Количество аттракторов жидкой воды на основании литератур-
ных данных и жизненной практики велико и объясняется большим
количеством путей накопления колебательной энергии (реакции
3.25-^3.27), цепных реакций рис. 4.2, 4.3 и многообразием размеров
и форм кластеров. Можно отметить следующие устойчивые состоя-
ния (аттракторы) воды, известных на практике [6.1]: связанную воду
с температурой замерзания ниже - 70°С, которая присутствует во
всех живых и растительных тканях; талую воду; воду, обработан-

ную магнитными полями; «кластерную» воду, которую производят
для питья; «святую» воду; ключевую воду, долго находившуюся в
контакте с окислами кремния; «ионизированную» воду, способную
очищать водную среду; сильно насыщенную электронами «сверхио-
низированную» воду с высокой электропроводностью; воду в сте-
клянных капиллярах и порах при положительной температуре; воду
в стеклянных капиллярах и порах при отрицательной температуре;
воду в каплях субмикронного размеров, воду И. Грандера и т.д.

Поскольку жидкая вода является сугубо нелинейной колебатель-
ной системой, все собственные частоты которой кратны основным (к
ним следует отнести частоты из табл. 3.18), то это означает наличие
громадного многообразия возможных резонансных воздействий на
нее. Достаточно воздействовать на воду одной какой-то резонансной
частотой различной природы (электромагнитных, акустических, хи-
мических и т.д.), и, вследствие кратности ее основным собственным
частотам, будет возбуждаться набор резонансных частот, соответ-
ствующих данному новому аттрактору воды. Большое значение при
внешних резонансных воздействиях на воду играет мощность излуче-
ния, влияние которого имеет пороговый характер, когда превышение
определенного уровня переводит ее в другой аттрактор (см. рис. 6.12)
или эффект резонансного воздействия совсем пропадает. Физика этого
явления связана именно с квантово-механическим эффектом воздей-
ствия на энергетику электронных орбиталей молекул воды с учетом
строгого квантования поступающей энергии от значений вращатель-
ного кванта до колебательных уровней всех трех мод. Вторая причи-
на вызвана резким усилением процессов релаксации колебательной
энергии в кинетическую энергию молекул, в случае превышения воз-
действующего излучения над некоторым пороговым значением.

Энергия, подпитывающая эти колебательные процессы, черпа-
ется за счет энергии межмолекулярных и межатомных связей части
молекул Н2О, «разваливающихся» в результате совместного воздей-
ствия накопившейся колебательной энергии и цепных химических
реакций в следующей последовательности. Если частота внешнего
воздействия, например, переменного магнитного поля совпадает с
собственной частотой колебательных переходов молекулы Н2О по
реакциям (3.25-^3.27) и плотность мощности воздействия не пре-
вышает заданный порог, то этот эффект усиливается, что вызывает
многоквантовые переходы между колебательными уровнями симме-
тричной и асимметричной мод, в основном, через деформационную
моду согласно рис. 3.9. Эти процессы приводят к перераспределе-
нию энергии между уровнями всех мод, существенно отличающейся
от «квазиравновесного» исходного состояния воды, то есть создает-
ся «неравновесное» состояние воды (льда), которое характеризуется
перекачкой колебательной энергии с нижележащих уровней на вы-
шележащие. Колебательное возбуждение молекул воды существен-
но ускоряет цепные химические реакции типа рис. 4.2 и 4.3, обе-
спечивая выделение энергии, которая запасается на колебательных
степенях всех продуктов, и колебательные циклы замыкаются.

Влияние температуры на колебательные процессы в жидкой
воде определяется поведением кластеров. Внутри кластеров, как
в кристаллической структуре, сохраняется некоторая самооргани-
зация колебаний в соответствие с выше описанными законами для
них, однако взаимодействие кластеров между собой постоянно на-
рушает ее. Таким образом, тепловое движение молекул и кластеров
в воде состоит в нелинейных колебаниях около некоторых центров,
определяемых этими же колебаниями, в смещении центров относи-
тельно друг друга в результате возмущений со стороны окружения
и соответствующих резонансно-диффузионных процессов перерас-
пределения энергии по степеням свободы.

6.4.	Фазовые переходы второго рода в жидкой воде

В данном разделе мы рассматриваем фазовые переходы в жид-
кой воде в диапазоне температур - 80-н-100°С и физические явле-
ния, которые происходят вследствие этих переходов, имеют очень
большое значение, особенно, для понимания фундаментальных про-
цессов в биологических средах, растворах, клетках. Большое коли-
чество экспериментальных данных, имеющихся в научной литера-
туре по исследованию температурной зависимости самых разных
физических и химических свойств жидкой воды в этом диапазоне
температур, показывают, что на многих кривых при определенных
значениях температуры имеются особые точки, где терпят разрыв
первые и вторые производные этих зависимостей. Это видно, напри-
мер, на рис. 3.5, 3.6, 3.14, 4.10, 6.11, что связано с фазовыми пере-
ходами второго рода жидкокристаллической структуры в кластерах.
Качественно это явление можно объяснить тем фактом, что с увели-
чением температуры жидкости энергия связей молекул в кристалли-
ческой структуре кластеров должна изменяться и, в соответствие с
табл. 2.2, геометрические характеристики молекул Н,0 меняются:
длина связей Кон и полярный угол <р0 увеличиваются, соответствен-
но, с 0,911 А и 99,77° при 0°С до 0,916 А и 100,2" при 100"С. При
таких изменениях геометрических характеристик молекул должна
перестраиваться и кристаллическая структура кластеров, но непре-
рывно подобный процесс изменения вида симметрии кристалла про-
исходить не может и осуществляется только скачками при опреде-
ленных критических значениях температур. Рассмотрим этот вопрос
подробнее, основываясь на положениях и выводах, сделанных еще в
свое время Ландау Л.Д. [1.5].

Если ввести некоторую количественную характеристику систе-
мы молекул - степень упорядоченности т] =(Р -Рп+1 )/(Рп+Рп+1), где
Рп - вероятность нахождения молекулы в узлах решетки на заданном
одинаковом расстоянии друг от друга, то нулевое ее значение соот-
ветствует полностью неупорядоченной системе, например, газу, а
т|у= 1 отвечает идеальному кристаллу. Подчеркнем существенное об-
стоятельство, что симметрия кристалла меняется (повышается) лишь
в тот момент, когда г|у обращается в точности в нуль; любая сколь
угодно малая, но отличная от нуля степень упорядоченности приво-
дит уже к той симметрии, которой обладает вполне упорядоченный
кристалл. Введенная степень упорядоченности т|у системы молекул
фактически эквивалентна парной функции распределения §(К) (см.
выше), откуда следует важный вывод, что жидкость изначально об-
ладает свойствами кристаллических структур и для нее т|у не равно
нулю. Поэтому, если воздействовать на молекулы жидкости опреде-
ленным селективным образом, то можно перевести ее в кристалли-
ческую структуру. При этом, если в случае повышения температуры
степень упорядоченности обращается в нуль скачком от некоторого
конечного значения, то переход упорядоченного кристалла в неупо-
рядоченную систему будет фазовым переходом первого рода. Если
же степень упорядоченности обращается в нуль непрерывным обра-
зом без скачка, то будем иметь фазовый переход второго рода [1.5].

На основании вышеизложенного можно считать доказанным,
что в чистой воде при низких температурах изначально в кластерах
существует тетрагональная кристаллическая структура размещения
молекул с частично разорванными связями и частью «свободных»
молекул, находящихся внутри решеток кристалла. Представим далее
процесс постепенного вывода «свободных» молекул из кристалличе-
ской решетки и образования из них новых ячеек такой же решетки, то
есть постепенный процесс упорядочения размещения всех молекул
жидкости. Расположение молекул в решетке в этом случае меняется
непрерывным образом. Однако, уже сколь угодно малое смещение
молекул от их первоначального менее упорядоченного состояния к
более упорядоченному достаточно для того, чтобы симметрия ре-
шетки сразу изменилась. Осуществляемый таким способом переход
одной кристаллической модификации в другую называется фазовым
переходом второго рода. Фазовый переход второго рода является не-
прерывным в том смысле, что состояние тела меняется непрерывным
образом, однако, симметрия в точке перехода меняется скачком, и в
каждый момент времени можно указать к какой из двух фаз относит-
ся тело. Но в то время, как в точке фазового перехода первого рода
находятся в равновесии тела в двух различных состояниях, в точке
перехода второго рода состояния обеих фаз совпадают [ 1.5].

Введенная выше степень упорядоченности кристалла кластера
ру в нашем случае равна нулю при хаотическом расположении моле-
кул, а для идеальной тетрагональной структуры равна единице. Та-
ким образом, степень упорядоченности различных промежуточных
структур воды находится в диапазоне 0<т|у< 1. Симметрия кристалла
меняется (повышается) лишь в тот момент, когда т|у обращается в
точности в нуль, а любая сколь угодно малая, но отличная от нуля
степень упорядоченности приводит уже к той симметрии, которой
обладает вполне упорядоченный кристалл. Согласно принятого пра-
вила, если при повышении температуры степень упорядоченности
обращается в нуль скачком от некоторого конечного значения, то пе-
реход упорядоченного кристалла в неупорядоченный будет фазовым
переходом первого рода. Если же степень упорядоченности обраща-
ется в нуль непрерывным образом без скачка, то мы будем иметь
фазовый переход второго рода, при этом переход второго рода из
упорядоченного состояния в неупорядоченное происходит всегда
при повышении температуры за счет внешнего нагрева.

Отсутствие скачка состояния в точке фазового перехода второго
рода приводит к тому, что термодинамические функции состояния
тела (его энергия, энтропия, объем т.д.) остаются непрерывными при
прохождении через точку перехода. Поэтому фазовый переход второго
рода не сопровождается выделением или поглощением тепла. В то же
время такие характеристики жидкости как теплоемкость, коэффициент
теплового расширения и сжимаемость имеют скачок в точке фазового
перехода второго рода. Фазовый переход второго рода происходит при
постоянном давлении среды, т. е. при (д/’/дИ)т=0. Это условие означа-
ет, что в критическом состоянии системы флуктуации плотности мо-
гут быть велики и система попадает в резонансную область больших
колебаний плотности, поскольку функция сжимаемости жидкости в
этой области перехода терпит разрыв. Возникает явление, называемое
критической опалесценцией [1.4], а температура, при которой проис-
ходит фазовый переход второго рода, называется точкой Кюри. Фазо-
вые переходы второго рода происходят сразу во всем объеме жидкости
и обязательно связаны с изменением симметрии системы. Поскольку
переход происходит сразу во всем объеме, то не существует простран-
ственного разделения фаз и их нахождения в равновесии друг с дру-
гом. Поэтому нет скачка внутренней энергии, поскольку в противном
случае фазовый переход одновременно во всем объеме был бы просто
невозможен из-за закона сохранения энергии [1.4].

В физических системах (в данном случае жидкости) в окрест-
ности точки фазового перехода коллективные эффекты взаимодей-
ствия частиц являются основными: результирующие воздействия
становятся дальнодействующими - частицы «чувствуют» друг друга
на сколь угодно больших расстояниях. Это дает возможность физи-
ческой системе в критической точке «тонко» избирать новый наибо-
лее выгодный путь развития своего состояния (с точки зрения повы-
шения энтропии) при изменении различных внешних параметров, и
фазовый переход второго рода всегда связан с нарушением устойчи-
вости по отношению к изменению порядка распределения частиц.

Для жидкой воды это связано с тем, что селективная накачка
энергией колебательных степеней свободы молекул некоторого ее
малого объема вызывает изменение электромагнитных свойств среды
и, согласно решения уравнений электромагнитных полей Максвелла,
приводит к изменению флуктуационного поля энергии молекул и вне
этой области во всем объеме жидкости. За счет изменения этого поля и
на основе совпадения резонансных частот колебаний плотности, энер-
гий и т.д. происходит лавинообразный процесс передачи воздействий
в жидкости по всему объему. Таким образом, благодаря силам взаимо-
действия молекул ближнего порядка колебательная накачка молекул
малого начального объема является триггерным спусковым механиз-
мом образования кристаллической структуры во всем объеме жид-
кости, благодаря чему и происходит фазовый переход второго рода.
Этот факт подтверждается громадным количеством экспериментов,
когда малейшие изменения в малой части объема воды могут пере-
вести ее в новое устойчивое состояние (аттрактор). При этом на осно-
ве тщательного анализа энергетического состояния кристаллической
структуры можно сделать вывод, что необходимым и достаточным
условием «квазиустойчивости» кристалла с точки зрения минималь-
ной потенциальной энергии является его устойчивость к внешним
макроскопическим воздействиям с периодом возмущения больше пе-
риода минимальной ячейки кристаллической решетки [1.5]. Отсюда
следует очень важный вывод, что если образовалась жидкокристал-
лическая структура воды, то она будет устойчива ко всему спектру
колебаний, вызываемых внешними воздействиями, с периодом боль-
шим периода минимальной ячейки кристаллической решетки.

Для определения критических температур фазовых переходов
жидкой воды в диапазоне температур 0-Н00°С воспользуемся ре-
шением аналитической задачи для двумерной кристаллической ре-
шетки, приведенной в монографии [1.5], при следующих условиях:
квадратная, плоская кристаллическая решетка состоит из М узлов,
в каждом из которых находится диполь с осью перпендикулярной
плоскости решетки. Диполь может иметь две противоположные
ориентации, и вероятность его положения зависит от температуры
жидкости, так что общее число возможных конфигураций диполей
в решетке равно 2\ Наименьшей потенциальной энергией обладает
«полностью поляризованная» (упорядоченная) конфигурация дипо-
лей, в которой они все ориентированы в одну сторону. Такая конфи-
гурация существует при абсолютном нуле температуры системы, а
с ее увеличением степень упорядоченности убывает и при критиче-
ской температуре, соответствующей температуре фазового перехода
второго рода, обращается в нуль, когда обе ориентации становятся
равновероятными. В рассматриваемой модели температура влияет
только на упорядоченность ориентаций диполей, но не на расстояния
между ними («коэффициент теплового расширения» решетки равен
нулю). При таких предположениях было определено выражение для
свободной энергии Е или термодинамического потенциала Ф [1.5]:

Ф=-Ь1Т1п2+1ЧТ1п(1-х2)-(Т/2) Е 1п{(1+.г)2-2х{1-.х2Хсо8(27д/Е)+

+со8(2тп/Е},	м~°	(6.6)

где х=Ф(1)д/Т); 1)д - энергия взаимодействия соседних диполей; Ы-
число узлов в решетке; 14=1?; Т - поступательная температура жид-
кости; ], 1=1,2,3,.... Переходя от суммирования к интегрированию,
получим:

Ф=-ЫТ1п2+ЫТ1п(1-х2Н14Т/(8л2)] / / 1п{(1+х2)2-2х(1-х2)
(СО8Ю, +со8<о2)}Ло|^<о2.	"	(6.7)

Функция Ф имеет особую точку при том значении х, при кото-
ром аргумент логарифма под знаком интеграла обратится в нуль. Как
функция от со, и со2 этот аргумент минимален при условии созсо^
со8<о2=1, когда он равен (1+х2)2-4х(1+х2)=(х2+2х-1)2. Это выражение
имеет минимум, в котором оно обращается в нуль при одном положи-
тельном значении х=Хс=2|/2-1, тогда получаем Хс=Ф(1)д/Тс)=2|/2-1 и:

Тс=Пд/0,44,	(6.8)

здесь Тс - температура жидкости, при которой происходит фазовый
переход второго рода.

Если осуществить проекцию горизонтальных гексагональных
колец с центральносимметричными связями тетраэдрической кри-
сталлической решетки кластера воды (см. рис. 5.10 и 6.2) на горизон-
тальную плоскость, то оказывается, что атомы кислорода с хорошей
точностью укладываются в квадратную решетку, как показано на
рис. 6.13. Для такой решетки проекцию интегрального дипольного
момента на ось, проходящую перпендикулярно ее плоскости и че-
рез центральную молекулу Н,0 (атом О) данной квадратной ячейки,
можно определить: ц1=ц0Ск, где: ц0=2цЕ; ц - заряд электрона; Ь=0,22
А; Ск - фактор Кирквуда. Фактор Кирквуда определяется из соот-
ношения [3.40]:
з

□к=1+Ч (созуЭ ,	(6.9)

/=/

где Ы. - число 1-ых соседей; <созу.> - средний косинус угла между
дипольным моментом центральной молекулы и дипольными момен-
тами 1-го окружения. В работе [3.40] на основе экспериментальных
исследований температурных зависимостей химических сдвигов
ЯМР протонов жидкой воды
получено распределение углов
водородных связей между мо-
лекулами Н,О, расстояний
между атомами О, а также рас-
считаны функции радиального
распределения атомов кислоро-
да, фактор Кирквуда и диэлек-
трические свойства воды в тем-
пературном диапазоне 0+100°С,
представленные в табл. 6.6.
Видно, что имеется хорошее
согласие между расчетными

'с/	'«' V

Рис. 6.13. Схема плоской кристаллической
решетки кластера воды (в узлах атомы кис-
лорода).

данными диэлектрической проницаемости воды, полученными с ис-
пользованием фактора Кирквуда, и экспериментальными данными
[6.21], поэтому им можно доверять с большой уверенностью.

Зная средний дипольный момент молекул Н2О в каждой ква-
дратной ячейке плоской кристаллической структуры кластера воды,

можно определить энергию взаимодействия между двумя соседни-

ми диполями по формуле (1.21): 13 = 13, ,(с|)п”п —^/(Дле^К3), тогда,
например, для параметров воды при температуре 40°С: -цо=0,7049х

10'29 Кл.м; е$е()=6,47х 101” Ф/м; К=2,84х1010 м; (Зк=2,66 получим						
Т,"С	0	25	50	75	100	значение энергии связи ид-18,89х1022 Дж-95,1 см ', с использованием которого можно по фор- муле (6.8) определить критическую температу- ру фазового перехода вто- рого рода Тс=4(Н41°С.  При таких вычисле- ниях необходимо помнить
кА	2.82	2,83	2,84	2,85	2,86	
ск	2,8	2,71	2,63	2,55	2,47	
г  Ч РАСЧ.	88,5	78,4	69,7	61,9	54,5	
ЭКСП Р-2 11	87,7	78,3	69,8	62,4	55,6	
Табл. 6.6. Температурные зависимости рас- стояний между атомами О, фактора Кирк- вуда, диэлектрической проницаемости для жидкой воды [3.40].						

о неопределенностях и ошибках определения исходных параметров
жидкой воды: дипольного момента, средних расстояний между мо-
лекулами, диэлектрической постоянной, фактора Кирквуда и т.д.,
которые невозможно для всего диапазона температур измерить с хо-
рошей точностью. Поэтому подойдем к решению этого вопроса не-
сколько с другой стороны. Как уже неоднократно говорилось ранее
- все виды энергии межмолекулярных связей в жидкой воде долж-
ны квантоваться, поэтому и энергия взаимодействия двух соседних
диполей в плоской квадратной ячейке кристалла в кластере должна
быть кратна какому-то минимальному кванту энергии в зависимости
от температуры. Для диапазона критических температур фазовых
переходов жидкой воды 0+100°С единственно близкими квантами
энергии к рассчитанному значению энергии взаимодействия дипо-
лей Ыд=95,1 см 1 являются величины ангармонизма колебательных
уровней энергии симметричной, асимметричной и деформацион-
ной мод соответственно: Хс=87 см1, Хд=96 см ', Хд=37 см1 (см. гл.
3). В данном случае рассчитанное выше значение 1)д=95,1 см ' для
критической температуры ~40°С очень хорошо совпадает с квантом
энергии ангармонизма Хд=96 см1. С другой стороны, сами эти ве-
личины Хс, Хд и Хд должны быть кратными одному и тому же ми-
нимальному значению кванта энергии, который оказывается равен
Ьу=(Хд-Хс)/3=3 см 1 (87/3=29, 96/3=32, 37/3=12). Тогда для интерва-
ла температур жидкой воды 0+100°С можно определить 12 значений
энергии взаимодействия между диполями для плоской квадратной
кристаллической решетки кластера, начиная с величины 84 см 1 с
шагом 3 см 1 по 114 см1, поставив в соответствие величину 96 см 1
к рассчитанному значению 40=4 Г’С на шкале температур. То есть, в
данном случае ряд значений энергий взаимодействия диполей при-
вязывается к шкале критический температур фазовых переходов
второго рода в жидкой воде в одной расчетной точке 40+41°С.

Для этих кратных значений энергий взаимодействий диполей
рассчитанные величины критических температур приведены в табл.
6.7, причем они кратны, примерно 10°С. Экспериментальные значе-
ния критических температур, приведенные в табл. 6.7, взяты из ра-

и„, см 1	84	87	90	93	96	99	102	105	108	111	114
	121	125	130	134	138	143	146,8	151	155	160	164
Т,Р.”К	275	285	294	304	314	324	333,6	343	353	363	373
ТГР,»С	1,8	11,6	21,3	31,1	41,1	50,9	60,6	70,4	80,2	90	100
тс с эксп	0;  0,16	9; 10;  11,2;  13	18;20 22;23 25	28;30 32;33  34,7	40;41 42;43  44	50;51 52;53  49,5	60;61 64	70 71;  70,9	81;  81,6	90	100
Табл. 6.7. Энергии взаимодействия дипалей .молекул Н,О в тоской кристаллической решетке кластера и критические температуры фазовых переходов второго рода.											

бот [1.7, 1.12, 1.16, 2.7, 2.29, 2.48, 2.3, 3.4, 3.6, 3.30, 3.41, 3.60, 6.16,
6.22+6.33,6.35+6.37] и отражают особенности в температурных зави-
симостях (разрыв и изменение знака первых и вторых производных)
следующих физических свойств воды: плотности; сжимаемости;
коэффициента диффузии; коэффициента преломления и константы
Керра; водородного показателя среды; скорости и коэффициента по-
глощения ультразвука; спектра поглощения; магнитной релаксация
протонов; химических сдвигов в протонном магнитном резонансе;
диэлектрической проницаемости; поверхностного натяжения; те-
плоемкости; парциальной мольной растворимости вещества; рас-
клинивающего давления в тонких слоях водных растворов; удельной
электропроводности и энергии активации водных растворов №С1 и
КС1; застудевания водных растворов агара и агарозы; фазовых пере-

ходов водных растворов поверхностно-активных веществ и кристал-
лической структуры льда I к льдам VI и VII и т.д. Типичные темпе-
ратурные изменения некоторых физических свойств воды и водных
растворов показаны на рис. 6.14, видно, что в районе критических
точек фазового перехода второго рода кристаллических структур в

кластерах воды наблюдается
резкое изменение первых и
вторых производных этих за-
висимостей.

Анализ табл. 6.7 пока-
зывает удивительно хорошее
совпадение расчетных и экс-
периментальных значений
критических температур с
учетом таких факторов, как:
неточность определения са-
мих величин ангармонизма Хс
и ХА, по крайней мере, с ошиб-
кой ±1 см1; эксперименталь-
ных ошибок, используемых
работ из научной литературы,
в диапазоне не менее ±1°; вли-
яния растворенного вещества

Рис. 6.14. Экспериментальные зависимости от
температуры: 1 - Вк~(п -пЭ?().Е2) - констан-
ты Керра [6.27]; 2 - коэффициента диффузии
Ов водном растворе 1Н1оНагпз1оф [2.3]; 3 -
градиента степени кислотности рН в водном
растворе миозина [6.25].

на сдвижку критического значения температуры по температурной
шкале вплоть до ±2°. С учетом этих ошибок, по-видимому, крайние
критические значения температур 1,8°С и 100°С в таблице следует
отнести к фазовым переходам первого рода кристаллического льда
I в жидкость (0°С) и жидкости в пар (100°С), а остальные к фазовым

переходам второго рода кристаллических структур в кластерах.

Возникает естественный вопрос: почему идеализированная по-
становка задачи для плоской, двумерной кристаллической решетки
дает хорошее совпадение по критическим температурам фазовых
переходов реальной трехмерной тетраэдрической структуры класте-
ров воды? Ответ надо искать снова в энергетическом аспекте связей
молекул кристаллической структуры. На основании вышеизложен-
ного и обширных данных из научной литературы ясно, что молекулы
Н2О, имеющие три центральносимметричных водородных связи в
гексагональном гофрированном кольце элементарной кристалличе-
ской ячейки кластера и одну зеркальносимметричную связь между
кольцами, обеспечивают, по крайней мере, в три раза больше энер-
гию связи в гофрированном слое по сравнению с энергией связи
между слоями. Таким образом, мы имеем кристаллическую струк-
туру кластеров, состоящих из очень прочных гофрированных слоев
слабо связанных между собой. Этот факт подтверждается и боль-
шим количеством теоретических расчетов, проделанных различны-
ми авторами, например, [3.39,6.34]. Причем, поскольку угол между
плоскостью гофра и плоскостью, проходящей через вершины ребер,
не превышает 30°, то замена гофрированной поверхности некоторой
средней плоскостью не вносит больших ошибок в расчеты.

Табл. 6.7 показывает также еще одну необычную зависимость: с
ростом температуры энергия связи между диполями, а, следовательно,
межмолекулярные связи в гофрированном слое кристаллической струк-
туры кластера не уменьшаются, как утверждается во многих научных
работах, а, наоборот - увеличиваются и подтверждением этого служит
большой экспериментальный материал по критическим температурам.
Этот феномен можно объяснить следующим образом: как следует из
табл. 2.2 с ростом температуры полярный угол между водородными
связями ф0 у молекулы Н2О увеличивается с 99,77° при 0°С до 100,2°
(100°С), казалось бы, на незначительную величину. Но он изменяется
в интервале между очень слабой конструкцией кристалла льда I с по-
лярным углом молекулы воды 99,2° и прочным кристаллом в пределе
полярного угла 109,3° идеального тетраэдра, в этом случае форма гек-
сагонального кольца в структурном слое приближается к идеальному
шестиграннику, а, следовательно, связь должна быть прочнее.

Особо следует сказать о критической температуре 40+41°С: от-
мечено, что когда достигается эта граница, то пропадают все эффек-
ты воздействия слабого переменного магнитного поля, СВЧ и КВЧ
излучений на жидкую воду, исчезают все низкие резонансные часто-
ты, за исключением 2,5 Гц для очень высокой напряженности маг-
нитного поля [3.42]. Кроме того, температурная зависимость потен-
циальной энергии внешних электронов молекулы Н2О в жидкой воде
имеет минимум при Т=40°С [1.7]. Качественно это можно объяснить
тем, что с ростом полярного угла у молекул Н2О уменьшается вероят-
ность симметричных колебаний и увеличивается вероятность асим-
метричных, поэтому больше колебательной энергии перекачивается
из симметричной моды колебаний через деформационную в асимме-
тричную (см. рис. 3.10). В диапазоне температур 0+41°С в кластерах
жидкой воды перераспределение энергии между водородными свя-
зями и колебательными степенями свободы молекул Н2О согласно
реакций (6.4) может происходить только на симметричную моду, по-
скольку энергия взаимодействия соседних диполей меньше энергии
величины ангармонизма асимметричной моды (V =87+93<ХА=96
см-1). Кроме того, симметричные и деформационные колебания ато-
мов водорода в молекуле Н2О совпадают по фазе с их колебаниями
по водородным связям в кристаллической структуре кластера, что
видно из сравнения рисунков 2.1а и 6.5. Поэтому такое синфазное
влияние симметричных и деформационных колебаний атомов водо-
рода в молекулах Н,О и вдоль водородных связей в структуре класте-
ра и обеспечивает большое количество низких резонансных частот
жидкой воды (см. табл. 3.17).

Когда температура воды превышает ~41°С, то энергия взаимо-
действия диполей равна или превышает значение ангармонизма
асимметричной моды молекул Н2О, что существенно увеличивает
вероятность перераспределения энергии между водородными связя-
ми и колебательными уровнями асимметричной моды по реакциям
(6.4). В этом случае в колебательных процессах водородных связей
молекул воды в кристаллах кластеров начинают преобладать моды
асимметричных колебаний над симметричными, что и упрочняет
гофрированные слои кристаллических структур в кластерах. Дей-
ствительно, если сравним по табл. 3.4 энергию всех колебательных
уровней молекулы Н,О в жидкой фазе, начиная с первого по один-
надцатый симметричной и асимметричной мод, то для второй она
всегда выше на величину, изменяющуюся в пределах от 104 до 649
см-1. Причем, когда энергия связи диполей превышает величину ан-
гармонизма асимметричной моды ХЛ=96 см ', то есть составляет:
11д=99, 102, 105, 108, 111 см ', то разность их ДЕд=Ц(-ХЛ легко пере-
ходит в кинетическую энергию молекул (в тепло). В такой ситуации
асимметричные колебания атомов водорода вдоль валентных связей
О-Н в молекулах Н2О находятся в противофазе с симметричными
колебаниями тех же атомов Н вдоль водородных связей в кристалли-
ческой структуре кластеров, что и является основной причиной от-
сутствия низких резонансных частот жидкой воды при температурах
выше4ГС. Эти выводы хорошо подтверждается экспериментальной
работой [2.1] для жидкой воды в стеклянных порах при низких тем-
пературах 80°К и 230°К, когда для первого диапазона температур пре-
обладают симметричные колебания, а второго - асимметричные.

Таким образом, по-видимому, из-за смены преобладающих ти-
пов колебаний межатомных связей в молекуле Н,О при температу-
рах жидкой воды выше 41+42"С пропадают резонансные явления
влияния слабых ЭМИ на распределение электронной плотности в
электронных орбиталях молекул Н.О, хотя кристаллическая струк-
тура в кластерах по величине степени упорядоченности г)у меняет-
ся незначительно, а прочность ее даже увеличивается. Этот факт
экспериментально был подтвержден еще в ранней работе [6.39], где
определили, что при нагревании воды в диапазоне температур от
нуля до 100°С водородные связи усиливаются.
С позиций чисто формального интереса и дополнительной про-
верки вышеизложенной методики определения критических темпе-
ратур фазовых переходов второго рода для жидкой воды рассчита-
ем их для отрицательных значений ниже 0°С. В жидком состоянии
переохлажденная вода может существовать в каплях и аэрозолях
субмикронных размеров, в стеклянных капиллярах и порах атом-
ных размеров, в капиллярах растений, в мембранах биологических
клеток. Формально примем к сведению, что энергия связи соседних
диполей в плоской, квадратной кристаллической структуре класте-
ров составляет уменьшающийся целочисленный ряд значений с ша-
гом -3 см"1, начиная с величины ангармонизма симметричной моды
Хс=87 см"1. Рассчитанные значения энергии связи диполей, начиная
с ид=Хс-6=81 см1, и критические величины температур фазовых
переходов второго рода приведены в табл. 6.8. В этой же таблице
показаны экспериментальные значения критических температур фа-
зовых переходов второго рода для жидкой воды, находящейся в аэро-

и„, см-1	60	63	66	69	72	75	78	81
Ч.,°к	86	91	95	99	104	108	112	117
Тс,-“К	196	206	216	226	236	245	255	265
Те,-"С	-76,9	-66,9	-57,1	-47,3	-37,6	-27,8	-18	-8
Тс.°С эксп.	-78	-72;  -68,9	-57;  -58;  -60	-48;  -50	-38; -39;  -40;  -41	-24;-27;  -28;-32;  -33	-17;  -17,5;  -20	-7,4;  -8;  -10
Га&т. 6.8. Энергии взаимодействия диполей молекул Н,О в плоской кристаллической решетке кластера и критические температуры фазовых переходов второго рода								

золях, стеклянных капиллярах и порах атомных размеров, биологи-
ческих объектах, взятые из работ [2.1,2.7,2.15,2.16,4.42,6.40+6.48],
при этом также наблюдается хорошее совпадение теории с опытны-
ми данными. На рис. 6.15 приведены температурные зависимости
изменения относительной теплоемкости жидкой воды, находящейся
в порах стекла марки УО с размерами ~40А [2.1] и относительного
теплового расширения воды, находящейся в стеклянном капилляре
диаметром 16,4 мкм [2.16]. На обеих кривых наблюдается излом в
районе критической температуры - (38+39)°С, причем в работе [2.1]
на основе измерения дифракционных картин рассеяния нейтронов
сделан вывод, что слева от излома кривой в диапазоне температур
Т< -40°С структура воды кубическая (что соответствует льду VII), а
в интервале Т> -40°С - гексагональная, то есть существует действи-
тельно фазовый переход второго рода, когда в кластерах меняется
тип симметрии кристаллической решетки. Интересно также отме-
тить, что такая вода «не чувствует» при переходе через границу 0°С
фазового перехода первого
рода.

Отметим еще одну осо-
бенность фазовых перехо-
дов жидкой воды в области
отрицательных температур:
также, как критическая тем-
пература +4 ГС, в диапазо-
не температур больше 0°С
критическая температура
-38°С в диапазоне ниже 0°С
является особенной, где рез-
ко меняются свойства воды

-100 -80 -60 -40 -20 0 20,7*0

Рис. 6.15. Температурные зависимости воды: 1 -
относительной теплоемкости в стеклянных порах
[2.1]; 2 - относительного теплового расширения в
стеклянном капилляре [2.16].

(см. рис. 6.15). Это связано
с тем фактом, что для этой
критической температуры
энергия взаимодействия ди-

полей Е1Д 38С =72 см'1 становится кратной величине ангармонизма де-
формационной колебательной моды молекул Н2О Хд=37 см1, то есть с
учетом ошибок определения точных значений величин ангармонизма
энергетических уровней колебательных мод: 11 38С ~ 2ХД. Данный вы-
вод означает, что в диапазоне температур ниже - 38°С начинают при-

вносить существенный вклад в общую энергию молекул деформаци-
онные колебательные моды, в связи с чем меняется и кристаллическая

структура кластеров, что очень хорошо подтверждается результатами
экспериментальных работ [2.1,2.16].

Вышеизложенный материал по описанию структуры воды и осо-
бом значении фазового перехода второго рода кристаллической струк-
туры кластеров при температуре ~4ГС очень хорошо подтверждают
расчеты числа молекул в одном гофрированном слое кластера, проде-
ланные в монографии [2.7]. Авторами [2.7] были рассчитаны значения
величин площадей под кривыми радиального распределения атомов
кислорода в жидкой воде, показанные на рис. 6.4, в зависимости от
температуры и определены для них соответствующие числа молекул,
из которых состоит гофрированный слой в кластере. Оказалось, что
с ростом температуры число молекул в гофрированном слое увели-
чивается, причем температурная зависимость с хорошей точностью
описывается двумя прямыми линиями в диапазонах (Г—42°С от ~11
шт. до ~16 шт. и в ~42-Ч00°С от ~16 шт. до ~30 шт. В монографии [2.7]
делается вывод, что с ростом температуры эти гофрированные слои
увеличиваются, а общее число молекул в кластере уменьшается.

Таким образом, приведенные примеры со всей убедительностью
подтверждают, что вода в жидкой фазе состоит из части «свобод-
ных» молекул и кластеров, обладающих кристаллическим строени-
ем, для которого характерны фазовые переходы не только первого,
но и второго рода, а, кроме того, такая структура ее сохраняется во
всем диапазоне температур 0+100°С.

6.5.	Физико-химические свойства жидкой воды

К настоящему времени сложилась ситуация, когда многие
физико-химические свойства жидкой воды не нашли еще полного
достоверного объяснения, что не позволяет во многих случаях и по-
нять процессы, происходящие в ней, поэтому на основе вышеизло-
женного материала попытаемся восполнить некоторые пробелы в
этих вопросах.

6.5.1.	Плотность жидкой воды

Как известно, плотность жидкой воды при повышении темпе-
ратуры вначале в диапазоне от 0 до ~3,8°С увеличивается, а затем
вплоть до 100°С уменьшается. Максимум плотности жидкой воды
при ~3,8°С образуется за счет двух процессов: с одной стороны, с
ростом температуры уменьшается размер кластеров, и в диапазоне
0+3,8°С увеличивается количество оторвавшихся «свободных» мо-
лекул. Эти молекулы внедряются в пустоты поверхностного слоя
кристаллической структуры кластеров, где молекулы Н2О имеют
количество водородных связей менее четырех, в связи с чем, воз-
растает средняя плотность молекул в кластере. С другой - благодаря
увеличению кинетической энергии молекул, создающих кристал-
лическую структуру кластеров, происходит объемное расширение
ее каркаса, то есть уменьшение плотности молекул в нем, а также
увеличение межкластерного расстояния за счет увеличения кинети-
ческой энергии кластеров как целое и «свободных» молекул. При-
чем расширение элементарной тетраэдрической ячейки кристалла
кластеров происходит анизотропно (неодинаково по разным направ-
лениям) вследствие разной длины зеркальносимметричных (2,76 А)
и центральносимметричных (2,94 А) водородных связей, а, следова-
тельно, и разной величины их энергий. Здесь необходимо отметить,
что между кластерами пустоты заполнены «свободными» молекула-
ми, которые имеют по одной - две водородных связей с соседними
двумя - тремя кластерами. Кластеры постоянно обмениваются эти-
ми «неполноценными» молекулами обеспечивая между собой дина-
мическую связь с одной стороны, а с другой - высокую подвижность,
то есть текучесть жидкости без разрыва сплошности на отдельные
молекулы опять же благодаря сильным водородным связям.
В этом описании температурной зависимости плотности воды
существует одна особенность, которая до сих пор не нашла объясне-
ния в научной литературе: почему максимум плотности приходится
на температуру +3,8°С, а не находится в области фазового перехода
первого рода 0°С. Попытаемся объяснить этот факт. Когда проис-
ходит таяние льда при 0“С, то в образовавшихся кластерах жидкой
воды молекулы сохраняют среднюю величину колебательной энер-
гии характерную для льда, которая значительно выше по сравнению
с жидкой водой вследствие минимальной ее релаксации. Этот вывод
подтверждается большим количеством экспериментальных фактов
высокой энергизации талой воды. Благодаря высокому колебатель-
ному возбуждению молекул оказывается большой и энергия межмо-
лекулярных связей, что обеспечивает большие размеры кластеров. С
ростом температуры в диапазоне от 0 до +3,8°С уменьшается запа-
сенная колебательная энергия вследствие увеличения ее релаксации
за счет роста кинетической энергии и подвижности молекул. Это
приводит к постепенному уменьшению размеров кластеров и увели-
чению количества «свободных» молекул, которые заполняют пусто-
ты в боковых поверхностях кластеров. Таким образом, мы имеем две
противоположно направленных зависимости: одна - это уменьше-
ние суммарной боковой поверхности кластеров, другая - увеличение
количества «свободных» молекул. Пересечение этих зависимостей
при температуре +3,8°С обеспечивает условие, когда практически
все «свободные» молекулы находятся в пустотах боковых поверхно-
стей кластеров, что обеспечивает минимальное среднее расстояние
между кластерами в жидкости и максимальную ее плотность. При
дальнейшем повышении температуры свыше +3,8°С за счет роста
кинетической энергии происходит дробление крупных кластеров на
более мелкие и увеличение числа «свободных» молекул, приводя-

щих в комплексе
к уменьшению
плотности воды.
На рис. 6.16 при-
ведена экспе-
риментальная
температурная
зависимость лога-
рифма изменения
плотности воды,
взятая из моногра-
фии [2.7]. На этой
кривой отражены
все критические

Рис. 6.16. Зависимость изменения плотности жидкой воды от
температуры и ее критические значения [2.7].
температуры фазовых переходов второго рода жидкой воды в диа-
пазоне температур (К50°С, хорошо совпадающие с рассчитанными
в табл. 6.7. Особенно интересна осцилляция плотности воды при
температуре ~40°С, где первая производная по температуре четыре
раза, а вторая производная два раза меняют знак. Если это не ошибка
измеренных экспериментальных данных, то здесь наглядно демон-
стрируются условия фазового перехода второго рода, который про-
исходит при постоянном давлении среды, т. е. при (дР/дУ)т=0. Это
условие означает, что в критическом состоянии системы флуктуации
плотности могут быть велики и система попадает в резонансную об-
ласть больших колебаний плотности, поскольку функция сжимаемо-
сти жидкости в этой области перехода терпит разрыв.

6.5.2.	Сжимаемость жидкой воды

Температурная зависимость сжимаемости жидкой воды также
имеет немонотонный вид (см. рис. 6.17, кривая №4), при этом для
изотермического процесса сжимаемости чистой воды минимум до-
стигается при ~43°С, а максимум величиной 7,3x10 '° Па'1 при тем-
пературе - 28°С [1.7]. Для адиабатического процесса сжимаемости
минимум ее величины приходится на температуру +64°С [6.15]. То
есть, эти значения температур с учетом экспериментальной ошиб-
ки определения по зависимости близки к критическим темпера-
турам фазовых переходов второго рода (см. табл. 6.7, 6.8). Из рис.
6.17 видно, что характер поведения кривых в левой и правой частях
относительно минимума разный, что говорит о неодинаковых фи-
зических процессах, ответственных за это. Такой закон изменения
можно объяснить следующим образом: в диапазоне температур от
0 до ~40°С, согласно вышеизложенному, вода, в основном, состоит
из крупных кластеров, кристаллическая структура которых является
ажурной и нежесткой, что связано с преобладающими симметрич-
ными типами колебаний атомов и молекул, поэтому в этой области
за сжатие воды ответственна деформация кристаллической структу-
ры кластеров. После фазового перехода второго рода при температу-
ре ~41°С, во-первых, уменьшаются размеры кластеров, а, во-вторых,
кристаллическая структура кластеров становится более прочной за
счет преобладания асимметричных типов колебаний атомов и моле-
кул, поэтому в диапазоне от ~41 до ~60°С сжимаемость изменяется
мало (-0,7%). Дальнейшее возрастание сжимаемости с ростом тем-
пературы до 100°С связано с тепловым расширением, как структуры
кластеров, так и связей всего ансамбля кластеров между собой, что
характерно для «простых» жидкостей.
Рис. 6.17. Экспериментальные зависимости свойств жидкой воды: / - статистической диэлектрической проницаемости с ; 2 - поверхностного
натяжения о [Н/м]; 3 - сдвиговой вязкости ц[ 1(3'Па.сек]: 4 - сжимаемости р [1(3‘° Па1]; 5 - скорости звука V} [ 1(У'м/сек]: 6 - мольного объема
Ум [см3/моль]; 7 - теплопроводности ). [Вт/м/К]: 8 - теплоемкости С(, [Дж/моль/град] [1.16, 2.35. 3.60].
6.5.3.	Вязкость жидкой воды

На вязкость жидкой воды достаточно сильно влияет темпера-
тура, причем на температурной зависимости можно выделить три
характерные области (см. рис. 6.17, кривая №3): в диапазоне 0-4ГС
- нелинейную, где значения динамической вязкости г] плавно умень-
шаются с величины 1,79х 10’ Па.сек до значения 0,65х 10’ Па.сек.
Линейный участок температурной зависимости уменьшения вязко-
сти характерен для интервала 41<-90°С, а в диапазоне 90^100’С про-
исходит дальнейшее уже нелинейное ее снижение.

Для жидкокристаллических жидкостей, типа нематиков, вязкость
можно определить из формулы (6.2): г|= т [6кТ(1п(28)-0,8))]/(яЕ’). То

есть, она сильно зависит от времени релаксации межмолекулярных
(межкластерных) связей и размеров этих кластеров (здесь необходи-
мо помнить, что параметры т и Ь зависят друг от друга). Типичное
изменение времени релаксации диполей молекул воды при воздей-
ствии внешнего электрического поля от температуры показано на
рис. 6.18 (кривая №5). Видно, что ее уменьшение при 40°С по срав-
нению с 0°С составляет в ~3 раза, и если теперь сравним с уменьше-
нием вязкости для этих же температур, то она равна величине ~2,7,
что говорит о преобладающем влиянии межкластерных связей на
вязкость воды. С уменьшением температуры от ~41 до 0°С увели-
чивается запасенная колебательная энергия молекул Н,О вследствие
снижения ее релаксации, что ведет к росту их дипольных моментов,
включая интегральные моменты кластеров, как следствие - к увели-
чению энергии взаимодействия кластеров и, в конечном итоге, вяз-

Рис. 6.18. Зависимость относительной вязкости
от давления: 1-2 ат.: 2-3 ат; 3-4 ат; 4-5 ат.
[6.50]. Зависимость времени релаксации диполей
.молекул воды от температуры после воздействия
СВЧ электрического поля (5) [6.51].

кости воды. Для линейного
участка вязкости в темпера-
турном интервале 4(Н90°С
характерно подобное же из-
менение времени релакса-
ции диполей молекул воды
(см. рис. 6.18, кривая №5).
Это связано с преобладани-
ем других физических про-
цессов: увеличением кине-
тической энергии молекул
и кластеров, приводящей
к ослаблению взаимодей-
ствия между ними. На тре-
тьем температурном участке
90-4 00°С резкое уменьше-
ние вязкости воды вызвано
образованием газопаровых пузырьков и сильными турбулентностя-
ми, снижающими энергию взаимодействия между кластерами. Эти
выводы хорошо подтверждаются экспериментальными данными
зависимости вязкости от температуры и давления, показанными на
рис. 6.18 (кривые №1,2,3,4), которые построены в виде отношений
значений вязкости для заданного давления Р к их величинам при
давлении Р=1 ат. Из рисунка видно, что характер температурных
зависимостей относительной вязкости для диапазонов температур
0+40°С и 40+100°С совершенно разный, и автор этой работы [6.50]
делает правильные выводы, что молекулы воды, составляющие кри-
сталлическую структуру кластеров, не должны принимать участие
в процессах переноса (они имеют большую энергию связей между
собой). И только молекулы, находящиеся на боковых поверхностях
кластеров и имеющих по 1+3 водородных связи, или «свободные»
молекулы ответственны за такие транспортные характеристики,
как диффузия, теплопроводность, вязкость.

Уменьшение вязкости жидкой воды с ростом давления в диапазо-
не температур 0+40°С определяется снижением размеров кластеров
вследствие сжатия их кристаллической структуры, что ведет к умень-
шению площади их боковых поверхностей, энергии взаимодействия
и возрастанию количества «свободных» молекул Н2О. Увеличение
вязкости воды с ростом давления при температурах 40+100°С вы-
звано процессами, характерными для «простых» жидкостей - воз-
растанием плотности. Отметим также, что на температурной зависи-
мости вязкости наблюдаются особенности (изменение знака вторых
производных) при критических температурах —40 и ~90°С, соответ-
ствующих фазовым переходам второго рода (см. табл. 6.7). Вязкость
воды, как уже говорилось, зависит от размеров кластеров и чем они
крупнее, тем она больше. В случае дополнительного колебательного
возбуждения молекул Н2О в диапазоне температур 0+41 “С размеры
кластеров будут увеличиваться, а, следовательно, должна возрастать
и вязкость воды. Действительно тщательные измерения вязкости та-
лой воды, то есть только растаявшей из льда, показали, что она выше
по сравнению с обычной (контрольной) водой на 10+15% и достигает
значений, характерных для нее только через 3+6 суток [6.67].

6.5.4.	Мольный объем и теплопроводность жидкой воды

В температурной зависимости мольного объема воды (рис. 6.17,
кривая №6) можно выделить три температурных диапазона, которые
характеризуют разные состояния вещества: 0+11,2°С; 11,2+40°С и
40+100°С [6.50]. В интервале температур 0+10°С наблюдается практи-
чески постоянное значение мольного объема V =18,023+18,0256 см3/
М 7	7
моль с небольшим минимумом Ум= 18,0207 см3/моль, соответствую-
щим критической температуре плотности воды 3,8°С, затем при тем-
пературе 11,2°С происходит его резкий скачок до величины 18,1142
см3/моль. Такое поведение мольного объема можно объяснить тем, что
в этом интервале температур кристаллическая структура кластеров
остается постоянной, а при значении Т=11,2°С происходит фазовый
переход второго рода этой структуры в другую, занимающую боль-
ший объем. В интервале температур от 11,2°С до ~40°С мольный объ-
ем плавно увеличивается на 0,0998 см3/моль, а в диапазоне 40^100°С
происходит более интенсивное возрастание на величину от 0,071 до
0,135 см3/моль через каждые 10°С. Это связано в первом случае с уве-
личением объема кластеров за счет расширения их кристаллической
решетки, а во втором - температурным расширением системы класте-
ров - «свободных» молекул за счет роста их кинетической энергии.

Изменение теплопроводности жидкой воды с ростом температу-
ры характеризуется с хорошей точностью двумя линейными участка-
ми от 0 до 40°С и от 40 до 100°С (см. рис. 6.17, кривая №7). Теплопро-
водность любого вещества определяется физическими процессами
столкновения молекул, атомов, свободных электронов и передачей
друг другу импульса движения, то есть кинетической энергии, при
этом минимальное расстояние их сближения определяется суммой
кинетических радиусов. В кристаллических телах в диапазоне тем-
ператур 200+600°К основным процессом ответственным за теплопро-
водность являются тепловые колебания атомов и молекул в узлах ре-
шетки, когда приходящая тепловая волна увеличивает амплитуду их
колебаний, и за счет межатомных и межмолекулярных связей энергия
колебаний передается дальше в направлении противоположном гра-
диенту температуры. Если проанализировать температурные зависи-
мости теплопроводности различных кристаллических веществ - ме-
таллов и неметаллов, то, например, увеличение теплопроводности с
ростом температуры характерно для таких, как 8с, Ьа, Т1, Та, Со, Р1,
Рд, 1ЧЬ, V, А1, 8Ь, В1. Для остальных твердых веществ из периодиче-
ской таблицы теплопроводность уменьшается, причем для одного и
того же типа симметрии кристаллической решетки могут быть разные
зависимости для различных элементов. На основе анализа большого
количества экспериментальных данных можно сделать вывод, что ког-
да увеличение температуры для данного типа кристаллической ре-
шетки расстраивает собственные резонансные частоты колебаний
атомов, то теплопроводность уменьшается, а в случае сохранения
их при повышении температуры амплитуда синхронных колебаний
атомов увеличивается, что приводит и к росту теплопроводности.

Из всех известных жидкостей рост теплопроводности с увеличе-
нием температуры характерен только для следующих: обычная вода,
тяжелая вода, глицерин, этиленгликоль, в то время как для остальных
эта характеристика падающая. Таким образом, можно сделать вывод:
по характеру зависимости теплопроводности в диапазоне температур
0-Н00°С жидкая вода ведет себя как кристаллическое вещество. При
этом приходящая тепловая волна передается за счет резонансных ко-
лебаний молекул в кристаллической решетке кластеров, а также меж-
ду ними с помощью «свободных» молекул, имеющих водородные свя-
зи с двумя - тремя соседними кластерами. График линии №7 на рис.
6.17 подтверждает также ранее сделанные выводы, что в интервале
температур (Н40°С в кластерах существует один тип кристаллической
решетки (тетраэдрическая с преобладанием симметричных типов ко-
лебаний), а для диапазона 40100°С - другой (тетраэдрическая с пре-
обладанием асимметричных типов колебаний). Анализ температурной
зависимости теплопроводности для более широкого диапазона темпе-
ратур (Н370°С показывает, что она имеет оптимум при температуре
150°С, достигая максимального значения ^=0,682 Вт/м/К, а затем
уменьшается до величины ^=0,424 Вт/м/К. Поэтому можно сделать
вывод, что при Т> 150°С происходит либо рассогласование резонанс-
ных частот колебаний молекул в структуре кластеров, либо идет их
общее разрушение и вода превращается в изотропную жидкость.

6.5.5.	Диэлектрическая проницаемость жидкой воды

Чрезвычайно важным аномальным свойством воды является
большое значение дипольного момента молекул, благодаря чему
диэлектрическая проницаемость воды намного выше по сравнению
с другими жидкостями. Кроме того, высокое значение диэлектриче-
ской проницаемости воды говорит о том, что, если она представляет
собой жидкокристаллическое вещество типа нематика, то палочкоо-
бразные кластеры, имеющие некий интегральный диполь, должны
быть ориентированы преимущественно в одном направлении (см.
рис. 6.6). Действительно, между дипольным моментом молекулы и
диэлектрической проницаемостью ее вещества существует прямая
зависимость. В рамках феноменологического подхода, когда рас-
сматривается взаимодействие отдельной молекулы с эффективным
электростатическим полем окружающей среды, связь между стати-
стической диэлектрической проницаемостью этой среды и диполь-
ным моментом молекулы (при не очень высоких температурах) до-
статочно хорошо описывается формулой Кирквуда:

(М/р)(е5-1 )(е5+2)/(9е5)=4тгМА[а+6кц2/(ЗкТ)]/3,	(6.10)

где ц - дипольный' момент молекулы; а - поляризуемость молекулы
(то есть дипольный момент, индуцируемый в молекуле действием
электрического поля с единичной напряженностью); 6К - фактор
Кирквуда, определяемый структурой вещества и выражением (6.9).
Из формулы (6.10) непосредственно вытекает, что чем больше ве-
личина дипольного момента молекулы, тем больше и диэлектриче-
ская проницаемость среды. Анализ применимости формулы (6.10)
показывает, что значения вычисленные по ней, с хорошей точно-
стью совпадают с экспериментальными для диапазона температур
10+50°С, а для других значений температуры в интервале 0-400°С
заметно отличаются. Это связано с тем, что, в интервале температур
1(Н50оС чисто дипольные взаимодействия молекул для тетраэдри-
ческой структуры кластеров хорошо описывают поведение диэлек-
трической проницаемости среды. В то же время в диапазоне 0-4 0°С
нужно учитывать существенное укрупнение кластеров и взаимодей-
ствие их макродиполей, а в интервале температур 50-4 00°С - фактор
перестройки кристаллической структуры кластеров и уменьшения
их размеров. Этот вывод хорошо подтверждается также зависимо-
стью от температуры, представленной на рис. 6.17 (кривая №1),
которая состоит из двух линейных участков, расположенных в диа-
пазонах 0-^50°С и 50-4 00°С. Обычно экспериментальное опреде-
ление диэлектрической проницаемости жидкости осуществляется
путем определения времени релаксации диполей молекул т0 при воз-
действии переменного электрического поля с частотами (М08-40"
Гц с последующим вычислением действительной е' и мнимой е" ча-
стей диэлектрической проницаемости по формулам Дебая:

е'=ех+(85-еД/( 1 +(2яГт0)2), Е"=2яГг0(Е5-Е,)/( 1 +(2лГт0)2),
е=(е'2+е"2)|/2,	(6.11)

где - величина е' при Г=0; е^=п^2~\,7; т0=т0ехр(Ц./кТ)=т0(Е5+2)/
(его+2); Ц- потенциальный барьер взаимодействия диполей.

Типичная зависимость времени релаксации диполей молекул т0
для чистой воды от температуры показана на рис. 6.18 (кривая №5)
и величина его колеблется в диапазоне 1,8х 10" -^-2х1012 сек. Такие
малые времена характеризуют скорость возврата диполей (молекул
Н2О) в исходное положение в узлах кристаллической решетки кла-
стеров после воздействия высокочастотного электрического поля.
Основная область дисперсии е' и е" воды хорошо описывается урав-
нениями Дебая с одним временем диэлектрической релаксации т0. В
таком случае, если релаксация связана с переориентацией диполей, то
для постоянства СГ необходимо, чтобы положения всех диполей были
энергетически эквивалентны [6.52]. Это может иметь место, когда все
диполи ориентированы в строго определенном порядке так, что по-
тенциальные энергии одинаковы, или же когда взаимная ориентация
диполей распределена хаотически, то есть перераспределение ориен-
таций диполей не влияет на энергию системы. Ни то, ни другое усло-
вие для жидкой воды не выполняется, по крайней мере, в той обла-
сти температур, где межмолекулярные водородные связи определяют
упорядоченность ближнего порядка, то есть взаимную ориентацию
диполей. В этих условиях должен существовать некоторый диапазон
возможных значений Ы8 и соответственно наблюдаться не одно един-
ственное значение времени релаксации т0, а целый ряд значений т,
покажем это на примерах ряда экспериментальных работ.

В палочкообразном кластере в жидкой воде за счет регуляр-
ной кристаллической структуры должен образовываться некий ин-
тегральный дипольный момент, определяемый суммой проекций
векторов диполей всех молекул, составляющих его, на продольную
ось (директор) кластера. Тогда при высоких частотах внешних элек-
трических полей за счет большой массы, инерции и поверхностного
сопротивления при разворотах эти макродиполи не смогут быстро
разворачиваться и колебаться. В то же время должны существовать
низкие частоты внешних электрических воздействий, которые будут
приводить к упорядочению структуры макродиполей в жидкой воде
и увеличению ее диэлектрической проницаемости. Проверка этого
предположения была проведена в работе [2.12], где исследовалась
дистиллированная вода двойной перегонки. Проводили измерения
времени релаксации макродиполей кластеров и действительной ча-
сти диэлектрической проницаемости е' при воздействии переменного
электрического поля в диапазоне частот 2* 103^-105 Гц для интервала
температур 4-^58°С (рис. 6.19). На основании рис. 6.19 можно сделать
вывод, что при частотах Г~2*103 Гц действительная часть диэлектри-
ческой проницаемости достигает е5»950 отн.ед., а при частотах €>105
Гц выходит на обычную ве-
личину €8=80. Этот экспери-
мент достоверно подтверж- $00
дает следующие выводы: 600
при воздействии высоко- 400
частотного электрического
поля ({=108-И0" Гц) за его 200
фазой успевают отслежи-
вать дипольные моменты
единичных молекул, состав-

1	3	10	30 100 300 Г, кГц

ляющих кристаллическую
структуру кластеров, и ма-
лые времена их релаксации
определяются высокоэнер-
гетичными жесткими водо-

Рис. 6.19. Экспериментальная зависимость
действительной части диэлектрической про-
ницаемости чистой воды от частоты воздей-
ствующего электрического поля [2.12].
родными связями. В то же время для крупных кластеров, обладающих
большой массой и инерцией, за короткий период времени изменения
фаз электрического поля, подводимой энергии недостаточно для их
углового разворота. Когда частота воздействующего поля снижается
до величин (3+30)х103 Гц, то макродиполи кластеров начинают уже
отслеживать изменение его фазы и выстраиваются в упорядоченную
структуру, обеспечивая большую величину диэлектрической про-
ницаемости е'. По экспериментальным данным этой работы и выше
проведенным оценкам палочкообразные кластеры имеют размеры:
диаметр ~190 А и длина ~570 А.

На основании данных многочисленных экспериментальных работ
[1.12, 2.12, 6.49] максимумы значений действительной и мнимой ча-
стей диэлектрической постоянной для жидкой воды достигаются при
частотах: 2* 103; 1,6x10*; 3,8хЮ10; 3x10"; 1,5хЮ12; 1,8хЮ12; 5,25хЮ12;
2,01 х Ю13 Гц. Если теперь сравним их с собственными резонансными
частотами жидкой воды (табл. 3.18), полученных при измерении дру-
гих ее характеристик, то они все совпадают. То есть, в данном случае
мы имеем целый ряд характерных времен релаксации диэлектрической
проницаемости жидкой воды. Это говорит, во-первых, о присутствии
собственных частот колебаний различных мелких структурных эле-
ментов кристаллической решетки кластеров, к которым можно отне-
сти частоты в диапазоне 1.5х1012+2,01 хЮ13 Гц. Во-вторых, имеется не-

сколько типоразмеров кластеров, для которых различия в резонансных
частотах определяются вращением их под действием внешнего элек-
трического поля вокруг разных осей - продольной и поперечной (для
палочкообразного кластера). Во втором случае при вращении кластера
вокруг поперечной оси затрачивается значительно больше энергии на
преодоление сил межмолекулярного взаимодействия, чем вокруг про-
дольной оси, поэтому для них будут разные собственные резонансные
частоты, к которым можно отнести диапазон 2х 103~НЗх Ю" Гц.

В присутствии сильного
внешнего электрического поля
или внутреннего, возникающе-
го в упорядоченной кристалли-
ческой решетке, снижается ди-
электрическая проницаемость
среды, и для воды эта зависи-
мость показана на рис. 6.20
[1.7]. Это связано с тем, что
за счет действия электроста-
тических сил нарушается упо-
рядоченная структура молекул
в кластерах. При достижении,

Рис, 6,20, Изменение диэлектрической про-
ницаемости воды в зависимости от внешнего
электрического ноля [1.7].
например, величины напряженности внешнего электрического поля
Еэ=108 В/см энергия его воздействия составляет 23,4 кДж/моль (см.
табл. 2.6), что превышает энергию водородных связей (~21 кДж/
моль), и кластеры разрушаются. В этом случае жидкая вода становит-
ся изотропной и диэлектрическая проницаемость ее уменьшается.

6.5.6.	Поверхностное натяжение воды на границе фазового
раздела

Общей характеристикой жидкостей является образование вбли-
зи поверхности, разделяющей жидкую фазу от газовой, структурно
упорядоченных слоев, распространяющихся вглубь жидкости. В по-
верхностных тонких пленках увеличивается плотность жидкости,
и для воды усиливаются водородные связи внутри гексагональных
слоев за счет ослабления между слоями, при этом их среднее число
уменьшается по сравнению с объемной фазой. Такое перераспреде-
ление водородных связей совместно с пространственным и ориента-
ционным упорядочением позволяет говорить о выделенных квазид-
вумерных структурах со свойствами жидкокристаллической фазы, и
в малых объемах метастабильное состояние жидкой воды становится
стабильным. Здесь необходимо подчеркнуть, что под влиянием по-
верхности, разделяющей жидкую фазу от газовой (паровой), имен-
но в воде в отличие от простых жидкостей (изотропных) изменяется
структура водородных связей, приводящая к эффекту ориентацион-
ной упорядоченности кластеров и молекул. Этот эффект качествен-
но не зависит от формы поверхности и определяется двумя фактора-
ми: силой водородных связей и размерами кластеров. Интегральные
силы, действующие в плоскости поверхности, разделяющей фазы
жидкости и газа, называют поверхностным натяжением, которое су-
щественно зависит от свойств жидкости, температуры, наличия при-
месей и т.д. Из всех известных жидкостей чистая вода обладает наи-
большим поверхностным натяжением. Например, из приведенных
в справочнике [1.6] данных по поверхностному натяжению (о) для
60-ти органических и неорганических жидкостей при одной и той же
температуре ее величина для воды превышает в 1,3+7 раз.

Величина поверхностного натяжения жидкости должна увели-
чиваться с уменьшением размеров кластеров и ростом дисперсион-
ных межмолекулярных взаимодействий, а с увеличением темпера-
туры - снижаться. Первый эффект качественно можно объяснить
меньшей компактностью упаковки крупных образований между со-
бой в поверхностной пленке и появлением больших зазоров между
ними. Это уменьшает силы, связывающие их, поскольку энергия
дисперсионных связей обратно пропорциональна расстоянию меж-
ду частицами в шестой степени (см. 1.6). С ростом температуры за
счет теплового расширения кристаллов в кластерах и увеличения
расстояния между молекулами, а также между кластерами по той же
причине уменьшается поверхностное натяжение пленки жидкости.
Поскольку граничные слои воды толщиной в десятки ангстрем пред-
ставляют собой квазидвумерную структуру, подобную той, которая
наблюдается в жидких кристаллах, то эти выводы удобно проверить
на их свойствах, например, по температурной зависимости поверх-
ностного натяжения вблизи фазового перехода второго рода в изо-
тропную жидкость (рис. 6.21). На рис. 6.21 показаны температурные

Рис. 6.21. Зависимость поверхностного на-
тяжения от приведенной температуры
(0"С - точка перехода НЖК в ИЖ) для нема-
тиков алкил- и алкоксицианфенилбензоатов
[6.20,6.53].

зависимости поверхностного
натяжения жидких кристаллов
- нематиков (НЖК) в области
перехода в изотропную жид-
кость (ИЖ) [6.20, 6.53]. Видно,
что когда крупные кластеры-
молекулы разрушаются и обра-
зуется изотропная жидкость, то
поверхностное натяжение уве-
личивается, а далее с ростом
температуры уменьшается.

На основании этих экспе-
риментальных фактов можно
утверждать, что и для жидкой
воды с ростом размеров кла-
стеров поверхностное натяже-

ние должно уменьшаться, а с разрушением их - увеличиваться. Эти
выводы подтверждаются следующими опытными данными: в теле-
передаче о воде [5.123] приводятся следующие факты: измерения
поверхностного натяжения воды Й. Грандера (обработанной слабым
переменным магнитным полем), о которой подробно написано в гл.
3 и 4, показали, что оно уменьшилось по сравнению с обычной во-
дой на ~13%; после подводного или надводного атомного взрыва над
океаном волнение, вызванное им в зоне воздействия, продолжает-
ся непрерывно до 30 суток. Измерения поверхностного натяжения
воды, взятой из верховьев реки Хунза в Гималаях (Китай), прове-
денные П. Фланаганом, показали величину 0,068 вместо 0,075 Н/м
для обычной воды при данной температуре [6.54]. Этот же ученый,
осуществив в специальном приборе сильнейшую закрутку воды, по-
казал с помощью своих измерений, что поверхностное натяжение ее
уменьшилось до величины 0,055-Ю,065 Н/м [6.54]. Все эти примеры
свойств жидкой воды характеризуются одним признаком - сильным
колебательным возбуждением молекул Н2О за счет таяния льда, воз-
действия переменных магнитных полей, радиации, светового, уль-
трафиолетового излучения, закрутки воды. Благодаря колебательно-
му возбуждению молекул увеличиваются их дипольные моменты,
что приводит к укрупнению кластеров и, как следствие - к уменьше-
нию поверхностного натяжения воды.

За счет сильного изменения структуры в поверхностном слое воды
и выстраивания векторов диполей кластеров преимущественно парал-
лельно разграничивающей поверхности создается разность потенциа-
лов между поверхностной пленкой и объемной массой жидкости ~0,1
В [2.39, 2.21]. При воздействии электрического поля Еэ поверхност-
ное натяжение воды уменьшается согласно уравнения [6.55]:

<т=о-Ди0Еэ/(4я)- $Еэ2/2,	(6.12)

где Ди0- межфазный скачок потенциала в отсутствии внешнего элек-
трического поля; - сомножитель, учитывающий диполь-дипольное
взаимодействие. Воздействие электрического поля даже сравнитель-
но небольшой напряженности приводит к переориентации кластеров
(эффект Фредерикса) и к изменению межмолекулярных взаимодей-
ствий, в частности, к усилению отталкивания диполей и, как след-
ствие, к снижению поверхностного натяжения [6.56]. Когда электри-
ческое поле достигает напряженности Еэ=108 В/см, в поверхностной
пленке полностью разрушается ориентационная упорядоченность, а
ее толщина значительно увеличивается.

Любая жидкость не является полностью стационарной («замо-
роженной») системой молекул и кластеров. Постоянно происходят
флуктуации всех ее физических свойств, в частности, плотности, но в
объемной жидкости они малы по величине и радиусу их корреляции,
поэтому с полным обоснованием при вычислениях в равновесной
статистической термодинамике ими пренебрегают. В то же время для
жидкостей вблизи критических точек фазовых переходов, у поверх-
ности газ-жидкость их нужно учитывать, и на них при расчетах накла-
дываются некоторые ограничения. Поэтому, если, например, предста-
вить межфазную поверхность в виде упругой мембраны со средней
энергией кТ на каждую моду поперечных колебаний, то среднеква-
дратичное смещение поверхности от ее равновесного положения А
будет расходиться в макроскопическом пределе А=>оо. В том случае
когда возвращающая сила в поперечном смещении обусловлена не
только поверхностным натяжением, а имеет также и гравитационную
составляющую, то среднеквадратичное смещение не расходится бо-
лее при А=>оо, но его предел при бесконечном А зависит от величины
ускорения силы тяжести § [1.33]. Покажем справедливость этих за-
ключений, сделанных авторами монографии [1.33], с помощью опыт-
ных данных [6.57], описанных ниже. В динамическом режиме, когда
осуществляется нагревание воды, происходит увеличение площади
поверхностной пленки, но в этом случае из объема жидкости должно
быть поднято некоторое ее количество, на что необходимо затратить
работу 9, которая определяется выражением [1.5]:

Р—Т №М<П,	(6.13)

где Д8 - изменение площади поверхностной пленки; о - поверхност-
ное натяжение; Т - температура. В такой ситуации возникают проти-
воположно направленные силы: с одной стороны, это поверхностное
натяжение, которое формирует поверхностный слой структурирован-
ной жидкости, а с другой - силы вертикальных конвективных пото-
ков, которые стремятся его разрушить. Из этих общих соображений
следует, что должна существовать некоторая критическая толщина
поверхностного слоя воды, где эти силы уравновешиваются. Такая
задача была экспериментально решена в работе [6.57], а ее резуль-
таты в виде температурной зависимости критической толщины по-
верхностного слоя чистой воды показаны на рис. 6.22. Критическая
толщина поверхностного слоя воды определялась:

Ькр=[(-</а/^Г)Сг/Ма/(ёРУт)]|/2,	(6.14)

где 6г=§ут ДТсРА^2 - число Грасгофа, характеризующее отношение
тепла, поглощенного объемом воды за счет теплоемкости к кинети-
ческой энергии конвективного потока; Ма=(-г/о/<7Г)ДТс1/(рук2) - чис-
ло Марангони, определяемое отношением работы, производимой си-
лами поверхностного натяжения О к теплу, поглощенному водой за
счет теплоемкости; р, Ук, у - соответственно, плотность, кинематиче-
ская вязкость, коэффициент температурного объемного расширения
воды; д - характерный масштаб физических процессов; ДТ - перепад
температур между поверхностной пленкой и объемной жидкостью.
Из рисунка видно, что температурная зависимость критической тол-
щины поверхностного слоя имеет явно не монотонный вид, а в диа-
пазоне 23=27°С падает до нуля. Это означает, что силы поверхностно-
го натяжения и конвективных потоков сравниваются, поверхностный
слой оказывается крайне нестабильным, то есть от малейшего воз-
мущения он может нарушаться. Если экспериментальные данные
работы [6.57] достоверные, то тогда из формулы (6.14) следует, что
критическая толщина поверхностного слоя равна нулю только в слу-
чае йГа/сГГ=О, но это означает 0=0 (6.13), и в температурной зависи-
мости поверхностного натяжения в диапазоне 15=30°С должен быть
участок, показанный на рис. 6.22 (кривая 3). Кривая этой зависимо-
сти проходит через экспериментальные точки, взятые из справочной
литературы, но отличается от той плавной, которая обычно исполь-
зуется в научной литературе
(кривая №2, рис. 6.17), поэто-
му она требует тщательной
экспериментальной провер-
ки. Отметим также здесь, что
особенности в температур-
ной зависимости поверхност-
ного натяжения, показанные
на рис. 6.17 и 6.22, где вторая
производная терпит разрыв,
близки к критическим темпе-
ратурам фазовых переходов:
~21, ~31, ~4Г’С. На основа-
нии этих выводов можно сде-
лать предположение, что при

Рис. 6.22. Температурная швисимость крити-
ческой толщины верхнего слоя воды: 1 - по
данным лабораторных экспериментов: 2 - по
данным натурных опытов; 3 - поверхностное
натяжение [6.57].

нагревании поверхностных слоев океанских вод в экваториальных
широтах земли от солнечного излучения до температур 23^27“С уже
даже от слабых ветров может наступать сильное волнение, являю-
щееся одной из причин возникновения сильных штормов.

6.5.7.	Теплоемкость жидкой воды при постоянном
давлении

Теплоемкость жидкой воды (при постоянном давлении) Ср в
пределах температурного диапазона от нуля до 100"С меняется не-
значительно (75,32^76 Дж/моль/град), но, тем не менее, имеет мини-
мум при температуре около 37°С, в то время, как при Т=0°С ее значе-
ние равно 75,9 Дж/моль/град, а для Т=100°С, соответственно, 76 Дж/
моль/град (кривая №8, рис. 6.17). Дадим объяснению этому эффекту,
поскольку в научной литературе автор не нашел разумных тракто-
вок ему. Физическая сущность теплоемкости веществ при постоян-
ном давлении (Ср) означает перераспределение кинетической энер-
гии атомов и молекул, получаемой ими при термическом нагреве, по
другим степеням их свободы (электронным, колебательным и враща-
тельным), которую напрямую невозможно измерить термометром.

Температурная зависимость Ср (рис. 6.17) определяется, в свою
очередь, зависимостью от температуры комплексных процессов
протекания квантово-механических (3.25-^3.27) и колебательно-
неравновесных химических реакций табл. 4.2, рис. 4.2, 4.3, которые
обеспечивают накачку молекул воды колебательной энергией. Это
наглядно видно из рис. 4.10 и 7.28 температурной зависимости пере-
пада осмотического давления по разные стороны полупроницаемой
мембраны в процессе слабого электролиза чистой воды. Такая тем-
пературная зависимость является результатом интегрального влия-
ния, с одной стороны, резкого увеличения концентрации ионов ОН-
и Н* (в 150 раз в диапазоне 0+40°С) с ростом температуры, то есть
интенсификации реакции №1 (табл. 4.2), с другой - существенным
усилением релаксации колебательной энергии. Причем, интенсив-
ность релаксации возрастает после фазового перехода второго рода
при критической температуре 40+41°С, в связи с разрушением круп-
ных кластеров и образованием вместо них множества мелких. Таким
образом, температура ~37”С для жидкой воды является оптимальной
с точки зрения максимальной запасенной колебательной энергии,
что определяет в этом диапазоне температур более высокую засе-
ленность колебательных уровней молекул Н2О.

При термическом нагреве жидкой воды, часть «кинетических
квантов» молекул в процессе квантовых переходов (3.25+3.27) будет
поглощаться, и переводиться в колебательные степени свободы ато-
мов, при этом колебательный квант энергии молекулы из верхнего
более возбужденного состояния перейдет в нижнее - менее возбуж-
денное. То есть, в данном случае осуществляется процесс противо-
положный У-У процессу колебательной накачки молекул (см. гл. 3,
4). Поскольку населенность колебательной энергии молекул воды
имеет минимумы при температурах 0 и 100°С и максимум для ~37°С,
то, соответственно, и теплоемкость воды будет иметь противополож-
ную зависимость: максимумы при 0 и 100°С и минимум при ~37°С.

6.5.8.	Свойства воды, находящейся на поверхности
твердых тел и в порах полупроницаемых мембран

Когда вода находится в малых порах, трещинах, в виде пленки на
поверхности твердого тела, в полупроницаемых мембранах различ-
ных веществ, то ее свойства заметно меняются, причем ими широко
пользуются на практике в различных технологических процессах, но
физика этого явления пока полностью не исследована. Например, к
настоящему времени пока не существует полной теории такого яв-
ления как осмос - прохождение молекул растворителя растворов
органических и неорганических веществ через полупроницаемую,
пористую перегородку. Изложим вначале экспериментальные факты
и теории по данному вопросу, существующие в литературе.

Пусть раствор некоторого вещества и чистый растворитель
разделены полупроницаемой перегородкой, которая пропускает
молекулы растворителя, но не пропускает молекул растворенного
вещества (рис. 6.23). Тогда через достаточно большой промежуток
времени устанавливается равновесие, при котором молекулы рас-
творителя свободно взаимодействуют между собой через полупро-
ницаемую перегородку. Физика
этого взаимодействия к настояще-
му времени еще до конца не выяс-
нена, но не следует представлять
полупроницаемую перегородку
чисто механически, считая, что
в ней есть поры, через которые
в чисто геометрическом смысле
один сорт молекул проходит, а
другой - нет. В действительности,
по-видимому, речь идет о более
сложном взаимодействии молекул
с полупроницаемой перегородкой,
при котором происходит проник-

Рис. 6.23. Проникновение растворителя
через полупроницаемую перегородку в со-
суде за счет явления осмоса.

новение растворителя в вещество перегородки [1.4]. Но независимо

от деталей этого механизма давление на перегородку за счет ударов
молекул растворителя с обеих сторон в равновесии должно быть

одинаковым, а давление растворенного вещества не передается рас-
творителю с другой стороны перегородки. При этом общее давле-
ние жидкости раствора (см. рис. 6.23), определенное высотой столба

жидкости, складывается из парциального давления растворителя и
растворенного вещества. В случае одинаковых уровней жидкости
справа и слева от полупроницаемой перегородки оказывается, что
парциальное давление растворителя в растворе меньше, чем слева в
чистом растворителе, поэтому часть молекул растворителя перехо-
дит через поры перегородки в правую часть сосуда до установления
одинаковых парциальных давлений с обеих сторон. Разность давле-
ний, которая возникает между областями, занятыми чистым раство-
рителем и раствором, разделенных полупроницаемой перегородкой,
называется осмотическим давлением. Для достаточно разбавленных
растворов молекулы растворенного вещества ведут себя, как в раз-
реженном газе, поскольку в соответствие с теоремой о равнорас-
пределении энергии по степеням свободы их кинетическая энергия
зависит только от температуры. Осмотическое давление равно дав-
лению разреженного газа этих молекул, т.е. может быть рассчитано
по формуле (закон Вант-Гоффа) для идеальных газов: Р=НкТ/У0, где
И - общее число молекул растворенного вещества в объеме Уо; к -
постоянная Больцмана; Т - температура раствора.

Поры малых размеров твердых веществ сильно влияют на струк-
турные и физико-химические свойства воды. Расчеты методом моле-
кулярной динамики показывают, что водные поры атомных разме-
ров обладают значительной селективностью по отношению к ионам
и молекулам воды, причем селективность их зависит от структуры
и размеров. Установлено, что проницаемость таких открытых пор
определяется не только геометрическими характеристиками, потен-
циальными барьерами прохождения частиц через поры, свойствами
самих частиц, но, в значительной мере, взаимодействием частиц с
внутренними степенями свободы молекул и атомов, образующих
пору. Следует также отметить, что для некоторых ионов наблюдает-
ся обращение селективности поры при изменении ее ширины, кро-
ме того, существуют интервалы значений начальной кинетической
энергии, в которых происходит диссоциация молекул воды и водных
комплексов при прохождении через каналы. Обнаруженный эффект
обусловлен взаимодействием степени свободы канала и транспорти-
руемой частицы, что свидетельствует о возможном свойстве малых
пор как катализатора процесса диссоциации [1.12].

Проведенные расчеты (рис. 6.24), [1.12] показывают, что спектр
всех типов колебаний молекул воды (межмолекулярные, колебатель-
ное и вращательное движение атомов в молекулах), находящихся в

Рис. 6.24. Обобщенные колебательные спек-
тры молекул воды: 1 - вода в порах атомных
размеров; 2 - объемная вода (расчет) [1.12].

порах атомных размеров, ме-
няется по сравнению с харак-
теристиками объемной воды.
Экспериментальное значение
максимума спектрального рас-
пределения для воды в порах
составляет 10м Гц= 3369 см'1
[1.12], что близко ко второму
колебательному уровню де-
формационной моды молекулы
Н2О жидкой воды (3477см ’) и
оказываются сдвинутыми от-
носительно расчетной величи-
ны (1,32x1014 Гц).

Вода, находящаяся в порах
атомных размеров 20+200 А,
обладает следующими опреде-

ленными экспериментально свойствами: напряженность электриче-
ского поля на полупроницаемой мембране достигает 105+106 В/см;
относительная диэлектрическая проницаемость становится равной е5
=4,5, то есть, много меньшей по сравнению с величиной для объем-
ной воды е5 =80; для капилляров размером 0,5 мкм вязкость воды уве-
личивается на 35+40% по сравнению с объемной водой; эта вода не
замерзает при температурах вплоть до - 70°С; коэффициент самодиф-
фузии молекул по разным методам измерений составляет О(]=(2,23;
2,3; 2,37)х 10'9 м2/сек по сравнению со значением для объемной воды
Оа=0,9* 10‘9 м2/сек; время релаксации сдвиговых напряжений близко
к ~10'5 сек, по сравнению с аналогичной характеристикой для объем-
ной воды 10" сек [1.12, 2.16, 1.19, 2.37].

Приведенные опытные значения характеристик воды, находя-
щейся в порах малых размеров, означают, что относительная кон-
центрация ионов в ней составляет 10’20+10’30 по сравнению с рас-
твором, и в такой воде соль не растворяется, поэтому мембрана с
такими порами обладает солезадержащими свойствами. Такая мем-
брана является, по сути, матрицей, в которой находится жидкая вода
с измененными свойствами, по сравнению с объемной водой, при-
чем между водным раствором в объеме сосуда и водой в мембране
может происходить обмен только молекулами Н2О, так как ионы в
последней практически не гидратируются. В такой воде число во-
дородных связей меньше, чем в объемной, а образование возле ги-
дрофильной поверхности твердого тела структурно-упорядоченных
слоев, распространяющихся вглубь жидкой фазы, является общей
характеристикой жидкостей. Происходит усиление водородных свя-
зей в тонких пленках воды, причем в малых объемах метастабильное
состояние жидкой воды становится стабильным [1.12].

В изложенном материале достаточно подробно описаны свойства
воды, находящейся в порах малого размера, но объяснения причин
образования таких ее свойств нет, поэтому постараемся восполнить
этот недостаток. Как показал громадный экспериментальный опыт
работы с пористыми материалами, вода начинает приобретать вы-
шеописанные свойства, если в веществе, из которого сделана полу-
проницаемая мембрана, присутствуют элементы: 81, Р1, Рд, Си, Р, К,
РЬ, Мо, Т1,1Ча, 8, С, А1, Ре. Это связано с тем фактом, что данные эле-
менты и их окислы образуют прочные гидратные соединения с моле-
кулами воды, причем энергия связи для тех из них, которые образуют
отрицательные ионы и определена величина сродства электрону, рас-
считанная по формуле (2.12), приведена, например, в табл. 6.9.

Из таблицы видно, что энергия связи таких элементов, как Рд, Т1,
№, РЬ, К с водой превышает энергию диссоциации молекул Н2О на
радикалы ОН и Н. Хорошо известен экспериментальный факт, под-
тверждающий это: кусочек чистого натрия, брошенный в воду, раз-
лагает ее с выделением водорода, который самовозгорается. Кроме
того, использование при электролизе водных растворов в качестве
электрода свинца создает из всех металлов максимальное перена-
пряжение выделения водорода, что также подтверждает его сильное
влияние на диссоциацию воды.

Большая величина относительной диэлектрической проницае-
мости объемной воды вызвана тем фактом, что 80+85% всех моле-
кул связаны в кластеры, имеющие форму сфероцилиндров и упоря-
доченную внутреннюю тетраэдрическую структуру. Эти кластеры с
Элемент	Вт	Г	с	8	I	о	С1	81	Аи	Р(
ч	104	-253	150	162	190	-10	-10	245	283	287
ч	29,5	-	-	9,2	42	-	-	356	331	511
^пнг В	-	-	-0,06	-	-	-	-	-	0,2	0,41
Элемент	в	1г	№	Си	8е	Ох	Те	Се	Аё	Со
ч	293	333	335	336	346	350	369	374	380	384
ч	512	613	370	302	29	748	51	334	251	376
Ч™ в	-	-	-0,25	0,03	-	-	-	-	0,05	-0,32
Элемент	Сг	р	V	XV	Мо	Г4Ь	Ах	8п	8Ь	Ге
ч	392	395	419	420	423	423	427	430	438	438
ц	338	30	445	770	582	662	32	296	124	350
^ПНЗ’ В	-0,45	-	-	-0,25	-0,3	-	-	-0,4	-0,2	-0,37
Элемент	Оа	А1	1л	В1	2г	Р<1	Т1	№	8с	1п
ч	464	472	476	486	499	500	503	525	529	529
ц	256	293	138	177	115	353	410	90	315	228
Ч.НЭ.В	-	-0,2	-	-0,35	-	0,1	-0,7	-	-	-
Элемент	РЬ	V	к	КЬ	Сх					
ч	533	547	586	597	606					
ч	178	225	77	70	67					
ч™. в	-0,69	-	-	-	-					

Табл. 6.9. Характеристики элементов кристаллических веществ: СкДж/
моль - энергия связи с молекулами Н,О; 1Д, кДж/моль - энергия связи атомов
в веществе; УП111 - потенциал нулевого заряда в электролите водного рас-
твора в отсутствии приложенного напряжения.

учетом среднестатистического угла между векторами дипольных мо-
ментов молекул имеют некий интегральный дипольный момент, вы-
страиваясь в объемной жидкой воде в относительно упорядоченную
структуру жидкокристаллической системы типа нематиков, создают
условия для высокой диэлектрической проницаемости. В порах и
капиллярах малых размеров, как правильно отмечено в монографии
[1.12], значительная часть водородных связей кластеров разрывают-
ся и кластеры разрушаются, поскольку энергия их связи (~21 кДж/
моль) в 8^25 раз меньше энергии связи молекул воды с активными
атомами вещества стенок пор и капилляров (см. табл. 6.9). Так как
стенки пор имеют самую причудливую неправильную форму, то ди-
польные моменты молекул воды оказываются разнонаправленными
и в большинстве объема компенсируют друг друга, что и приводит к
уменьшению диэлектрической проницаемости в ~18 раз.
Для такой большой величины энергии связи атомов вышепри-
веденных элементов с молекулами воды в порах 150+500 кДж/моль,
соответственно, такого же порядка будет энергия деформации моле-
кул Н,0 и запасенная колебательная энергия. Это вызывает интен-
сивное протекание цепных квантово-механических и колебательно-
неравновесных химических реакций (3.25+3.27), табл. 4.2, рис. 4.2 и
4.3, а, следовательно, усиленную диссоциацию и ионизацию моле-
кул воды с выделением энергии их связи, которая будет запасаться
в первую очередь на колебательных степенях свободы. Таким обра-
зом, в данном случае существует аттрактор воды с высокими зна-
чениями выделения энергии, причем, если внимательно исследовать
систему химических реакций табл. 4.2, то определяющими будут
№1+5, включая реакцию отрыва электрона от молекул Н2О, на кото-
рую будет затрачиваться совсем мало энергии порядка 5 кДж/моль.
Гидратированный комплекс типа М*(Н2О)п на стенке поры за счет
донорно-акцепторной связи перехода части электронной плотности
от донора Н2О к акцептору элемента К, который входит в состав
вещества пористой мембраны, с наружной стороны будет заряжать-
ся положительно. Свободные электроны, образующиеся в результа-
те этих реакций, являются самыми подвижными частицами из всех
участвующих в реакциях. Так, расстояние, проходимое электроном
в жидкой воде между двумя актами взаимодействия, составляет
0,2+0,3 мкм [1.12], а его средняя скорость будет 20000+30000 м/сек.
При средней тепловой скорости молекул воды -340 м/сек электроны
будут отрываться, вылетать из пор мембраны в раствор и гидрати-
роваться, а вода в порах будет заряжаться положительно. Следова-
тельно, из мембраны будет постоянно происходить эмиссия электро-
нов, энергия на которую будет затрачиваться благодаря протеканию
квантово-механических и колебательно-неравновесных химических
реакций (3.25+3.27), табл. 4.2, рис. 4.2 и 4.3. Таким образом, между
мембраной и тонким слоем раствора, расположенного рядом с ней,
будет создаваться разность потенциалов с напряженностью электри-
ческого поля вплоть до 106 В/см. Результатом этих процессов будет
некий эквивалентный плоский конденсатор, одна пластина которого
заряжена положительно (мембрана), а вторая (тонкий слой жидкости
в растворе) - отрицательно.

Здесь можно провести аналогию между рассмотренными про-
цессами эмиссии электронов из мембраны в водном растворе и с по-
верхности металла в вакуум или воздух. Они подобны, поскольку в
обоих случаях затрачивается некоторая «работа выхода электрона»,
в результате которой электрон приобретает высокую скорость и ки-
нетическую энергию необходимую для преодоления дисперсионных
сил в кристаллической решетке вещества. Это связано с выполне-
нием фундаментального закона квантовой механики соотношения
неопределенностей \р\х>й/2 для всех квантовых частиц в свобод-
ном состоянии [1.3]. Здесь Дх - интервал пространства, в котором
находится в данное мгновение частица, Др - интервал импульса
движения частицы. Поэтому, например, для свободных электрона и
протона в вакууме в отсутствии воздействия внешних сил скорость
электрона будет в ~2*107 раз больше, чем у протона. Отсюда сле-
дует, что, если в результате реакций в водном растворе образовался
свободный электрон, то его средняя скорость, даже с учетом потерь
на сопротивление в среде, будет на порядки превосходить скорости
остальных частиц и, в частности, молекул воды (по данным работы
[1.12]), примерно в 100 раз. Этот фундаментальный закон квантовой
механики и обеспечивает вылет электронов из пористой мембраны,
находящейся в водном растворе.

Для такой системы, когда положительно заряженный гидратиро-
ванный ион растворенного вещества (соли) приближается к полупро-
ницаемой мембране, то он притягивается к внешней отрицательно
заряженной «обкладке», проходит ее и попадает внутрь «конденса-
тора». В этой зоне благодаря большой выделяющейся колебательной
энергии гидратные оболочки ионов будут разрушаться, молекулы
воды с них диффундировать в мембрану (за счет парциального дав-
ления в растворе), а сами положительные ионы будут отталкиваться
от положительно заряженной мембраны в раствор. Отрицательно за-
ряженные ионы вещества раствора будут отталкиваться от внешней
обкладки «конденсатора» в тот же раствор и поэтому через эту по-
лупроницаемую мембрану проходят только молекулы воды. Таким
образам, фактически, полупроницаемая мембрана в растворе само-
произвольно осуществляет электролиз воды, а энергия черпается за
счет развала части молекул Н2О с выделением водорода, то есть в
качестве «топлива» снова здесь используется вода.

Когда полупроницаемая мембрана разделяет, например, водный
раствор углеводородов (спирта) и растворителя (воды), то в этом
случае точно так же образуются на ней «обкладки» заряженного кон-
денсатора за счет свойств воды. Но когда гидратированная углеводо-
родная молекула попадает между «обкладками конденсатора», то за
счет большой выделяющейся энергии происходит не только отрыв
молекул воды, но и ионизация углеводородных радикалов (возмож-
но с участием ионов Н+ и ОН ), которые, аналогично выше рассмо-
тренной схеме, выталкиваются в раствор, а через мембрану проходят
только молекулы воды.

Необходимо отметить, что затрачиваемая на поддержание
электрического поля напряженностью 105-Н06 В/см в полупрони-
цаемой мембране водных растворов энергия невелика и составляет
0,023-Ю,23 кДж/моль (табл. 2.6). Энергия связи между молекулами
и атомами в порах, а также интенсивность выделяющейся энергии
зависит от их размера и с уменьшением размера пор - возрастает,
что хорошо видно из табл. 2.3 и рис. 2.7. Данные, приведенные на
рис. 2.7, также подтверждают диссоциацию (отрыв электронов) мо-
лекул воды и увеличение электропроводности воды в порах стекла
(воздействие окислов кремния), причем интенсивность этого про-
цесса резко возрастает с уменьшением размеров пор от 200 до 40
А. Вязкость воды в порах мембраны увеличивается по сравнению
с объемной водой вследствие затраты большей энергии на разрыв
связей молекул Н2О со стенками пор. По этой же причине резко воз-
растает и время релаксации сдвиговых напряжений. Увеличение ко-
эффициента самодиффузии молекул воды в порах по сравнению с
объемной водой связано с ростом скоростей обмена молекулами Н2О
между участками стенок пор по сравнению с подобным обменом
между кластерами в объеме воды. Вода в порах не замерзает вплоть
до -70°С потому, что она очень насыщена колебательной энергией,
которая существенно превышает энергию связи кристаллов льда I
(~52 кДж/моль). Поскольку в порах мембраны кластеры воды раз-
рушаются, то ее структура существенно изменяется, что ведет к из-
менению спектральных характеристик (см. рис. 6.24) и увеличению
амплитуды колебаний молекул воды.

Рассмотрим далее, какие физические процессы происходят при
контакте воды с твердыми поверхностями, ответим на вопросы, что
такое гидрофильные и гидрофобные поверхности и как образуются
мениски в месте контакта поверхностной пленки газ-жидкость с бо-
ковой стенкой. По этому вопросу в научной литературе к настояще-
му времени существуют чисто формальные объяснения, начиная от
школьных учебников и кончая фундаментальными монографиями,
поэтому попытаемся восполнить этот пробел. Поверхность любого
твердого вещества даже после тщательной шлифовки и полировки
всегда имеем микрошероховатости от микронных до атомных раз-
меров. К гидрофильным поверхностям (смачиваемых водой) отно-
сятся те, в веществе которых присутствуют элементы, способные
образовывать электроотрицательные ионы и обладающие свойством
сродства к электрону (назовем их активными атомами), а, кроме
того, в поверхностном слое существуют частично разорванные связи
этих элементов с веществом. Эти активные атомы образуют проч-
ные связи с молекулами воды за счет донорно-акцепторной связи,
когда молекула Н2О отдает электрон, а атом вещества его принима-
ет. Энергия взаимодействия для таких элементов, рассчитанная по
формуле (2.12), приведена в табл. 6.9. Нужно отметить, что, в связи
с неопределенностью эквивалентных радиусов атомов, приводимых
в справочной литературе и приближенностью самой формулы (2.12),
эти величины энергии связи имеют оценочный характер. При этом
отрицательные значения энергии гидратации для элементов О, С1, Г
означают, что несмотря на свою электроотрицательность, эти ней-
тральные атомы в воде гидратных оболочек не образуют.

Для веществ, содержащих атомы активных элементов, при кон-
такте их с водой за счет сильной энергии связей от 104 до 606 кДж/
моль (см. табл. 6.9) на внешней пористой поверхности разрушаются
кластеры и молекулы Н,0 образуют прочные гидратные соединения с
активными атомами в один или два монослоя. За счет большой энер-
гии связей происходит колебательная накачка молекул Н2О, интенси-
фицируются квантово-механические и колебательно-неравновесные
реакции (3.250.27), табл. 4.2, рис. 4.2 и 4.3, а образующиеся свобод-
ные электроны за счет реакций табл. 4.2 диффундируют в жидкость,
создавая отрицательно заряженный слой в ней. При этом поверх-
ность стенки твердого вещества, соприкасающаяся с жидкой водой,
заряжается положительно, а между этой поверхностью и жидкостью
создается электрическое поле с разностью потенциалов -0, 05^1 В и
напряженностью вплоть до 106 В/см. То есть происходят процессы ана-
логичные тем, которые идут в пористых мембранах в водных раство-
рах, описанных выше. Этот вывод экспериментально подтверждается
образованием, так называемого, потенциала нулевого заряда Опнз на
металлических электродах, находящихся в слабых водных растворах
электролитов, в отсутствии внешнего напряжения между электродами,
значения которого для разных металлов показаны в табл. 6.9 [1.16].

Казалось бы, с ростом энергии взаимодействия активных атомов
металлов с молекулами воды должен увеличиваться потенциал нулево-
го заряда на них, но на самом деле этого не наблюдается, и для разных
металлов получаются достаточно произвольные значения Ппнг Это свя-
зано с тем фактом, что в водных растворах электролитов всегда присут-
ствуют активные радикалы Н, ОН, О, на металлах образуются пленки
веществ, например, типа СиО, СиН, энергия взаимодействия которых
с Н2О существенно отличается по сравнению с чистыми веществами.
Кроме того, величина 1/ПН) напрямую зависит от такого параметра, как
работа выхода электрона из кристалла данного вещества, и она будет
максимальна для тех элементов, у которых разность энергий выхода
электронов и гидратации минимальна. Такой же потенциал нулевого
заряда в водных электролитах должен существовать и для неметаллов
остальных элементов, приведенных в табл. 6.9, но измерить его не пред-
ставляется возможным. Более подробно о потенциале нулевого заряда
на металлах в водных растворах электролитов будет описано ниже.

Под действием электростатических полей в пристеночном слое
гидрофильных поверхностей происходит дополнительная поляри-
зация молекул Н2О, а кластеры воды, имеющие собственный ин-
тегральный дипольный момент, направленный вдоль продольной
оси, выстраиваются в упорядоченную структуру. Здесь проявляется
квадрупольный механизм взаимодействия диполей, так называемый
флексоэлектрический эффект [6.20], и образующиеся структурно
упорядоченные слои простираются вглубь жидкости на сотни анг-
стрем. Эта пленочная вода вблизи гидрофильной поверхности обла-
дает следующими свойствами: характерное время релаксации сдви-
говых напряжений составляет ~105 сек, в то время как для обычной
воды в объеме оно оценивается -10" сек [6.58]. При сильных связях
молекул Н2О с активными атомами, например, ТЮ2 они теряют под-
вижность, когда толщина достигает одного монослоя [1.21]. Вязкость
становится в 12-45 раз выше, возрастает поверхностное натяжение,
плотность достигает 1,4 г/см3, коэффициент преломления величины
№1,49, температура замерзания - менее -70°С. Вода начинает обла-
дать парамагнитными свойствами и свойствами жидких кристаллов,
что проявляется в особенностях дифракционной картины рентгенов-
ских лучей [2.16]. Степень гидрофильности поверхности твердого
тела определяется интегральной энергией взаимодействия молекул
воды с активными атомами, входящими в состав вещества, из которо-
го оно состоит, например, в работе [6.60] приводится значение такой
энергии при контакте воды с поверхностью стекла равной 19 кДж/м2.

Перечисленные выше свойства воды вблизи гидрофильной по-
верхности полностью определяются факторами повышенной коле-
бательной накачки молекул, разрушением кластеров, увеличенной
концентрацией радикалов, ионов, электронов и усилением комплекс-
ных реакций (3.25-5-3.27), табл. 4.2, рис. 4.2 и 4.3.

Мениск водной поверхности в месте контакта ее с гидрофиль-
ной поверхностью образуется вследствие следующих эффектов. В
угловой точке стыковки гидрофильной поверхности стенки сосуда
с поверхностной пленкой, разделяющей жидкую фазу от газовой,
происходит суперпозиция напряженностей электрических полей,
создаваемых водой в этих пограничных слоях. Это приводит к уве-
личению их интенсивности (силовые линии сгущаются), что создает
дополнительные силы притяжения молекул и кластеров воды, имею-
щих собственный дипольный момент. Поэтому молекулы и класте-
ры воды вблизи стенки с гидрофильной поверхностью начинают
подниматься вверх относительно уровня горизонтальной поверх-
ности газ-жидкость. Оптимальная форма мениска создается за счет
уравновешивания сил поверхностного натяжения, электростатиче-
ских сил притягивания молекул воды активными атомами вещества
стенки и сил тяжести гидростатического столба жидкости. При этом
ясно, что радиус мениска будет тем больше, то есть больше средняя
высота гидростатического столба, чем более гидрофильной являет-
ся поверхность стенки, степень которой определяется активностью
атомов (см. табл. 6.9).

Для гидрофобной поверхности (отталкивающей воду) харак-
терной особенностью является либо полное отсутствие выше при-
веденных активных атомов в веществе, и оно состоит, например, из
элементов не образующих электроотрицательных ионов и не облада-
ющих сродством к электрону (неактивные атомы): М, Са, Ве, М§, 2п,
Мп, С б, Ва, НГ, Н§, либо когда в молекулах, включающих активные
атомы, заняты все связи между ними. Например, органические мас-
ла, парафины состоят из элементов С, О, Н, но все связи между ними
в молекулах заняты, поэтому при контакте гидрофобных поверхно-
стей из таких веществ с водой не образуются гидратные соединения.
В этом случае поверхность как бы отталкивает воду, и между ней
и объемной водой образуется поверхностная пленка подобная той,
которая разделяет фазы газ-жидкость. Силы натяжения такой плен-
ки полностью определяют и форму округлого мениска в области
контакта верхней поверхности воды с гидрофобной стенкой. Здесь
нужно отметить, что когда происходит окисление или образование
водородистых соединений этих неактивных атомов на поверхностях
тел, то они могут превращаться из гидрофобных в гидрофильные ве-
щества, то есть способные образовывать соединения с молекулами
воды. Так, энергия взаимодействия соединений СдН, Н§Н, ХпН на
наружных поверхностях металлов с молекулами воды составляет со-
ответственно 475, 473, 449 кДж/моль и потенциалы нулевого заряда
в водных растворах электролитов -0,72; -0,2; -0,6 В.

В том случае, когда вещество поверхности тела включает в
себя атомы гидрофобных и гидрофильных элементов, то процесс
его смачивания имеет некоторые особенности. Эксперименталь-
ное исследование смачивания селикагеля, выполненное с помощью
метода ЯМР, показало, что адсорбция воды первоначально идет на
«активные центры», вокруг которых образуются островки молекул
воды [6.79]. При толщине пленки, соответствующей одному моно-
слою, поверхность покрыта отдельными островками молекул воды
толщиной в 2+3 молекулы, и лишь при наличии воды, превышаю-
щей три монослоя, наблюдается практически полное покрытие всей
поверхности селикагеля водой. Поскольку расположение молекул
Н,0 вблизи гидрофобной поверхности энергетически невыгодно, то
она появляется там уже после образования объемной воды на ги-
дрофильной части поверхности, когда энергия связей молекул воды
между собой будет превышать энергию отталкивания от гидрофоб-
ной части поверхности, и в дальнейшем вода вытесняется с гидро-
фильных участков поверхности на гидрофобные.
6.5.9.	Прохождение звуковых волн через жидкую воду

Звуковая волна в жидкости представляет собой чередование
пучностей сжатия и разряжения плотности, то есть продольную
волну, когда в одном полупериоде молекулы сближаются в преде-
лах упругих межмолекулярных связей, а в другом - удаляются друг
от друга. Таким образом, энергия звуковой волны передается только
через межмолекулярные водородные (дисперсионные) связи, а пу-
стотные пространства между молекулами являются непреодолимым
барьером для них.

Структура кластера в воде, как говорилось выше, представляет
собой ажурный тетраэдрический кристалл, состоящий из гексаго-
нальных слоев, в которых молекулы Н2О имеют по три водородных
связи, в то время как между слоями только по одной. В связи с этим
для проходящей звуковой волны этот кристалл обладает анизотро-
пией: вдоль слоев скорость звука должна быть больше, чем поперек
их. В то же время в боковой поверхности кластеров, где в пусто-
тах кристалла находятся «свободные» молекулы, плотность жид-
кости оказывается выше, расстояние между молекулами меньше и
количество водородных связей на единицу объема больше. Тогда на
основании этих рассуждений можно сделать выводы, что основной
«проводящей зоной» звуковой волны в жидкой воде будут служить
поверхностные молекулярные слои кластеров, а объемные зоны кри-
сталлов кластеров и межкластерное пространство, где связывающие
«свободные» молекулы имеют по одной-три водородных связи, бу-
дут вносить существенно меньшую долю в передачу энергии зву-
ка. Согласно этой теории можно объяснить и температурную зави-
симость скорости звуковой волны в жидкой воде (кривая №5, рис.
6.17). С ростом температуры в пределах 0+70°С, как уже излагалось
выше, уменьшаются размеры кластеров, увеличивается их число и
возрастает в среднем суммарная площадь боковой поверхности кла-
стеров, то есть возрастает основная «проводящая зона», что ведет
к увеличению скорости звука. С другой стороны, с повышением
температуры тепловое расширение приводит к уменьшению общей
плотности жидкости и возрастанию длины межмолекулярных свя-
зей, что должно уменьшать и скорость распространения звуковой
волны, поэтому при ~70°С достигается максимум ее величины, а в
зоне температур 70-Ч00°С начинает преобладать второй фактор, и
скорость звука уменьшается.

Публикуемые значения температурной зависимости скорости
звуковой волны в жидкой воде в справочной литературе являются до-
вольно неточными и не отражают влияния фазовых переходов второ-
го рода, вблизи которых в температурном интервале Н2°С должны
происходить изменения ее первой и второй производных. Действи-
тельно, это видно, например, из опытных данных работы [6.59] (рис.

6.25)	, где проводили измерения скорости распространения ультразву-
ковых волн в водном растворе органического вещества (поп.чотса1ес1
Про.чоте.ч о/сПра1тНоу1 рИо.чрИайдукИоИпе) в присутствии липосом
от субмикронных размеров до десятка микрон, причем степень
кислотности раствора была рН=7, а точность измерения ±0,7 см/
сек. Из рис. 6.25 следует, что в области фазовых переходов второго

рода ~31 и ~41°С наблюдается
резкое изменение или разрыв
вторых производных темпе-
ратурной зависимости скоро-
сти звука в водном растворе
органических веществ. Этот
эксперимент еще раз наглядно
подтверждает существование
фазовых переходов второго
рода в жидкой воде и сложную
зависимость скорости звука от
температуры в ней. При этом
резкое уменьшение скорости

„	, „ _	звука в интервале температур

Рис. 6.25. Температурная зависимость из-	г	г ; г

менения скорости звука в водном рост- 40~42 С ПРОИСХОДИТ ПОТОМУ,
воре поп.чотса1ес1 Про.чоте.ч о/ Лра/тПоу/ ЧТО ЗДССЬ разрушаются КЛаСТС-
рколрЬаПс1у1сЬо1те в области фазовых пере- и ВОДЭ Превращается ПОЧТИ
ходов второго рода [6.59].	г	г г

в изотропную жидкость, со-
стоящую из отдельных молекул Н,О, водородные связи между ко-
торыми постоянно разрываются и снова восстанавливаются. Такая
зависимость вызвана для данного диапазона температур сильными
знакопеременными флуктуациями плотности (см. рис. 6.16), а далее
с ростом температуры скорость звука начинает увеличиваться, пото-
му что восстанавливается жидкокристаллическая структура класте-
ров, но уже с другой степенью упорядоченности г|у, по сравнению с
ее величиной для температурного интервала ~30<Т<~40°С.

6.5.10.	Физика образования кавитационных пузырьков
в жидкой воде

Прочность идеально чистой воды на разрыв весьма велика и для
образования в ней газовой (паровой) полости с радиусом, например,
г=Н0'8 см теоретически необходимо создать давление ~2о/г ~ 1,5><109
Па. С другой стороны, из экспериментальных данных известно
[2.3(К2.35, 2.44, 3.22], что для реальных условий с использовани-
ем даже дистиллированной воды двойной перегонки прочность ее
на 3+4 порядка ниже теоретических. При этом кавитация возникает
при амплитудах звукового давления ~ 104 Па и только для специально
подготовленных образцов с тщательной дегазацией и очисткой был
достигнут предел звукового давления ~2,25* 107 Па. Такое свойство
воды связано с тем, что в жидкой воде всегда присутствуют кроме
молекул Н2О различные примеси и образования: растворенные газы
О2, Ы2, СпНт, Н„ СО, и т.д.; радикалы и молекулы ОН, Н, О, НО2,
Н2О2; гидратированные ионы Н', ОН , образующиеся в результате
диссоциации и ионизации молекул воды, а также посторонних со-
лей; твердые микрочастицы; органические молекулы; «бабстоны» -
мельчайшие устойчивые пузырьки, окруженные ионной оболочкой.
Эти примеси и служат зародышами образования кавитационных
пузырьков в жидкой воде при воздействии на нее звуковых и уль-
тразвуковых акустических волн. Здесь мы изложили общепринятые
сведения, существующие в настоящее время в научной литературе,
но физика явления образования кавитационных пузырьков не объ-
ясняется, поэтому восполним этот пробел.

Когда образуются во льду и кластерах жидкой воды кристалли-
ческие решетки, то все вышеперечисленные примеси вытесняются
из их центральной области на периферию - в межкластерное про-
странство, где нейтральные молекулы, радикалы, твердые частички
могут также внедряться и в пустоты поверхностного слоя кластеров.
Это происходит в соответствие с закономерностями процессов кри-
сталлизации любого вещества: образованием связей системы атомов
и молекул с минимальной потенциальной энергией, максимальной
ее энтропией, и они всегда соблюдаются при образовании и росте
кристаллов твердых кристаллических веществ [1.26].

Воздействие ультразвуковых волн на жидкую воду вызывает в
ней образование нелинейно пульсирующих парогазовых пузырь-
ков, которые сравнительно медленно (~3/4 периода ультразвуковой
волны) вырастают в отрицательной фазе звукового давления и за-
тем бурно схлопываются. При этом энергия выделяется в виде со-
нолюминесценции, акустического шума в широкой полосе частот
и ударных волн, а давление в жидкости достигает ~108 Па [2.31].
Типичные частоты ультразвуковых волн, вызывающих интенсивное
образование кавитационных пузырьков в жидкой воде, лежат в диа-
пазоне 104+106 Гц, но единичные пузырьки создаются и при мень-
ших частотах вплоть до 100 Гц. В этом случае оказывается крайне
важным достижение некоторого порога интенсивности звукового
давления и длительности воздействия [2.30]. Если теперь сравним
оптимальный диапазон ультразвуковых волн с собственными резо-
нансными частотами воды (табл. 3.18), то в него входят следующие
из них: 2хЮ4; 3х 104; 1,О5ХЮ5; 1,48ХЮ5 Гц. Эти частоты явно отно-
сятся к собственным частотам колебаний массивных кластеров (по
сравнению с единичными молекулами Н2О), поэтому, когда звуковая
волна длительное время и с достаточной интенсивностью воздей-
ствует на них, то, благодаря закону кратности частот (см. выше), воз-
никают вынужденные колебания кластеров с большой амплитудой.
В этом случае в местах стыковки трех-четырех кластеров, где с наи-
большей вероятностью находятся посторонние включения, в момент
колебаний, когда они расходятся, может образоваться газопаровая
полость. Вероятность такого процесса существенно возрастает, если
в качестве включений присутствуют молекулы газов с ослабленны-
ми или вообще отсутствующими связями с молекулами воды, при-
чем из экспериментально проверенных они располагаются в ряд: Не
<Ке<воздух<О2<М2<Аг<Кг<Хе, а количественно, например, при-
сутствие Хе по сравнению с Не увеличивает ее в ~30 раз. Вокруг
полости сразу создается пленка воды, разделяющая две фазы, по-
скольку энергия ее образования для плоской поверхности невелика
(9+12 кДж/моль, см. гл. 2), а применять закономерность учета ее от
кривизны пузырька 2о/г, выведенную для макроскопических сил, на
мономолекулярном уровне для размеров -10+100 А нельзя.

Наиболее достоверно в этом случае можно говорить об обра-
зовании клатратов, которые были обнаружены с помощью масспек-
троскопических исследований в парах чистой воды и состоящих из
20+21 молекул Н2О. Они представляет собой правильный додекаэдр
из молекул воды, составляющих оболочку десяти граней - каждая в
виде пятиугольника, и иона Н3О+, находящегося в ее центре [6.61].
Кроме таких клатратов в воде при соединении молекул Н,О с мо-
лекулами газов Ы2, Н2, СО, СО2 могут образовываться более слож-
ные гидраты, в которых каркасные молекулы создают большие пу-
стоты диаметром 5,2+6,9 А, заполненные неполярными молекулами
[6.62,6.63]. Исследования показали, что такие клатраты достаточно
устойчивы благодаря большому количеству водородных связей. В
воде возможно также существование стабильных пузырьков с ради-
усом г= 10+100 А, внутри которых находятся молекулы нейтральных
газов, а оболочка состоит из молекул воды и ионов, так называемые
бабстоны [2.33]. В этих пузырьках динамическое равновесие уста-
навливается за счет диффузии молекул газов через его пленку, обе-
спечивающих внутреннее давление, и диффузии ионов в оболочку,
создающих внешние силы сжатия. Типичные концентрации ионов
Н+ и ОН- в воде для степени кислотности рН=7 составляют -3х 1015
см-3, и проведенные расчеты в работе [2.33], показывают, что энергия
образования таких пузырьков с радиусом -20 А для данной концен-
трации равна -43,16 кДж/моль=3608 см'. Если теперь сравним ее с
квантом энергии излучения молекулы Н2О при переходе с третьего
колебательного уровня симметричной моды на второй - 3656 см-1,
то, с учетом ошибок оценочных расчетов, они практически совпада-
ют. Это означает, что при постоянном переизлучении колебательных
квантов между молекулами в воде вероятность образования таких
пузырьков очень большая и является энергетически разрешенной.
Для значения радиуса г~20 А такого пузырька и нормальном атмос-
ферном давлении 1 ат внутри него в среднем содержится одна моле-
кула газа, которая, соударяясь со стенкой пузырька, передает едини-
це площади его поверхности в единицу времени импульс кТ/^яг3)
равный внешнему давлению [2.33]. Таким образом, клатраты и баб-
стоны могут служить зародышами образования пузырьков в воде.

Образовавшиеся зародыши начинают расти в фазе раздвижки
кластеров воды (отрицательной фазе звукового давления), причем
на оболочку пузырьков поступают в первую очередь «свободные»
молекулы Н2О и находящиеся в пустотах боковых поверхностей кла-
стеров, имеющих по одной-две водородных связи. При большой кон-
центрации таких молекул в жидкости начинает происходить интен-
сивный рост количества пузырьков. Когда количество таких молекул
в воде резко сокращается, то на фазе сдвижки кластеров между со-
бой и давления их на газовый пузырек они не только сжимают его,
но, самое главное, начинают своими боковыми поверхностями «от-
бирать» молекулы Н2О из поверхностной пленки пузырька, посколь-
ку расстояние между молекулами уменьшается. В результате такого
процесса возникает лавинообразный процесс схлопывания пузырь-
ка. Таким образом, в процессе воздействия ультразвуковых волн
устанавливается динамическое равновесие в жидкой воде между
пузырьками и кластерами. Схлопывание пузырька происходит не
до нулевого радиуса, а до некоторого критического размера, опреде-
ляемого концентрацией «свободных», молекул, размером кластеров,
наличием и типом примесей, температурой жидкости.

Здесь нужно сделать небольшое отступление, исторически так
сложилось, что считается - именно схлопывание пузырьков ответ-
ственно за высокую энергию, обеспечивающей эрозию твердых по-
верхностей деталей, присутствующих в воде. Но если учитывать тот
факт, что с пленки пузырька в момент его схлопывания молекулы
воды отбираются окружающими кластерами, то энергия этого процес-
са будет резко уменьшаться (за счет снижения массы системы). В то
же время эрозия твердых поверхностей в присутствии кавитационных
пузырьков хорошо объясняется их взрывом и образованием кумуля-
тивных струй жидкости очень большой энергии, изложенной в гл. 7.

Кавитационные пузырьки, образующиеся под действием уль-
тразвука, достаточно малы с радиусом г=1О’|-5-1О’5 см и по функции
его распределения в воде имеется резкий максимум, соответствую-
щий величине г=2,5 мкм. Если теперь сравним его с длинами волн
квантов излучения нижних колебательных уровней симметричной
и асимметричной мод: Н2О( 1,0,0) - Х=2,6 мкм; Н,О(0,0,1) - Х=2,67
мкм, то они с хорошей точностью оказываются близки, что не яв-
ляется случайным совпадением. Из этого факта можно сделать за-
ключение, что постоянное переизлучение колебательных квантов
энергии между молекулами воды оказывает существенное влияние
и на оптимальные параметры пузырьков. С другой стороны, резкое
уменьшение диаметра пузырька приводит к деформациям молекул
Н2О, находящихся в его пленке, увеличению запасенной колебатель-
ной энергии, переизлучению ее в виде сонолюминесценции.

6.6.	Водные растворы и химические реакции,
протекающие в них

По водным растворам электролитов, неэлектролитов и химических
реакций реагентов в них существует очень большой объем научной
литературы и излагать здесь известные вещи не имеет смысла. Задача
данного раздела состоит в том, чтобы с помощью вышеизложенной
теории квантово-механических и колебательно-неравновесных про-
цессов в жидкой воде попытаться решить часть крайне важных про-
блем водных растворов, которые до сих пор не определены.

Во всех научных работах, статьях и учебниках, посвященных
водным растворам, делаются следующие явные или неявные пред-
положения:

-	непосредственно сам процесс растворения твердого и жидкого
вещества в жидкой воде, происходящий на квантово-механическом
уровне, не рассматривается и считается завершенным;

-	в водном растворе находятся либо неполярные молекулы рас-
творенного вещества, либо равное количество положительно и от-
рицательно заряженных ионов;

-	считается, что такая система, в общем, электронейтральна и
равновесна, а для ее описания можно использовать такие термодина-
мические параметры как поступательная температура, объем, плот-
ность (концентрация) и при этом не учитывается большая внутрен-
няя энергия молекул;

-	межчастичные взаимодействия определяются только за счет
кулоновских сил, а также дипольных, иногда с учетом квадруполь-
ных и других высших мультипольных моментов;

-	дипольные моменты являются результатом усреднения по кван-
товым состояниям каждой отдельной частицы, и при этом предпола-
гается, что в растворе квантовые состояния частиц не меняются;
-	предполагается, что функция распределения частиц по энерги-
ям и другим параметрам, подчиняется закону Больцмана;

-	процесс гидратации ионов в растворе, происходящий на
квантово-механическом уровне, не рассматривается, а определяется
чисто эмпирически;

-	характеристики и параметры растворов определяют либо с по-
мощью решения задач статистической физики взаимодействия ча-
стиц, либо только термодинамически с привлечением в обоих случа-
ях большого количества экспериментальных данных.

Подобные предположения не позволяют разобраться в фунда-
ментальных основах происходящих процессов водных растворов, по-
нять закономерности физико-химических и квантово-механических
явлений. Это, в свою очередь, привело к тому, что даже уже откры-
тые закономерности (закон Рауля пропорциональности давления
паров вещества его концентрации в растворе, закон осмотического
давления Вант-Гоффа, закон парциальных давлений Генри, закон ак-
тивностей Нернста, теория ионной атмосферы вокруг каждого иона
противоположного знака Дебая-Хюккеля, закон соотношений меж-
ду количеством электричества, прошедшего через раствор и масса-
ми прореагировавших веществ Фарадея, теория электрической про-
водимости Дебая-Онзагера, теория образования ионных ассоциатов
Бьеррума) не отражают всей природы явлений и имеют ограниченное
применение. Попытаемся ответить на часть поставленных вопросов
с позиций развитой теории квантово-механических и колебательно
неравновесных процессов, идущих в жидкой воде.

6.6.1.	Физико-химические процессы, идущие в жидкой
воде при растворении в ней солей

Опишем действительную физику растворения твердых веществ
в жидкой воде на примере нескольких солей: К.С1, №С1, 1ЛС1. В не-
которых научных работах авторы высказывают предположения в
виде общих слов о том, что растворение, например, соли в воде про-
исходит за счет энергии гидратации и проникновения молекул Н2О
в кристаллическую решетку между атомами. Это просто неверно,
поскольку гидратация ионов в водном растворе является эндотерми-
ческим процессом, а для разрушения кристаллической решетки соли
требуется подвод энергии, то есть должен происходить экзотермиче-
ский процесс. Кроме того, целый кристалл соли даже очень малой
величины является очень плотным материалом и молекулы воды в
него проникать не могут.

В жидкой воде постоянно идут процессы переизлучения кван-
тов энергии (фотонов) за счет переходов молекул Н2О из одного
колебательно-неравновесного состояния в другое согласно квантово-
механическим реакциям (3.25-^3.27), при этом энергия черпается благо-
даря колебательно-неравновесным реакциям табл. 4.2 и рис. 4.2 из того же
водного резервуара. Эти кванты света в диапазоне энергий ~1500^-37000
см-1 (см. табл. 3.4) облучают поверхность кристалла соли, находящего-
ся в воде. Возникает вопрос, что будет происходить с атомами (ионами)
кристаллической решетки соли? Для ответа на него решим следующую
задачу: как влияет излучение на энергетические характеристики связей
между атомами соли, например, К.С1? Представим динамическую связь
между ионами С1 и К+ в узлах кристаллической решетки в виде гар-
монического осциллятора, где силы взаимодействия пропорциональны
их перемещениям. Такая модель связей хорошо подтверждается, как с
позиций классической, так и квантовой механики [1.2,1.26]. Тогда вы-
нужденное одномерное движение ионов друг относительно друга под
действием облучаемой волны света можно записать:

т(Х"-НуХ'+у02Х)=Ч<Еэ,	(6.15)

где т - приведенная масса ионов; X - перемещение по направлению
вектора Еэ; Еэ - электрическое поле; у0 - собственная частота колеба-
ний ионов; у - коэффициент диссипации (рассеяния) энергии в сре-
де; це - суммарный заряд ионов. Полагаем, что амплитуда электри-
ческого поля изменяется по синусоидальному закону, а его вектор не
меняет своего направления, тогда можно записать Еэ=Еэоехр(М). С
такой же частотой будет осциллировать и перемещение Х=Хоехр(М),
и решение уравнения (6.15) получается в виде:

Х=(де2Еэ/т)/(-у2+1уу+у02).	(6.16)

Индуцированный электрическим полем дипольный момент мо-
лекулы К.С1 равен ^1=^X или:

ц=(Чс2Еэ/т)/(-у2+1уу+у02)= еоа(у)Еэ,	(6.17)

где а(у) - поляризуемость атомов молекулы КС1 равная:

а=(де2/тЕ0)/(-у2+1уу+У02).	(6.18)

Из полученной формулы (6.18) можно сделать следующие
основные выводы: поляризуемость среды твердого вещества под
действием волны электрического поля имеет сложную зависимость
от его частоты, достигая максимума при у2=у02, и уменьшается, на-
чиная с величины у2>2у02.

Энергию связи между атомами К и С1 в кристаллической решет-
ке можно определить как дисперсионную по формуле (1.6), с помо-
щью которой были рассчитаны энергии кристаллических решеток
двухатомных молекул разного класса (см. табл. 1.5), показавшие в
сравнении с экспериментальными данными очень хорошую точ-
ность, так, ошибка для КС1 составляет 4,7%.

При попадании кванта излучения в кристаллическую решетку
соли в зависимости от условий возникает какая-то степень вероят-
ности его поглощения, причем она зависит от близкорезонансного
совпадения его с энергией колебательного уровня, а также от плот-
ности энергии света и его частоты. Так, вероятность индуцированно-
го перехода молекулы в колебательно возбужденное состояние при
попадании на нее кванта излучения определяется [6.64]:

Руин=С31(у)/(8тсу31™3(СГ]),	(6.19)

где I, V - плотность и частота падающего излучения; п - коэффициент
преломления оптической среды; 1сп =1/А2| - время жизни молекулы
в возбужденном состоянии; А;| - коэффициент спонтанного излу-
чения Энштейна. Из формулы (6.19) видно, что вероятность погло-
щения кванта света молекулой (атомом) вещества обратно пропор-
циональна его частоте в третьей степени, то есть фотоны с квантами
малой энергии имеют вероятность перевода ее в индуцированное
состояние большую, чем с высокой частотой.

Проведем сравнительный анализ частотных и энергетических ха-
рактеристик солей КС1, №С1, Е1С1 в водном растворе, для чего рассчи-
таем колебательные уровни молекул для ангармонического осциллятора
по формуле (3.17а) (табл. 6.10). В табл. 6.10 приведены также данные:
энергии кристаллической решетки этих солей; теплоты растворения;
величины ангармонизма; наиболее вероятных квантов колебательной
энергии с первого по второй уровень всех трех мод - симметричной,
асимметричной и деформационной, излучаемых в виде фотонов света
молекулами Н,О. Видно, что в ряду этих солей, например, у ЫС1 энергия
кристаллической решетки больше, чем у КС1, и, хотя по идее, теплота
растворения у ЫС1 также должна быть эндотермической и большей по
величине, чем у КС1, но на самом деле она существенно ниже и к тому
же экзотермическая. Этот феномен до сих пор не объяснен в научной
литературе, попытаемся понять его. Поглощение квантов энергии мо-
лекулами солей можно описать следующими уравнениями:

Н20(у|,у2,у3)+КС1(0)=>Н20(у'1,у'2,у'3)+Ьу+КС1(0)=>Н,0(у'|,у'„у'3)
+КС1(у,)+ДЕ

Н20(У1,У2,У3)+ЛаС1(0)=>Н20(у'|,у'2,у'3)+Ьу+^КаС1(0)=>Н20(у'1,у'2,у'3)
+КаС1(у2)+ДЕД2	(6.20)

Н20(у1,у2,у3)+Е1С1(0)=>Н20(у',,у'2,у'3)+Ьу+ЫС1(0)=>Н20(у'|,у'2,у'3)
+ЫС1(у3)+ДЕ
Здесь должно выполняться условие | ЛЕД| | < 1,5кТ=313 см1
(~ЗОО°К), при этом возможны одноквантовые переходы, двухкван-
товые, когда квант энергии приходящий от молекулы воды делится
на две части и трехквантовые - делится на три части. Естественно,
наибольшую вероятность будут иметь одноквантовые близкорезо-
нансные переходы, существенно более низкую - двухквантовые и
очень малую - трехквантовые. Кроме того, вероятность поглощения
квантов молекулами солей будет сильно зависеть и от частоты (фор-
мула 6.19). При этом надо помнить, что в обычных условиях жидкой
воды, когда отсутствуют внешние селективные воздействия, соглас-
но функции распределения молекул Н2О по колебательной энергии
(рис. 6.24) наиболее вероятный диапазон излучений составляет от
-1670 см 1 до -9000 см-1 с максимумом -4340 см 1 и приходиться на
самые низкие кванты молекулы Н2О: 1683; 1720; 1757; 3656; 3744;
3848 см 1 (табл. 3.4). Поэтому наиболее вероятные реакции возбуж-
дения самых нижних колебательных уровней кристаллов КС1, №С1,
Е1С1 будут следующие:

Н2О(у|,3,у3)+КС1(0)=>Н2О(у|,2,у3)+КС1(6)+ЛЕ =-17 см ',
Н2О(У1,3,У3^аС1(0)=>Н2О(у|,2,у^аС1(4)+ДЕ=232 см1, (6.21)
Н2О(у, , 1 ,у3)+Ь1С1(0)=>Н2О(у, ,О,у3)+Ь1С1(3)+ЛЕд= 158 см1.

Нужно сделать еще одно важное замечание: приведенные коле-
бательные уровни КС1, №С1, Е1С1 в табл. 6.10 рассчитаны для изо-
лированных молекул, в то время как, в кристаллическом веществе
из-за сильного взаимодействия атомов (ионов) постоянная ангар-
монизма колебательных уровней увеличивается, и верхние уровни
будут сгущаться. Это означает, что вероятность поглощения квантов
энергии верхними колебательными уровнями будет существенно
ниже, чем нижними, поскольку в первом случае возникают всегда
процессы перестройки собственных частот колебаний целого ансам-
бля окружающих атомов в кристалле, которые являются достаточ-
но инерционными. Если теперь сравним по этим признакам кванты
излучения молекул Н2О и колебательных уровней солей КС1, №С1,
ЫС1 по табл. 6.10 и уравнениям (6.21), то видно, что близкорезо-
нансное поглощение у молекулы КС1 наблюдается для шестого ко-
лебательного уровня, у молекулы №С1 - четвертого и у молекулы
ЫС1 - третьего уровня. Это означает, что наибольшую вероятность
поглощения квантов излучения, исходящих от молекул воды, для
выбранных трех солей имеют молекулы ЫС1, далее меньшую №С1
и самую малую молекулы КС1, в соответствие с этим изменяется и
растворимость их в воде.

Поглощение молекулами КС1, №С1, ЫС1 в жидкой воде квантов
1666, 1809 и 1915 см ', например, для случая, когда диссипативные
потери равны нулю
(у=0), приведет к тому,
что коэффициент по-
ляризации (6.18) по
абсолютной величине
соответственно умень-
шится в ~5,7; 6,7; 7,5
раз, а энергия диспер-
сионной связи атомов
в молекулах или между
ионами в кристалли-
ческой решетке (1.6) в
—33; 45; 56 раз, что и
является причиной их
развала, то есть раство-
рения в жидкой воде.

Таким образом,
окончательно можно
сделать вывод, что
основным процессом
растворения солей в
жидкой воде являет-
ся облучение ионных

Параметры	КС1	№С1	1.1С1	Н,0
XV, кДж/моль	730	774	842	Колеб. кванты
ДР, кДж/моль	17,23	3,89	-37,13	
X., см 1	1,3	2,1	4,5	
Уровень	Энергия уровня, см 1			
1	281	366	643	1683 1720  1757  3656 3744  3848  7401  7600
2	561	730	1281	
3	839	1092	1915	
4	1116	1451	2545	
5	1392	1809	3170	
6	1666	2164	3790	
7	1940	2518	4406	
8	2212	2869	5016	
9	2482	3218	5625	
10	2751	3565	6227	
11	3015	3910	6825	

Табл. 6.10. Характеристики молекул: IV-энергия
кристаллической решетки; Д<2 - теплота рас-
творения в воде; Хе - постоянная ангармонизма.

кристаллических решеток квантами света, излучаемыми молекулами
Н2О, поглощение которых молекулами и атомами кристаллов приво-
дит к уменьшению их коэффициента поляризации и, как следствие
- к резкому снижению энергии дисперсионных связей между атома-
ми решетки. Конечно, наиболее сильное растворение будет проис-
ходить у наружных поверхностей кристаллов, соприкасающихся с
молекулами воды, где крайние атомы (ионы) имеют неполное коли-
чество связей с кристаллической решеткой и на которые падает наи-
больший световой поток излучения от молекул Н2О. В том случае,
когда энергия нижних колебательных уровней молекул кристаллов
оказываются близкой к энергии квантов света, излучаемых молеку-
лами воды, кристаллическая решетка интенсивно разваливается в
воде с выделением ее энергии связей в виде экзотермической тепло-
ты растворения. Например, большое тепловыделение при растворе-
нии соли 1л Вг в воде (-49 кДж/моль) определяется тем, что третий
колебательный уровень этой молекулы имеет энергию 1678 см1, ко-
торый соответствует, практически, точному резонансу для наиниз-
шего кванта излучения молекулами Н2О (1683 см1).
6.6.2.	Гидратация ионов в воде

Рассмотрим физические процессы гидратации ионов в водном
растворе электролита. Гидратация ионов это процесс образования
оболочек вокруг них (ионной атмосферы) из поляризованных моле-
кул воды (диполей), причем различают первую оболочку, где диполи
прочно удерживаются за счет электростатических сил и вторичную,
в которой молекулы воды не так сильно связаны с ионом и могут об-
мениваться местами со «свободными» молекулами в растворе. Энер-
гия гидратации ионов солей (анионов и катионов в сумме) обычно
всегда положительна, то есть требует подвода энергии (эндотерми-
ческий процесс) и достигает величин от 611 кДж/моль (КЗ) до 5987
кДж/моль (А1Г3) [1.35]. Возникает естественный вопрос, откуда в
жидкой воде, при максимальной энергии межмолекулярных связей
~41 кДж/моль, берется такая большая энергия гидратации ионов.
Экспериментально, обычно определяется суммарное количество
тепла, которое затрачивается на растворение данной соли, но в него
входит, кроме гидратации анионов и катионов, энергия разрушения
кристаллической решетки твердого вещества, энергия ионизации
атомов из молекул и строгих критериев определения гидратации
отдельного иона не существует. Величина кинетической энергии
молекул жидкой воды не превышает 3,4-^4,65 кДж/моль, она несо-
измеримо мала по сравнению с энергией гидратации ионов и, прин-
ципиально, согласно фундаментальным квантово-механическим
законам, не может переходить в энергию межчастичных (в данном
случае электростатических) направленных связей, которые в сотни
и тысячи раз больше. Не могут собраться сотни молекул в одном
месте и передать кинетическую энергию строго однонаправлено в
одно мгновение. Таким образом, в жидкой воде должен существо-
вать источник энергии, откуда она поступает в раствор большими
квантами, покажем этот источник на примере расчета гидратации
отдельного иона.

Рассчитаем приближенно энергию взаимодействия молекул
воды, находящейся в первом гидратном слое с ионами Ы+ и С1 , при
растворении соли ЫС1 в воде, воспользовавшись методикой, изло-
женной в работе [2.18] и гл. 2 (2.15). Для радиусов ионов Ы+, С1 , со-
ответственно, 0,6 и 1,81 А [1.16] и молекулы Н2О - 1,38 А получаем
величины энергии гидратации ДО (Ы+)=516,5 кДж/моль, АОГ(С1 )=
243 кДж/моль. Сумма энергий гидратации ионов, вычисленная по
формуле (2.15) равная 759,5 кДж/моль, оказывается меньше экспе-
риментально измеренной 879 кДж/моль [ 1.35], поскольку эта расчет-
ная методика не учитывает энергию взаимодействия между ионами
и вторичной оболочкой диполей молекул воды. Простые геометриче-
ские построения первичной оболочки молекул воды, форма которых
принимается в виде сферы, вокруг ионов показывает, что у Ы+ укла-
дываются шесть молекул, а вокруг СГ - 12-4 3 шт. Тогда в среднем на
одну молекулу Н2О в оболочке иона ЬГ будет приходиться ~86 кДж/
моль, а в оболочке СГ - 20,3-48,7 кДж/моль.

Энергия взаимодействия иона и одной молекулы воды будет
пропорциональна электрическому заряду иона и дипольного момен-
та Н2О. Если рассчитать электростатическую энергию отдельной
молекулы воды в газовой фазе, исходя из размерности дипольного
момента 13 =ц2/Ум, где ц - дипольный момент, а Ум - объем одной
молекулы Й2О, то она оказывается равной 13д=6,71 кДж/моль =561
см’1. В жидкой воде молекулы Н2О колебательно возбуждены от ми-
нимального значения кванта энергии 1757 см-1 деформационной
моды до максимального 37048 см-1 асимметричной моды (см. табл.
3.4), причем нужно подчеркнуть, что это распределение энергии по
молекулам не может принимать произвольные значения, а строго
квантовано. Когда молекула Н2О колебательно возбуждена, то элек-
тронные орбитали ее перестраиваются, и она как бы «разбухает» в
объеме (см. рис. 3.9). В этом случае происходит перераспределение
электронной плотности и увеличивается расстояние между поло-
жительным и отрицательным полюсами зарядов, а также относи-
тельная разность зарядов, то есть возрастает ее дипольный момент.
Так, например, для максимального значения колебательной энер-
гии 37048 см 1 ц увеличивается в 8,12 раз. Для таких колебательно
возбужденных молекул воды энергия гидратации первичной оболоч-
ки иона ЬГ может, например, складываться из энергии двух молекул
(см. табл. 3.4): ДСг(ЬГ)=516,5 кДж/моль=43180 см 1 =13(0,0,8)4-13(0,0,4)
+ДЕ =(28096+14816+268) см 1 или шести молекул: ДСг(ЬГ)=43180
см’|=513(О,О,2)+13(О,3,О)+ДЕд=(38ООО+516О+2О) см-1. Аналогично
для иона СГ можно подобрать для двух молекул: ДСг(СГ)=243 кДж/
моль=20315 см”'=13(2,0,2 )+13(0,3,0)+ДЕ =(15001+5160+154) см’1 или
семи: ДСг(СГ)=20315 см'=613(0,1,0)+13(О,6,О)-ДЕд=( 10542+9987-254)
см1. При этих подборах накладывается дополнительное условие, что-
бы дефект энергий ДЕ находился в диапазоне кинетических энергий
молекул | ДЕ | < 4,65 кДж/моль = 388 см1.

Таким образом, в гидратной оболочке ионов, во-первых, могут
находиться не равноценные по энергии молекулы воды, а во-вторых,
она может быть и не полностью заполнена, в особенности, у ионов
больших размеров. Подобный подбор высокоэнергетичных молекул
воды с данным распределением колебательной энергии (или диполь-
ных моментов) для каждого иона в водном растворе в первичной
оболочке происходит постоянно в динамическом режиме статисти-
чески методом проб и ошибок. То есть, идет постоянная конкурен-
ция между молекулами воды в соответствие с законом минималь-
ной потенциальной энергии системы: ион - молекулы Н2О. Причем,
нужно отметить, что поскольку в жидкой воде между молекулами
постоянно идет обмен квантами энергии за счет переизлучения, то
высокоэнергитичная молекула, находящаяся в первичной оболочке
иона, может излучить фотон и тогда она отрывается от него, а на ее
место приходит другая колебательно-возбужденная молекула. Время
нахождения молекулы воды в первой гидратной оболочке иона зави-
сит от его размера и величины заряда, так у иона А13+ оно составляет
10-4 сек, а для иона Мп2+ соответственно ПУ7 сек [6.79]. Вторичная
оболочка ионов заполняется низкоэнергетическими молекулами
воды, которые обмениваются своими местами с окружающими мо-
лекулами Н2О еще более чаще.

Колебательная энергия в водном растворе поступает за счет про-
текания квантово-механических и колебательно-неравновесных хими-
ческих реакций (3.25-^3.27, табл. 4.2, рис. 4.2), которые существенно
усиливаются благодаря дополнительной концентрации высоковозбуж-
денных молекул воды в гидратных оболочках ионов. Источником этой
энергии являются межатомные связи разлагающихся молекул воды, о
чем подробно изложено в гл. 4. В электролите благодаря тем же реакци-
ям табл. 4.2 по сравнению с обычной водой возрастает и концентрация
свободных электронов, что, в свою очередь, усиливает химические ре-
акции и ведет к общему росту запасенной колебательной энергии.

6.6.3.	Растворение в воде кислот и щелочей

Следующий вопрос касается растворения в воде жидких кислот
и щелочей, образующих водные электролиты. В научной литературе
относительно процессов растворения в воде излагаются только идеи в
общих словах, приведем их для примера. Так, при растворении поляр-
ных веществ в растворителях, имеющих высокую диэлектрическую
проницаемость, происходит ослабление и разрыв связей между атома-
ми в молекулах растворяемого вещества, что приводит к образованию
ионов. Растворение происходит благодаря сольватации (гидратации)
ионов молекулами растворителя. Кроме сольватации важным факто-
ром, приводящим к диссоциации электролита, является способность
молекул растворителя образовывать разного типа связи с частицами
электролита. Молекулы воды обладают способностью образовывать
водородные связи не только между собой, но и с другими молекула-
ми, содержащими атомы электроотрицательных элементов (см. табл.
6.9). Например, при растворении в воде НС1 за счет образования водо-
родной связи между атомами кислорода и водородом молекулы НС1
происходит ее диссоциация на ионы Н+ и С1_, причем ион Н+ образует
с молекулой воды ион гидроксония Н3О+. Протеканию этого процесса
способствует высокая диэлектрическая проницаемость воды, осла-
бляющая энергию ион-ионного взаимодействия [1.2].

Эти общие фразы не раскрывают действительных квантово-
механических и химико-физических процессов, протекающих при
взаимодействии молекул вещества и растворителя. Они не отвечают
на вопросы: откуда берется энергия, требуемая для протекания эн-
дотермических реакций, или как она поглощается в растворителе в
случае экзотермических реакций, как процесс растворения зависит
от концентрации вещества, температуры и т.д.

Растворение жидкого вещества в воде нужно рассматри-
вать как комплексную квантово-механическую и колебательно-
неравновесную химическую реакцию с одновременным участием
электростатических, водородных и дисперсионных связей между
молекулами реагентов и продуктов реакции между собой. Рассмо-
трим, для примера, растворение молекул кислоты НС1 и щелочи
КОН в воде с образованием гидратированных ионов. Энергия реор-
ганизации между молекулами реагентов и продуктов реакции может
быть записана аналогично формуле (2.15) в такой приближенной
расширенной форме [1.12, 2.18, 6.65]:

Д6р(НС1)=1Р(НС1*Н,О)-ЕА(С1)-ч2( 1 -1 /е5Х 1 /К, -Ы /К2-2/(К, +К,))/2-

(6.22)

дбр(кон)=1Р(кон)-ЕА(он)-ч2( 1 -1 /е5)( 1 /к,+1

где 1Р(НС1»Н2О), 1Р(КОН) - потенциал ионизации комплексной
молекулы реагента; ЕА(С1), ЕА(ОН) - энергия образования от-
рицательного иона акцептора (энергия сродства атома, молекулы
электрону); д2(1-1/е5)(1/К.|+1/К.2-2/(К1+К2))/2 - энергия гидратации
ионов; д2/^-!-!^) - энергия кулоновского взаимодействия ионов; ц2а/
(2(К.|+К.3)4) - энергия поляризации; дц/(К.1-1-К.3)2 - энергия дипольно-
го взаимодействия ионов с молекулами воды; - эффективные
радиуса ионов; К3 - эффективный радиус молекулы Н2О; ц - заряд
ионов; ц - дипольный момент молекулы Н2О. В этом процессе наи-
большая исходная энергия затрачивается на ионизацию молекул ги-
дратного комплекса НС1*Н2О и КОН, из которой вычитаются члены,
остающиеся в системе частиц водного раствора.

В реальных жидких растворах при растворении вещества элек-
трон отрывается от одного атома (молекулы) - донора и переходит к
другому атому (молекуле) - акцептору, из которых состояло исходное
вещество благодаря дополнительной поляризационной энергии, по-
ступающей от молекул растворителя. Можно представить процесс
растворения вещества в растворителе состоящим из нескольких эта-
пов, когда исходные молекулы вначале диссоциируют на нейтраль-
ные атомы, а затем происходит процесс отрыва электрона от одно-
го из них и передача его другому атому. В этом случае суммарная
энергия процесса увеличивается (добавляется энергия диссоциации
молекулы). В связи с тем, что состояние системы частиц всегда сле-
дует закону минимума потенциальной энергии, то процесс реоргани-
зации их энергии пойдет сразу именно по пути ионизации одного из
атомов в промежуточном комплексе, перехода электрона к другому
атому и разделения уже противоположно заряженных ионов. Здесь
нужно помнить, что отрываться от исходной молекулы будет всегда
электрон с верхней электронной орбитали, которая является общей
для обоих атомов, и после его отрыва энергия связи атомов между
собой резко уменьшается (см. гл. 1). Фактически, за счет энергии
поляризации молекул растворяемого вещества под действием мест-
ных, локальных электрических полей между диполями молекул
воды, достигающих напряженности 10” В/см, происходит перетека-
ние электронной плотности от атома донора к атому акцептора. Это
можно наглядно видеть из сравнения распределения электронных
плотностей молекул 14 и 1лР на рисунке 1.3, как если бы молекула
142 превратилась в молекулу 1лЕ. Поэтому за счет отталкивания вну-
тренних электронных орбиталей, энергия взаимодействия которых
на близких расстояниях существенно выше энергии притяжения
электростатических сил ионов, а также дополнительной энергии
поляризации молекула исходного вещества разваливается на ионы.

Определим по формулам (6.22) величину энергии, которая вы-
деляется в системе частиц в процессе растворения НС1 и КОН в
воде. Полагаем, что растворение кислоты НС1 в воде идет сразу с
образованием иона Н3О+ по реакции: Н2О+НС1=>Н3О++С1" [1.121.
Кроме того, выберем эффективный радиус молекулы Н2О К3=1,47 А
на основании экспериментально определенного расстояния между
атомами кислорода в димере (Н2О)2 равного 2,946 А [2.5], и считаем,
что минимальное расстояние между ионами в момент протекания
реакции их образования из молекулы равно сумме соответствую-
щих эквивалентных радиусов: Н3О+, ОН , С1, К+- 1,47; 1,53; 1,81;
1,33 А. Для значений коэффициента поляризации воды е§=78,3 и
1Р(НС1«Н2О)= 1230,4; 1Р(КОН)=1217; ЕА(ОН)= 176,4; ЕА(С1)=349,3
кДж/моль получаем следующие величины энергии реорганизации:
ДОр(НС1)»-100 кДж/моль; Д6р(КОН)=^83 кДж/моль, что неплохо со-
гласуется с опытными данными (-75,3 кДж/моль =-6282 см-1 и -55,3
кДж/моль =-4624 см'). В процессе единичных актов этих реакций
данные величины энергии, которые существенно больше кинетиче-
ской энергии молекул растворителя (3-^4 кДж/моль), нужно отвести
от системы частиц, чтобы пошла реакция растворения в воде. Эта
энергия подводится к молекулам воды в виде фотонов света, излуча-
емых переходными комплексами НС1*(Н2О)п+р* и КОН’(Н2О)п+р", при-
чем растворение вещества будет идти тем интенсивнее, чем мень-
ше ДСр по величине и насколько близкорезонансно она совпадает с
энергией колебательного уровня молекулы Н2О. Формально реакции
растворения веществ НС1 и КОН в воде можно записать:

НС1(0ЖН2О)(^=>НС1-(Н2О)1^*=>Н3ОЧН2О)|ь;4<:кН2О)р- +Ьу=6282 см-',
Ьу=6282 см'+Н2О(6,у2,у3)=>Н2О(8,у2,у3)+ДЕд=75 см1,	(6.23)

кон(оуцн20)(1Пр=>кон*(н20)|гф'=>к»(н20)л*+он*(н2о)р--Н1У=4б24см-1,

Ьу=4624см |+Н2О(у1,4,у3)=>Н2О(у|,7,у3)+ДЕд=92 см1.

Такая запись означает, что в реакции участвуют молекулы реа-
гентов НС1, КОН и группа молекул воды, которые создают гидрат-
ные оболочки ионов. Квант энергии от возбужденного переходного
комплекса НС1*(Н2О)п+р* и КОНе(Н2О)п+р“ излучается и резонансно
поглощается молекулами воды, у которых имеются соответственно
подготовленные колебательные уровни. Происходит единичный акт
квантово-механической и колебательно-неравновесной химической
реакции. Кроме такого варианта протекания реакций, возможны так-
же еще следующие: а) за счет постоянного переоблучения могут ко-
лебательно возбуждаться молекулы НС1 и КОН, которые привносят
дополнительную энергию в реакцию; б) в момент столкновения мо-
лекул НС1, КОН и Н2О приходит близкорезонансный квант энергии
фотона; в) в реакции участвуют одновременно колебательно возбуж-
денные молекулы НС1, КОН и Н2О.

Далее за счет перераспределения квантов колебательной энер-
гии согласно квантово-механическим реакциям (3.25^-3.27) во всем
ансамбле молекул воды она в виде дефектов энергии между коле-
бательными уровнями, (которые всегда меньше величины кТ) будет
постепенно переходить в кинетическую энергию молекул, то есть в
тепло. Здесь важно подчеркнуть, что скорость растворения вещества
в воде будет сильно зависеть от того, насколько близкорезонансно со-
впадают величины энергий фотонов, излучаемых переходными ком-
плексами, со свободными колебательными уровнями молекул воды, а
также их плотностью излучения для данного устойчивого состояния
(аттрактора) воды. Описанная схема растворения жидкого вещества
характеризуется одной главной особенностью: кванты фотонов света
больших энергий, излучаемых молекулами воды и идущие на развал
молекул вещества, никуда не теряются, а переходят в потенциаль-
ную энергию ионов (энергия их гидратации и электростатического
взаимодействия между собой), которая остается в водном растворе,
то есть снова происходит перераспределение энергии по разным сте-
пеням свободы частиц жидкости.
6.6.4.	Физико-химические свойства электролитов

Рассмотрим далее некоторые закономерности характерные для
электролитов при увеличении концентрации ионов в водном раство-
ре. На рис. 6.26 приведены зависимости изменения интегральной
теплоты растворения некоторых солей в воде, видно, что для солей
ИаС1, ИаВг, На! с ростом концентрации (Ск) наблюдается немоно-
тонная зависимость с оптимумом при Ск=4),2 моль/кг*Н2О, причем в
той же последовательности уменьшается степень эндотермичности
реакции и увеличивается ее экзотермичность. Для солей ЕлС1 и ЕлВг
другая зависимость: монотонное уменьшение выделяемого тепла с
увеличением концентрации раствора. Оптимум для кривых 1,2,4 на
рис. 6.26 связан с тем, что при малых концентрациях ионов в рас-
творе в первую очередь в их гидратные оболочки уходят «свобод-
ные» молекулы воды и те, которые заполняют пустоты поверхност-
ных слоев кристаллической структуры кластеров. Это связано с тем,
что все они имеют минимальное число водородных связей (1+2), а,
следовательно, на их отрыв от кластеров требуется небольшое коли-
чество энергии. При этом

Рис. 6.26. Зависимость интегральной теплоты
растворения солей в воде от концентрации: I -
ЫаС1; 2 - ЫаВг; 3 - ИС1; 4 - ЫаЗ: 5 - ЫВг.

в диапазоне относитель-
ных концентраций от 0 до
0,2 все меньше становится
таких молекул Н2О и по-
этому на отрыв их от кла-
стеров затрачивается все
больше энергии. Далее при
достижении некоторого
критического числа ионов
за счет большой энергии
гидратации начинает раз-
рушаться кристаллическая
структура кластеров, и
когда их размеры умень-
шаются до некоторой кри-
тической величины, то они

теряют устойчивость, легко разваливаются и требуемая энергия на
этот процесс уменьшается, что приводит к возрастанию тепловыде-

ления в растворе.

В ряду солей НаС1, ИаВг, На! увеличение экзотермичности реак-
ции растворения связано с тем, что радиуса отрицательных ионов С1,
Вг, !* в той же последовательности возрастают: 1,81; 1,92; 2,2 А, а,
следовательно, уменьшается их энергия гидратации, поэтому больше
тепла выделяется в растворе за счет энергии кристаллической решет-
ки солей. Отличие в возрастании степени экзотермичности реакций
растворения солей ЫС1, 1лВг от ряда №С1, ЫаВг, ИаЛ вызвано тем,
что энергия гидратации иона Ы+ существенно выше (~517 кДж/моль)
в сравнении с ионом (~324 кДж/моль), поскольку сильно отли-
чаются их радиуса (0,6 и 1 А). Поэтому уже при малых концентра-
циях растворения солей ЫС1, 1лВг больше требуется молекул Н2О в
гидратные оболочки ионов 1л . Начинают одновременно идти про-
цессы уменьшения концентрации «свободных» молекул и разруше-
ния кристаллической структуры кластеров, поэтому кривые 3 и 5 на
рис. 6.26 имеют монотонный вид. Уменьшение тепловыделения при
растворении солей 1лС1, ЫВг с ростом их концентрации обусловле-
но большим расходом молекул Н2О в гидратные оболочки ионов Ы+.
В связи с этим усиливается их обмен между соседними ионами, что
требует дополнительной энергии.

Рассмотрим далее вопрос, как размещаются в водном раство-
ре электролита ионы, поскольку на эту тему в научной литературе
существует много различных теорий, фактически экспериментально
никак не подтвержденных, начиная от образования ионных атмос-
фер, состоящих, например, из отрицательных ионов вокруг сильного
положительного иона [1.12] (или наоборот, теория Дебая-Хюккеля),
образования ассоциатов из них [1.12] до встраивания ионов в кри-
сталлическую решетку кластеров [3.49]. Покажем, что эти предпо-
ложения неверны на конкретных примерах. Как уже много обсуж-
далось выше по тексту, все ионы в водном растворе при малых и
умеренных концентрациях гидратированы, то есть, окружены одной
или двумя оболочками молекул воды. Молекула Н2О представляет из
себя электрический диполь с дипольным моментом ц=0,61 х 10’29 Кл*м
и при взаимодействии ее с зарядом иона энергия составляет 15д=чц7
(К(+К3)2 (см. 6.22). Это означает, что на присоединение молекулы
Н2О к иону тратится электростатическая энергия иона, поэтому сила
электростатического взаимодействия гидратированного иона с дру-
гими ионами и внешним электрическим полем существенно умень-
шается. При достаточно большом количестве «свободных» молекул
воды вокруг ионов образуются «шубы», так что они экранируются
и, фактически, превращаются в почти нейтральные частицы. Кроме
того, надо помнить, что в структуре воды с учетом требования ми-
нимальной потенциальной энергии системы частиц ионы будут рас-
полагаться между кластерами в тех местах, где происходит стыковка
трех-четырех штук, то есть ионы с гидратными оболочками будут
отделены друг от друга еще и кластерами воды. Подобным образом
и создается электростатически нейтральная равновесная система ча-
стиц водного электролита. Это хорошо подтверждается, например,
экспериментальными данными работы [3.49], представленными на
рис. 6.27. На рисунке показаны опытные зависимости средних моль-

ных объемов водных растворов НС1, КЬС1, МН4С1 от концентрации,
которые можно рассчитать по формуле Ум=[М(1-Ск)+М.Ск]/[р(1-
Ск)+рйСк], где Мр р., Ск - молярная масса, плотность и концентрация
растворов. Сравнение расчетных данных с опытными показывает, что

0	2	4	6	8 Ск моль.%

Рис. 6.27. Зависимости средних мольных объе-
мов растворов электролитов при 0"С: / - НС1;
2 - ЯЬС1; 3 - ЫНр [3.49].

для водного раствора НС1 его
плотность остается практиче-
ски равной плотности воды, а
для КЬС1, 1ЧН4С1 уменьшается.
Этот факт можно объяснить
следующим образом, при рас-
творении НС1 образуются по-
ложительные ионы Н3О+, кон-
центрация которых в чистой
воде регулируется обратимой
реакцией диссоциации молекул
Н2О №1 (табл. 4.2). То есть, ког-
да она за счет растворения НС1

возрастает, то начинают идти
процессы рекомбинации Н3О+ с радикалами ОН и превращения их в
молекулы воды. Отрицательные ионы СГ значительно слабее гидра-
тируются молекулами Н2О по сравнению с положительными ионами
[1.12], поэтому они собирают в свои гидратные оболочки только «сво-
бодные» молекулы воды, не затрагивая молекулы, находящиеся в кла-
стерах. Таким образом, при растворении НС1 в малых концентрациях
анионы СГ собирают в свои гидратные оболочки только «свободные»
молекулы воды и располагаются между кластерами, а катионы Н3О+
превращаются в молекулы Н2О и поэтому молярный объем раствора
не меняется по сравнению с чистой водой.

Положительные ионы (катионы) существенно сильнее гидрати-
руются и по росту разрушающего воздействия на кристаллическую
структуру кластеров, например, катионы щелочных металлов рас-
полагаются в следующем порядке ЬГ>Ма+>К.+>КЬ+>С8+ [2.2], что
связано с соотношениями их радиусов 0,6< 1 <1,33< 1,48< 1,68 А. При
растворении КЬС1, МН4С1 в воде катионы КЬ+, 1ЧН4+ дополнительно к
анионам СГ вначале при малых концентрациях отбирают молекулы
воды, находящиеся в пустотах боковых поверхностей кристалличе-
ской структуры кластеров, обладающих минимальным количеством
водородных связей (1<-2) с молекулами Н2О в узлах каркаса решетки.
Эти ионы с толстыми гидратными оболочками размещаются между
кластерами, увеличивая в среднем межкластерное расстояние. С
другой стороны, удаление молекул воды из пустот кристаллической
структуры кластеров уменьшает их среднюю плотность, поэтому в
совокупности эти два фактора и увеличивают средние мольные объ-
емы водных растворов КЬС1, МН4С1.

При гидратации анионы ориентируют все молекулы воды в пер-
вичном слое атомами водорода наружу, а катионы - во внутрь, в то
же время в тетраэдрической структуре кластера около каждой моле-
кулы Н2О четыре другие расположены попарно атомами водорода
во внутрь и наружу. Такая ситуация приводит к появлению проме-
жуточного слоя молекул воды между гидратной оболочкой иона и
поверхностью кластера. Граница полной гидратации ионов дости-
гается при такой концентрации электролита, при которой разруша-
ются кластеры, и все молекулы воды распределяются между соль-
ватными оболочками катионов и анионов. Начиная с этого момента,
ионы в водном растворе ведут конкурентную борьбу за молекулы
Н2О, которые постоянно перераспределяются в зависимости от ги-
дратационной способности ионов. С ростом концентрации раствора
наблюдается переход от структуры чистой воды к структуре кристал-
логидратов, а координационные числа ионов соответствуют их коор-
динационным числам в кристаллогидратах [2.2]. Подтверждением
изложенной теории может служить рисунок 6.28, где приведена за-
висимость рассеяния света на длине волны 0,546 мкм, проходящего
через водный раствор додецилсульфата натрия в зависимости от его
концентрации. Авторы работы [6.13] объясняют подобную зависи-
мость изменения рассеяния фазовыми переходами второго рода и
амплитудами флуктуации (колебаний) молекул, на самом деле здесь
дело в другом. Рост рассеяния света при малых концентрациях это-
го вещества ((НО,003 моль/л), образующего при растворении ионы,
связан с тем, что на первой стадии ионы отбирают в свои гидратные
оболочки «свободные» моле-
кулы воды, а также Н2О, нахо-
дящиеся в пустотах кристал-
лической решетки кластеров.
В этой стадии формируется
промежуточный слой молекул
воды между гидратными обо-
лочками ионов и кластерами
воды. Это приводит к образо-
ванию крупных ассоциатов, со-
стоящих из гидратированных
ионов и кластеров воды. Далее
по мере увеличения концентра-
ции додецилсульфата натрия в
диапазоне 0,003-41,006 моль/л,
когда в гидратные оболочки

Рис. 6.28. Рассеяние света на длине волны
0,546 мкм в водном растворе додецилсульфа-
та натрия [6.13].
ионов уходит большое количество молекул воды из промежуточно-
го, связывающего слоя, эти ассоциаты разваливаются на водяные
кластеры и гидратированные ионы. То есть, размер частиц умень-
шается, следовательно, снижается рассеяние зондирующего света.
При дальнейшем увеличении растворяемого вещества (более 0,006
моль/л) начинают уже разрушаться водяные кластеры и образовы-
ваться кристаллогидраты, размер которых больше, чем гидратиро-
ванных ионов и кластеров, что снова вызывает увеличение рассея-
ния света.

6.6.5.	Электрическая проводимость жидкой воды

Проанализируем теперь проблемы электрической проводимости
чистой воды и водных растворов, в которых до настоящего времени
существует много неясных вопросов. Вначале рассмотрим электро-
проводность чистой, например, дважды дистиллированной воды. В
монографии [2.7] приведены подробные экспериментальные данные
по электролизу такой воды, часть которых подробно обсуждалась в
гл. 3,4, но имеются также другие интересные результаты, связанные
непосредственно с электропроводностью воды, поэтому рассмотрим
их. Схема конструкции электролизера показана на рис. 6.29, который
состоит из: внешнего сосуда (1); внутреннего (2) с полупроницаемой
мембраной, сделанной из спеченных зерен стекла марки «пирекс»
_	—	(5); пластин анода (3) и катода

V	”	(4), выполненных из нержаве-

||	з ющей стали. В сосуды налива-

лась чистая дистиллированная
вода двойной перегонки, на
электроды подавалось напря-
жение постоянного тока от 0
до 300 В, а электролиз воды
проводилась от нескольких
часов до нескольких суток. В

Н	’	7 процессе электролиза во вну-

треннем сосуде нарабатывался
анолит, а во внешнем - като-

Рис. 6.29. Схема электролизера: 1 - внешний лит, Причем уровень ЖИДКОСТИ
сосуд: 2 - внутренний сосуд: 3 - анод: 4 - ка- КаТОЛИТа был ВЫШв урОВНЯ
тод; 5 - полупроницаемая мембрана: 6 - ано- аН0ЛИТа. Авторы Монографии
лит; 7-католит[2.71.	г-» с

[2.7]	объясняют этот опытный
факт за счет переноса через капилляры мембраны массы жидкости
и зарядов иои-кристаллическими ассоциатами. На самом деле это
связано с наработкой в процессе электролиза в католите молекуляр-
ного водорода, вызывающего уменьшение плотности жидкости, а
в анолите кислорода - существенно более тяжелого газа, поэтому
за счет парциального гидростатического давления молекул воды и
устанавливается разная высота столбов жидкостей.

Физические процессы, протекающие в полупроницаемой мем-
бране при попадании в поры и капилляры молекул воды, подробно
описаны выше. Повторим только, что в отсутствии внешнего элек-
трического поля в результате ионизации молекул Н2О мембрана (5)
заряжается положительно, а с двух сторон ее в жидкости образуются
слои из гидратированных электронов и ионов ОН-. Когда прикла-
дывается разность потенциалов к электродам (3,4), то электронное
облако в анолите под действием электрического поля уходит к аноду,
а в католите со стороны катода оно остается. Прохождение электри-
ческого тока через жидкость между катодом и анодом происходит
следующим образом: электроны, стекая с катода, благодаря при-
катодным реакциям в воде №2 и 4 (табл. 4.2) образуют ионы ОН-,
Н3О2-, Н5О3-, (Н2О)п-, которые под действием электрического поля
диффундируют к полупроницаемой мембране (5), заряженной поло-
жительно и имеющей со стороны катода отрицательно заряженный
слой воды. Количество отрицательных зарядов в этом слое воды под
действием электрического поля, приложенного к электродам, увели-
чивается свыше того предела, который обеспечивает естественная
напряженность поля полупроницаемой мембраны. В связи с этим
часть из них проходит отрицательно заряженный слой воды и попа-
дает в капиллярные каналы мембраны. Далее, благодаря большой за-
пасенной колебательной энергии в молекулах Н2О, присутствующих
в порах мембраны в связанном состоянии с активными элементами,
ионы ОН-, Н3О2-, Н5О3-, (Н2О)п- разваливаются, в конечном счете, на
молекулы воды и свободные электроны. Свободные электроны ухо-
дят из капиллярных каналов мембраны в анолит, где частично гидра-
тируются и далее диффундируют к аноду, переходя затем на метал-
лический электрод, а молекулы воды в зависимости от парциального
давления поступают в католит или анолит. Положительные ионы Н+
и Н3О+ в анолите отталкиваются от положительно заряженной мем-
браны (5) и не проходят в католит. Таким образом, здесь осущест-
вляется прохождение тока через воду за счет электронной проводи-
мости без переноса массы вещества от катода к аноду, а перетекание
нейтральных молекул Н2О через капиллярные каналы мембраны из
одного сосуда в другой происходит только под действием парциаль-
ного давления гидростатического столба жидкости.

Эти эксперименты также показали, что сила тока при одном и том
же напряжении на электродах сильно зависит от таких условий, как
длительность «тренировки» электролизного процесса и временных
интервалов его остановки. На рис. 6.30 показаны кривые изменения
силы тока со временем для разности потенциалов ~200 В и разных
условий проведения эксперимента: 1 - предварительная активация

электролиза воды составляла I = 16 часов и интервал времени, на ко

Рис. 6.30. Зависимость силы тока при электро-
лизе чистой воды: I - активация 16 час., время
отключения 5 мин.: 2 - активация 64 часа, время
отключения 6 мин.; 3 - активация 64 часа, время
отключения 15 мин. [2.7].

торый снималось напряже-
ние с электродов было 1ин=
5 минут; 2,3 - эти времена
были соответственно 1АК=64
часа, 1ин= 6 минут и 1АК=64
часа, 1ин= 15 минут. Из дан-
ных опытов видно, что сила
тока (или электропровод-
ность среды) существенно
возрастает с увеличени-
ем времени «тренировки»

воды и временного интер-
вала остановки процесса
электролиза. Отсюда мож-
но сделать вывод, что в ре-
зультате таких воздействий

значительно увеличивается электропроводность чистой воды, что
связано только с наработкой в ее объеме дополнительного количе-
ства свободных электронов. Этот факт еще раз подтверждает суще-
ствование квантово-механических и колебательно-неравновесных
химических реакций (3.25-^3.27), табл. 4.2, рис. 4.2, рис. 4.3 в воде.
Действительно, за счет дополнительного притока электронов в нее

с катода, после того как сняли напряжение с электродов, начинают
идти эти реакции, в результате которых нарабатываются электроны
и ионы: ОН , Н3О2', Н5О,, причем, как показывают многочисленные
другие эксперименты, количество их будет определяться суммарным
временем воздействия реакций. Из рис. 6.30 также видно, что для ва-
риантов НЗ возрастает и предельное значение электрического тока

или электропроводность среды, а это означает, переход воды в новое
устойчивое состояние (аттрактор), где вырабатывается повышенное
содержание электронов и ионов.

В теории электропроводности сильных и слабых водных элек-
тролитов при электролизе и в химических источниках электрическо-
го тока (гальванические элементы) считается, что за перенос зарядов
между электродами ответственны только ионы (анионы и катионы)
растворяемых веществ, а передача электронов к ним и отрыв осу-
ществляется в при катодных и прианодных областях, где идут со-
ответствующие равновесные химические реакции. Совершенно не
учитывается собственная электропроводность самой воды, которая
в присутствии большой концентрации ионов и высокой энергии ги-
дратации может значительно возрастать. Как уже излагалось
выше, гидратированные молекулы Н2О сильно сжаты и колебательно
возбуждены с энергией квантов вплоть до ~240 кДж/моль, которые в
виде фотонов света могут излучаться и поглощаться абсолютно ре-
зонансно окружающими молекулами воды. Таким образом, молекулы
Н2О в электролите всегда сильно колебательно возбуждены, по срав-
нению с чистой водой, что вызывает протекание колебательно нерав-
новесных реакций (3.25-5-3.27), табл. 4.2, рис. 4.2, рис. 4.3 и наработку
в его объеме дополнительного количества электронов и ионов Н+,
Н3О+, ОН , Н3О2~, Н5О3 , покажем это на конкретных примерах.

Анализ научной литературы по электрической проводимости
воды дает следующую информацию. Прохождение электрического
тока в воде осуществляется вдоль некоторых каналов, а электропро-
водность определяется их толщиной, физико-химическими свой-
ствами, температурой, величиной приложенного электрического
поля и связана с туннелированием электронов [1.12, 2.7, 6.68]. Зави-
симость электропроводимости воды от температуры носит немоно-
тонный характер, наблюдаются осцилляции величин проводимости,
причем ее стационарное значение при комнатной температуре может
повышаться на несколько порядков [1.12]. Экспериментально не-
однократно было определено, что электропроводность чистой воды
возрастает при следующих воздействиях на нее: ультразвуковых и
звуковых колебаниях, СВЧ и КВЧ излучениях, слабого переменного
магнитного поля, импульсном электрическом пробое, в пленках на
твердых телах [2.30, 3.23, 3.41-5-3.46, 3.55]. В то же время поглоще-
ние в воде монохроматического излучения с длиной волны 1,15 и
1,529 мкм приводило к уменьшению ее электропроводности [6.76].
О квантово-механических и физико-химических процессах, про-
исходящих в жидкой воде при различных типах селективных воз-
действий, изложено выше по тексту. Поэтому здесь только добавим,
что поскольку за электропроводность отвечает общая концентрация
электронов, положительных и отрицательных ионов, то образование
тех или иных видов носителей электрического заряда будет зависеть
от того, какого типа преобладают реакции: водородного (4.17) или
кислородного (4.18).

На электропроводность воды оказывает влияние не только об-
щая концентрация электронов и ионов, определяемая заданным ее
состоянием (аттрактором), но и степень гидратации их, а также по-
стоянных превращений в результате химических реакций. Чтобы
разобраться в этом вопросе приведем некоторые экспериментальные
данные: среднее время жизни иона ОН в жидкой воде при темпе-
ратуре 25°С равно 4* 1012 сек, иона Н3О+ - 2,2* 1012 сек, свободного
электрона—10" сек, а подвижности их соответственно составляют
- 1,98хЮ-3; 3,62x10'3; 2х10'3 см2/сек/В [1.12, 1.19, 4.6]. Для свобод-
ного электрона в воде, расстояние, проходимое им от одного акта
гидратации (или акта рекомбинации иона ОН ) до другого состав-
ляет 2000+3000 А, или он может пройти 10+50 кластеров [1.12]. На
основании этих данных можно сказать, что превращения инов ОН“,
Н3О+ и электронов в химических реакциях тесно связаны между со-
бой, а скорости их большие и примерно одинаковые. Основной ре-
акцией образования и поглощения электрона в воде является (4.10)
[4.5], которая оказывается практически термонейтральной и с уче-
том того, что кинетическая энергия молекул воды меняется в диа-
пазоне 0+100°С от 3,4 до 4,65 кДж/моль можно ожидать большой ве-
роятности ее протекания. В то же время для равновесного состояния
молекулы Н2О скорость ее, приводимая в научной литературе, до-
статочно низкая 0,8хЮ6 см3/моль/сек [4.2], но если учесть степень
колебательного возбуждения молекулы воды, например, Н20(0,0,4),
то скорость ее возрастает до ~10" см3/моль/сек (см. гл. 4).

Экспериментальные данные по свободному пробегу электронов
в жидкой воде дают достаточно большие величины 2000+3000 А и
это можно объяснить следующими причинами: фундаментальным
квантово-механическим свойством свободных электронов приобре-
тения скоростей на многие порядки выше по сравнению с другими
частицами в жидкой воде (см. выше); ажурностью кристаллической
решетки кластеров; взаимодействием электронов только с теми мо-
лекулами воды, у которых имеются свободные водородные связи.
Согласно опытным данным скорость свободных электронов в воде
составляет 20000+30000 м/сек, а эффективный радиус полости в кри-
сталлической структуре кластера ~1,56 А [1.12,3.49], поэтому, когда
у молекул, находящихся в ее узлах, заняты все водородные связи, то
внутренний объем его будет создавать минимальное сопротивление
проходящему электрону. На поверхности кластера и в межкластер-
ном пространстве находятся молекулы с неполным числом занятых
связей, а также все ионы, радикалы и примеси, которые будут соз-
давать наибольшее сопротивление. Таким образом, можно сделать
вывод, что чем крупнее кластеры в воде, тем больше будет ее прово-
димость. С этих позиций можно объяснить сверхпроводимость пле-
нок воды на керамиках типа Ьа-Ва-Си-0 и кварцевых стеклах при
низких температурах 90+260°К [6.69+6.74]. Вследствие больших
энергий взаимосвязей молекул воды с активными атомами вещества
подложки (см. табл. 6.9) начинают идти квантово-механические и
колебательно-неравновесные химические реакции (3.25+3.27, табл.
4.2). В этом случае, с одной стороны, нарабатывается большое ко-
личество электронов и ионов, а с другой - кластеры укрупняются до
гигантских размеров. Кроме того, при низких температурах умень-
шается амплитуда колебаний молекул Н,О в узлах кристаллической
решетки кластеров. Все это в совокупности и приводит к резкому
увеличению электропроводимости таких пленок воды вплоть до 105
раз по сравнению с чистой водой.

До сих пор мы говорили об электропроводности воды для по-
стоянного тока, типичные значения которой в условиях получения
дистиллята на воздухе составляют рэпт=(Н2)*10'4 См/м, а в усло-
виях вакуума рэпт=(2,85-^20)х 10'6 См/м. В общем случае и для пере-
менного тока выражение для нее имеет вид [6.20]:

Рэ = Рэ.пт +е0(е5-1)тш2/(1+ш2т2),	(6.24)

где ш - частота изменения электрического напряжения; т - время ре-
лаксации электрических диполей молекул воды. Для частоты тока
в 50 Гц добавка к электропроводности по постоянному току при
т=2,4х10'5 сек [2.12] составляет -4,1x10" См/м, а для частоты 10
ГГц и т=~10" сек соответственно 34,1 См/м, поэтому за счет такой
сверхпроводимости вода быстро нагревается в СВЧ поле.

Резюмируя все выше изложенное, можно утверждать, что элек-
тропроводность чистой жидкой воды осуществляется за счет транс-
порта ионов и электронов от одного акта их превращения до другого,
а ее величина зависит от степени колебательного возбуждения мо-
лекул Н,О, причем этот вывод прекрасно подтверждается большим
количеством экспериментальных данных по селективным воздей-
ствиям на воду.

На основании сделанных выводов можно теперь объяснить изме-
нение некоторых характеристик водных растворов сильных и слабых

электролитов в зависимости от
концентрации и температуры.
В качестве примера на рис.
6.31 приведены зависимости
удельной электропроводности
водных растворов некоторых
сильных (НС1, КОН) и слабых
(1йС1, СН^СООН) электролитов
от концентрации. В литературе
наличие оптимума у кривых
(рис. 6.31) сильных электро-
литов объясняют, с одной
стороны, возрастанием коли-
чества ионов при увеличении
концентрации растворяемого
вещества, а с другой - ростом

Рис. 6.31. Зависимость удельной электропро-
водности водных растворов электролитов от
концентрации: 1 - НС1: 2 - КОН; 3 - ИС1; 4
- н,соон
вязкости электролита. Кроме того, считается, что в водных раство-
рах сильных электролитов при любых концентрациях растворения
все молекулы вещества распадаются на ионы. Покажем на примере
НС1, что это несколько не так: при растворении молекулы соляной
кислоты в воде образуется ион Н3О+ (см. выше), тогда для значения
концентрации Ск=4 моль/л (или относительной величины 0,24), со-
ответствующего максимальному значению электропроводности
(кривая 1, рис. 6.31), число молекул НС1 в растворе будет -0,8х 1022
см 3, общее число ионов Н3О+ и С1 - 1,6><1022 см 3, а оставшееся ко-
личество молекул воды будет 2,53х 1022 см 3. Но это означает теоре-
тически, что на каждый ион в гидратной оболочке будет приходить-
ся по одной, две молекулы воды, чего, в принципе, быть не может,
поскольку вероятность равномерного распределения молекул воды
между ионами будет очень мала. Тогда окажется, что какие то ионы
будут гидратированы, а другие с противоположными зарядами соз-
дадут комплексы с нейтрализацией общего заряда. Кроме того, и это
самое важное, поскольку кристаллическая структура кластеров воды
при таких концентрациях растворения будет полностью разрушена
(энергия гидратации ионов превышает энергию водородных связей
более чем на порядок), то резко уменьшиться диэлектрическая про-
ницаемость раствора. В этом случае, фактически, прекратиться дис-
социация молекул НС1 и ионизация атомов (см. выше), поэтому по
совокупности вышеизложенных причин при достижении некоторого
критического значения концентрации НС1 прекращается рост элек-
тропроводности, а затем происходит ее уменьшение.

Еще одно важное свойство водных растворов электролитов тре-
бует пояснения. Как известно, наибольшей молярной электрической
проводимостью обладают ионы Н3О+ (кх=349,8хЮ“* См.м2/ моль) и
ОН" (Х”= 198,3 х! О'4 См.м2/моль) по сравнению, например, с ионами
Иа+ и С1“ (Х"=50,1х 10-4 и 74,6х Ю'4 См.м2/моль). Возникает вопрос,
почему ионы Н3О+ и ОН", которые никакими особенными свойства-
ми не выделяются среди других ионов (см. табл. 6.11), обладают та-
кой высокой электропроводностью. Молярная электропроводность
электролита в общем случае прямо пропорционально зависит от
степени диссоциации молекул растворяемого вещества, величины
зарядов ионов и их подвижности в растворе. В то же время подвиж-
ность ионов должна зависеть обратно пропорционально от их раз-
мера с учетом гидратированного слоя молекул воды и общей массы,
поскольку ее определяют силы вязкости и времена перемещения
от одного столкновения до другого. С этих позиций для иона ми-
нимальной массы и минимального размера предельная молярная
электропроводность должна быть наибольшей, но анализ табл. 6.11
показывает, что это совершенно не так и, например, для Ы', обла-
Ион	Н,(Г	МН/	К*	и-	№'	мг	Аё*	РЬ2'
Радиус, А	1,35	1,43	1,33	0,6	0,98	0,8	1,26	1,3
Мол. масса	19	18	38	6	22	24	94	164
Xх, См.м2/ моль	0,035	0,0074	0,0074	0,0039	0,005	0,0053	0,0062	0,007x2
Ион	ОН	НСОО	8С1Ч	С1	Е	Вг	Г	8О2
Радиус, А	1,53	1,58	1,95	1,81	1,33	1,95	2,16	2,3
Мол. масса	17	45	58	34	18	70	106	96
Xх, См.м2/ моль	0,02	0,0055	0,0066	0,0076	0,0055	0,0078	0,0077	0,008x2
Табл. 6.11. Физические характеристики некоторых ионов.								

дающего наименьшей массой и радиусом, она, вообще, минимальна
по сравнению с остальными ионами. Катионы Н3О+, МН4+ и анионы
ОН , Р- обладают очень близкими характеристиками по массе и раз-
мерам, а электропроводность ионов Н3О+ и ОН соответственно в 4,7
и 3,6 выше, чем для МН4’ и Р-. На основании этого простого анализа
можно сделать вывод, что на электропроводность электролитов до-
полнительно влияют какие-то и другие факторы.

В научной литературе этот факт аномально высокой молярной
электропроводности ионов Н3О+ и ОН в последние годы пытаются
объяснить, так называемой, протонной проводимостью, схема кото-
рой показана на рис. 6.32. Предполагается, что структура воды пред-
ставляет собой непрерывную сетку водородных связей, в узлах кото-
рых находятся молекулы Н2О в строго ориентированном положении и
в эту сетку встроены за счет водородных связей ионы Н3О+ и ОН-. Тог-
да в случае приложения внешнего электрического поля у иона Н3О+
рвется одна ковалентная связь (возможно гидратационная) и протон
(Н+) подсоединяется к соседней молекуле Н2О, заменяя водородную
связь на ковалентную (возможно гидратационную), и таким образом

он двигается от анода
к катоду. Движение
иона ОН происходит
в противоположном
направлении, при
этом протон отрыва-
ется от соседней ней-
тральной молекулы
Н2О, соединяется с
ионом ОН-, компенси-
руя его электрический
заряд. Обязательным
условием работы этой

(.. О-Н.. О-Н.. О.. О-Н...)=Х.. О-Н...0.. Н-О...О-Н...)

1111	1111

Н Н ННОН-Н Н НН

Еэ -----------►

Рис. 6.32. Схема Гротгуса эстафетного механизма переме-
щения протона в жидкой воде: Е - электрическое поле;

-----ковалентная связь; .... - водородная связь; [3.8].
схемы является необходимость разворота ориентации соседней моле-
кулы Н,О на 180° после совершения актов отрыва и присоединения
протона. Так как энергия отрыва протона от молекулы воды больше
по сравнению с ионом гидроксония, то и вероятность перехода прото-
на от воды к иону ОН меньше, чем от Н3О’ к воде, поэтому считают,
что с этим связано отличие их электропроводности. Эта теория по-
лучила в настоящее время широкое распространение, решена задача
в идеализированной постановке перемещения протона в жидкой воде
в виде солитонной волны [1.12] и, что еще более проблематично, она
распространена на движение протонов в биологических клетках, в хи-
мических реакциях органических соединений и т.д.

Постараемся достаточно аргументировано доказать несостоя-
тельность этой теории. Во-первых, как уже выше излагалось, струк-
тура воды не представляет собой непрерывную сетку из водородных
связей и молекул Н2О в ее узлах, а состоит из кластеров ажурной
кристаллической структуры, боковая поверхность которых покрыта
более плотной пленкой, и «свободных» молекул, отвечающих за все
транспортные свойства воды. Такая структура подтверждается гро-
мадным количеством экспериментальных данных и в ней невозмож-
но себе представить под действием каких сил молекулы воды должны
согласовано разворачиваться на 180°. Энергия внешнего приложен-
ного поля даже напряженностью вплоть до 107 В/см составляет не
более 2,3 кДж/моль (см. табл. 2.6), то есть меньше чем кинетическая
энергия молекул (3,4+4,65 кДж/моль), благодаря чему «свободные»
молекулы Н2О будут всегда хаотично развернуты друг относительно
друга. Кроме того, для разворота одной молекулы воды в кристал-
лической структуре кластера потребуется, по крайней мере, разрыв
одной водородной связи с затратой энергии ~21 кДж/моль, но это, в
свою очередь, приведет к перестройке структуры всего кластера, на
что также нужна дополнительная энергия.

Во-вторых, энергия разрыва ковалентных связей Н-ОН состав-
ляет 494 кДж/моль, энергия гидратации протона Н+ - 107 кДж/моль
и, если даже предположить, что в этих процессах «работает» дефект
Бьеррума (появление и уход на линии водородной связи между дву-
мя атомами кислорода в кристаллической решетке двух протонов),
то его энергия равна ~63 кДж/моль. Но поскольку эта теория развита
для равновесных процессов в жидкой воде, где максимальная энергия
межмолекулярных связей не превышает 44 кДж/моль, то возникает
вопрос - откуда она в этих эндотермических процессах берется.

Третий аргумент связан с тем противоречием, что в такой схе-
ме переноса зарядов при прохождении электрического тока в чистой
воде происходит избранный перенос массы, когда у анода должен
скапливаться кислород, а у катода - водород, даже, что важно под-
черкнуть, и при слабых электрических полях, чего на практике не
происходит (см. выше). На самом деле полный электролиз жидкой
воды происходит в электрической дуге только тогда, когда напряжен-
ность электрического поля превышает величину 0,5х 109 В/см и под-
водится энергия, значительно превышающая энергию ковалентных
связей атомов в молекуле Н2О.

Далее, если представить, что за перенос протона в жидкой воде
ответственен солитонный механизм, то тогда длина волны такого
единичного солитона будет равна ~3 А (см. рис. 6.32). Но это означа-
ет, что на кристаллическую решетку кластеров, имеющей минималь-
ные размеры структурной единицы 7,67*4,93*3,11 А, оказывается
периодическое воздействие с длиной волны меньшей ее размеров. В
этом случае кристаллическая структура кластеров воды после про-
хождения протона должна разрушаться [1.5], и тогда вообще стано-
вится неясно, за счет каких механизмов она может восстанавливать-
ся, поскольку на это требуются большие затраты энергии.

С другой стороны, с позиций развитой теории колебательно
неравновесных процессов в жидкой воде, можно объяснить высо-
кую молярную проводимость ионов Н3О+ и ОН". Если проанализи-
ровать данные на рис. 6.31, то, например, при растворении НС1 в
воде в растворе увеличивается концентрация ионов Н* и Н3О+. Среда
сдвигается в кислую область, что увеличивает наработку электро-
нов (брутто-реакции 4.18). В этом случае, когда производят измере-
ния электропроводности, нужно помнить, что реакции идут во всем
объеме электролита, а не только в прикатодной и прианодной об-
ластях. Происходит наработка колебательной энергии, которая на-
капливается в молекулах воды, и запускаются процессы квантово-
механических и колебательно-неравновесных химических реакций
(3.25^-3.27), табл. 4.2 и рис. 4.3. Вода переходит в состояние аттрак-
тора с повышенным содержанием электронов, ионов Н+ и Н3О+.

Совершенно аналогичные процессы с водой происходят при
растворении в ней щелочей, когда в раствор вводится избыточное
количество ионов ОН . Только в этом случае преобладают реакции
водородного типа (4.17), уменьшается концентрация ионов Н+ и
Н3О+, среда сдвигается в щелочную область, и нарабатываются ионы
ОН". Точно также возрастает запасенная колебательная энергия мо-
лекул Н2О, идут реакции (3.25^-3.27), табл. 4.2, рис. 4.2 и вода пере-
ходит в новый аттрактор. Превышение молярной электропроводи-
мости иона Н+ или Н3О+ по сравнению с ионом ОН" почти в 1,8 раза
связано, во-первых, с тем, что в кислотных растворах с катионами
Н+ и Н3О+ присутствует большая концентрация электронов, которая
не учитывается при расчетах, а, во-вторых, подвижность катионов и
электронов выше, чем аниона ОН".
Для других растворов электролитов, где отсутствуют дополни-
тельно привносимые концентрации ионов Н+, Н3О+, ОН за счет рас-
творенного вещества, благодаря дополнительному колебательному
возбуждению молекул Н2О будут также нарабатываться эти ионы и
электроны. В этом случае, обычно, при обработке эксперименталь-
ных данных удельной молярной проводимости ионов никак не учи-
тывают влияние собственных ионов и электронов жидкой воды Н+,
Н3О+, ОН , е“. В то же время проводимость будет сильно зависеть
от их концентрации и степени колебательного возбуждения молекул
Н2О, поэтому и наблюдаются такие сильные отличия в величине Xй
для разных типов ионов (см. табл. 6.11).

6.6.6.	Процессы электролиза водных электролитов
в приэлектродной области

В процессе электролиза в водных растворах электролитов, когда
прикладывается разность потенциалов между анодом и катодом, в
приэлектродных областях возникает скачок потенциала на границе
раствор - металл. Согласно существующим теориям его объясняют
следующими причинами: 1) ионизацией атомов металла на ионы и
электроны внутри металла; 2) сольватацией ионов металла, находя-
щихся на его поверхности, при соприкосновении его с раствором,
содержащим молекулы растворителя [1.12]. В той формулировке, в
которой эти теории используются, они просто некорректны, да и нет
объяснений, за счет каких процессов при прохождении электрическо-
го тока из металла одного электрода выходят в раствор электролита
электроны, отрываются атомы вещества, а также затем они поглоща-
ются и осаждаются на поверхности металла другого электрода.

Как показано в табл. 6.12 энергия связи атомов вещества и энер-
гия выхода электрона в вакуум для основных металлов достаточно
высока (250+600 кДж/моль) и нет никаких оснований утверждать,
что можно разорвать эти связи на границе поверхность металла -
раствор электролита при прохождении слабых токов, когда энергия
электрического поля не превышает кинетическую энергию молекул
растворителя (см. выше). В структуре металлов, хотя и присутствует
большая концентрация свободных электронов, нет положительно за-
ряженных ионов, поскольку тогда бы невозможна была их высокая
прочность [1.5,1.26]. В кристаллической решетке металлов прочные
связи между атомами осуществляются за счет дисперсионных сил,
когда у двух соседних атомов внешние электроны становятся общи-
ми (связывающие электронные орбитали), количество которых в за-
висимости от типа металла колеблется от четырех до восьми (см.
Элемент	Р1	Аи	Рд	Ав	Си	№	XV	Мо	Ре	Сг	РЬ	Т1
Ц,нз-В	0,41	0,23	0,1	0,05	0,03	-0,25	-0,25	-0,3	-0,37	-0,45	-0,65	-0,7
	287	283	500	380	336	335	420	423	438	392	533	503
Ч	511	331	353	251	302	370	770	582	350	338	178	410
ч	513	492	463	415	425	434	438	415	416	442	386	381
ч-ч	226	209	-37	35	89	99	18	-8	-22	50	-147	-122
Табл. 6.12. Сравнительные характеристики некоторых металлов: 1/г кДж/ моль - энергия связи с молекулами Н,О; V? кДж/моль - энергия связи атамов в веществе; кДж/моль - энергия работы выхода электрона; Спнз - потенци- ал нулевого заряда в электролите в отсутствие приложенного напряжения.												

табл. 1.4). В этом случае в качестве свободных электронов оказыва-
ются те, которые оторвались с самых верхних орбиталей, где диспер-
сионные связи минимальны, поэтому избыточный положительный
заряд уже нужно относить не к одному атому, а к целой их группе, и
его средняя величина будет меньше заряда электрона [1.26].

При гидратации, подчеркнем, не ионов на поверхности металлов
электродов, а нейтральных атомов, которые являются акцепторами
притяжения электронов на себя от донора - молекулы воды, идут про-
цессы разложения молекул воды на положительно и отрицательно за-
ряженные ионы, электроны, и создается двойной электрический слой
в растворе электролита вблизи поверхности электрода точно также,
как описано выше для полупроницаемой мембраны. Но энергии ги-
дратации также не хватает на отрыв электронов и атомов с поверхно-
сти металла электрода, поэтому разберем этот вопрос подробнее.

На границе металл электрода - раствор электролита при прохож-
дении электрического тока мы имеем резкую границу, разделяющую
две среды с сильно различающимися свойствами электропроводно-
сти, поляризации и носителей электрических зарядов. На самом деле
в природе абсолютно резких границ между различными средами не
бывает, всегда имеется переходный слой вещества, где его свойства
меняются плавно от свойств одной среды до другой. Рассмотрим та-
кую границу между поверхностью металла и водным раствором элек-
тролита, показанную на рис. 6.33. Поверхность металла, даже хорошо
полированного, всегда имеет микрошероховатости и поры атомных
размеров, куда проникают молекулы воды. За счет энергии гидрата-
ции молекулы Н2О оказываются связанными с атомами металла, явля-
ющимися крайними в кристаллической решетке и обладающими не-
полным числом электронной связи с окружающими атомами металла.
Таким образом, образуется некоторое новое вещество, состоящее из
смеси атомов металла, молекул воды, ее ионов и электронов, толщина
скин-слоя которого может достигать десятки ангстрем.
Рис. 6.33. Скачок напряженности электрического
поля на границе металл - электролит: 1 - металл
электрода; 2 - электролит: 3 - скин-слой.

Когда прикладывает-
ся разность потенциалов к
электродам и начинает течь
электрический ток, то на
границе между одной сре-
дой - металл (1) и электро-
литом (2) должно выпол-
няться условие, следующее
из уравнений Максвелла: ра-
венства производной напря-
женности электрического
поля по координате перпен-
дикулярной плоскости раз-
дела сред с одной стороны и
производной вектора поля-
ризации вещества с другой
стороны Е0ЗЕэ/ЗХ=-дПп/ЗХ
[1.26]. После интегрирова-
ния это условие можно за-
писать в скалярной форме:
Е0^Э2^^П2—е0^Э 1^^111’ ГДе ^эр

ЕЭ2 - напряженности электрического поля, вектор которых направлен
вдоль оси X (рис. 6.33), в металле и электролите; ПП|=€0МеаеЕЭ| - по-
ляризация электронного облака в металле; Пп,=Е0МваЕэ, - поляриза-
ция молекул воды в электролите; 1Че, Мв - число электронов в металле
и молекул воды в единице объема соответственно; ае, а - поляризуе-
мость соответственно электронная и молекул Н2О. После преобразо-
ваний соотношение между величинами ЕЭ| и ЕЭ2 можно записать:

ЕЭ2=ЕЭ1(1+\а)/(1+\ва).	(6.25)

Рассчитаем, например, соотношение (6.25) для условий медного
электрода и соответствующего водного раствора электролита к нему.
Поляризуемость свободных электронов в металле можно рассчитать
по формулам: ае=ц2т.2/(гп.Е0), те= тсрс/(\ец2) [1.26], где: т,- среднее
время нахождения электронов в металле между двумя соударениями;
ре - удельная электропроводность металла. Тогда в предположении,
что концентрация свободных электронов в металле равна числу ато-
мов в единице объема, для параметров: ц= 1,6* 10” Кл; ео=8,85х1О'12
ф/м; ше=9,11x10 й кг; рс=5,76хЮ7 См/м; те=2,4х1014 сек; Ме=8,5хЮ22
см5; Мв=3,ЗЗх10~ см'5; а=1,49хЮ'24 см5; ае=0,18х10]7 см5 получаем
- ЕЭ2=1,5хЮ5ЕЭ1. Таким образом, на толщине скин-слоя в 10-400 А
получили очень высокий градиент изменения напряженности элек-
трического поля. Если теперь примем во внимание, что величина по-
тенциала нулевого порядка составляет для металлов в электролите
~1 В, то напряженность поля в скин-слое будет достигать ~106Н07
В/см. Примерный график зависимости напряженности электриче-
ского поля в скин-слое металла показан на рис. 6.33.

Под действием такого градиента напряженности электрического
поля электроны с металла катода будут вылетать («стекать») в раствор
электролита, гидратироваться молекулами воды, образовывать ионы
ОН~, Н3О2“, Н5О3, принимать участие в прикатоднух реакциях и бла-
годаря воздействию электрического поля, приложенного к электроли-
ту, диффундировать к аноду. На поверхности металлического анода,
покрытого гидратными молекулами Н2О, часть свободных электронов
будет проходить между молекулами воды и сразу присоединяться к
поверхностным атомам металла. В то же время, основная часть элек-
тронов будет захватываться гидратными молекулами Н2О (они уже от-
дали свои электроны атомам металла) и затем переходить к атомам
металла. Далее под действием подобного же сильнейшего градиента
напряженности поля в скин-слое поступившие электроны из электро-
лита будут «всасываться» в металл анода. Величина градиента напря-
женности электрического поля в скин-слое будет зависеть от многих
параметров: чистоты поверхности электрода; наличия или отсутствия
окисной пленки; наличия пузырьков газа, которые будут заполнять
поры и мешать молекулам воды проникать в них; электропроводно-
сти металла. При этом, чем меньше электропроводность металла, тем
меньше по величине будет градиент поля Еэ, а, следовательно, мень-
ший электрический ток при электролизе он пропустит.

Под влиянием такого градиента поля будут отрываться от метал-
ла катода и анода нейтральные атомы, подчеркнем, не ионы, только
физика здесь несколько иная и совершенно аналогичная процессу
растворения твердых солей в электролите. Решим теперь задачу
о разрушении кристаллической решетки меди для частного слу-
чая диссоциации молекулы Си2, которые она может образовывать.
Атомы в молекуле Си2 колеблются вдоль линии связи между со-
бой с частотой Ьу0=264,5 см 1 и представляют собой гармонический
осциллятор (величина ангармонизма невелика - 1,02 см4). На атомы
металла в скин-слое будет воздействовать постоянное электрическое
поле напряженностью Еэ=10*М О7 В/см, а также переменное от фото-
нов света, излучаемых молекулами воды электролита, которое будет
проникать на глубину (где амплитуда уменьшается в 2,72 раза) §с=
(е0С2/реу)1/2 [1.26]. Тогда воздействующее электрическое поле можно
представить как суперпозицию ЕЭ=ЕЭ1+ЕЭ2=ЕЭ1+Еэоехр(пф) и, если
теперь подставим его в правую часть уравнения (6.15), то получим
выражение для перемещения одного атома в молекуле относительно
ее центра тяжести:
Х=ЧеЕЭ|/(тАУО2)+ЧЕЭ2/тА)/(-у2+'ТУ+УО2)=Х1+Х2 •	(6.26)

Индуцированный электрическим полем дипольный момент мо-
лекулы Си2 равен ц=цеХ или:

ц^2Е|/(тдУ02Жс1е2ЕЭ2/тА)/(-у2+1уу+у02)=Е0[а|(у0)ЕЭ|+а2(у)ЕЭ2]	(6.27)

Для параметров: тА=9,7х10'26 кг; уо=7,94х1О12 Гц; Е=107 В/см;
Че=1,6х10 |9Кл; К.0=2,2 А; идис=16400 см1, где К.о - равновесное
межъядерное расстояние; 1)	- энергия диссоциации молекулы

Си2, получим значение X =0,262 А.

Полученный результат означает, что под действием постоянно-
го электрического поля такой величины среднее межъядерной рас-
стояние в молекуле увеличиться с 2,22 А до 2,744 А. Но, поскольку
в формуле для энергии дисперсионной связи (1.6) расстояние между
частицами осциллятора входит в шестой степени, то она уменьшит-
ся в 3,57 раз, а энергия диссоциации для молекулы Си2 будет равна
Одис=4594 см1. Тогда, чтобы развалить такую молекулу на атомы
необходимо с точки зрения химической ковалентной связи подвести
к ней энергию равную или большую энергии диссоциации. Действи-
тельно, за счет квантов, излучаемых молекулами воды, в растворе
электролита можно сделать это следующим образом:

Сц2+Н2О(у1,7,у3)=>2Сц+Н2О(у,,4,у3)-132 см1.	(6.28)

Такой подход для атомов, находящихся в кристаллической ре-
шетки металла, является чисто формальным, а действительный фи-
зический процесс происходит на квантово-механическом уровне за
счет вынужденных колебаний осциллятора молекулы Си2 с часто-
той падающей волны света из электролита. Тогда атомная поляри-
зация а2(у)=(де2Еэ2/тАЕ0)/(-у2+1уу+у02) молекулы Си2 под действием
падающего кванта света с частотой Ьу=4726 см~'=1,42х 10м Гц и для
случая нулевых диссипативных потерь уменьшится в 319 раз, а со-
ответственно энергия дисперсионных связей (1.6) в ~105 раз, то есть
молекула развалится на атомы. Расчет толщины скинслоя проникно-
вения в медь кванта света для данной частоты [ 1.26] показывает, что
она равна 3=140 А, то есть очень хорошо согласуется с ранее прове-
денными оценками. Таким образом, с помощью выше изложенных
расчетов показано как осуществляется выход и вход электронов с
поверхности электродов в электролите, а также отрыв атомов метал-
ла. Затем атомы металла в приэлектродной области электролита уча-
ствуют в реакциях типа Си^Си2++2е_ и образуются ионы.

В воде и в отсутствии приложенного напряжения к электродам
происходит растворение многих элементов из периодической табли-
цы, включая металлы. Это осуществляется за счет поглощения ато-
мами этих элементов фотонов света, излучаемых колебательно воз-
бужденными молекулами воды, благодаря чему снижается атомная
поляризуемость и резко уменьшается энергия дисперсионной связи
(см. 1.6). Интенсивность растворения в этом случае будет зависеть
от следующих факторов: величины энергии связи кристаллической
решетки вещества; номера колебательного уровня молекулы Н2О, с
которого она переходит на более низкий; величины и знака дефекта
энергий между энергией поглощенного фотона и кристаллической ре-
шетки; степени колебательного возбуждения молекул воды; наличия
или отсутствия окисной пленки или других соединений на поверх-
ности вещества. В качестве примера в табл. 6.13 приведены для неко-
торых элементов, включая металлы, значения энергии связей атомов
в кристаллической решетке, квантовые переходы молекул Н2О, излу-
чающих фотоны света с заданной энергией, дефект энергий.

Положительный знак у дефекта энергии ДЕд=и-Ц означает необ-
ходимость его подвода из кинетического резервуара молекул воды и ато-
мов элементов. Отрицательный знак ДЕд соответствует переводу части
энергии фотона в тепло, причем наибольшая вероятность процесса погло-
щенияфотона веществом будет для ДЕд<0,и должно также выполняться

Элемент	Вт	8е	I	Те	Сз	КЬ	К
и,, см1	2466	2424	3511	4264	5601	5852	6437
(У|Л2Л3)=> (у\,ч'2,ч'3) и,, см 1	(0,0,2)=>(0,3,0)  2440		(0,2,0) (0,0,0)  3477	(3,0,0) (0,4,0)  4165	(3,0,0)=>(0,3,0)  5811		(0,6,0) (0,2,0)  6510
ДЕЛ, см-1	+26	-16	+34	+99	-210	+41	-73
Элемент	Ыа	Ы	В1	РЬ	Ав	А1	8п
1),, см-1	7524	11537	14797	14881	20984	24495	24746
(уЛ,у3)=>  Ц, см-1	(0,0,2) (0,0,0)  7600	(0,7,0) (0,0,0) 11522	(0,0,4) (0,0,0) 14816	(0,0,4) (0,0,0) 14816	(7,0,0) (0,2,0)  20904	(7,0,0) (0,0,0) 24381	(0,0,7) (0,0,0)  24920
ДЕЛ, см"1	-76	+15	-19	+65	+80	+ 114	-174
Элемент	Си	Аи	Сг	Ге	Р<1	№	Ъ
и,, см"1	25247	27672	28257	29260	29511	30932	34276
(у,,у2,у3)=> (у»'з)  Ц, см-1	(9,0,0) (0,3,0)  25404	(8,0,0) (0,0,0)  27516	(0,0,8) (0,0,0)  28096	(0,0,9)=>(0,1,0)  29419		(9,0,0) (0,0,0) 30564	(0,0,10) (0,0,0) 34160
ДЕЛ, см-1	-157	+ 156	+ 161	-159	+92	+368	+116
Табл. 6.13. Энергия связей атамов металла (Vряда элементов и близкие к ним энергии фотонов света, излучаемых молекулами Н2О для одноквантовых переходов (11^: дефекты энергий 6ЕП- У, -							
условие |ЛЕд|<ЗкТ/2. Согласно функции распределения энергии по коле-
бательным уровням наибольшее число молекул Н2О будет приходиться
на нижние уровни НЗ всех мод, в связи с этим следует ожидать наиболь-
шую растворимость для элементов, энергия связи атомов которых будет
близка к ним, то есть таких как Вг, 8е, I, Те, Ск, КЬ, 14а. Для металлов
степень растворимости в воде при одних и тех же условиях должна соот-
ветствовать следующему ряду: РЬ>Аё>А1>8п>Аи>Сг>Си>Ее> Рс1>М 1>Т1,
то есть несмотря на то, что, например, у меди энергия связи атомов в ре-
шетке меньше, чем у хрома и золота, но ее растворимость будет меньше,
поскольку требуются кванты энергии молекул воды с более высокого ко-
лебательного уровня, в то время как населенность их меньше.

Когда происходит контакт металла с водой, то начинают идти два
противоположно направленных процесса: первый - это частичное
растворение его в воде, то есть отрыв нейтральных атомов от кри-
сталлической решетки за счет облучения ее фотонами света, излучае-
мыми молекулами Н2О. И второй - гидратация атомов поверхности
металла молекулами воды, которые отдают свои электроны им, то есть
осуществляется ток электронов из воды в металл. Нейтральные ато-
мы благодаря реакциям превращаются в ионы, образуя приэлектрод-
ный заряженный слой, который и называют потенциалом нулевого
заряда (ПНЗ) (Е1ПНЭ), причем считается, что, если металл заряжается
отрицательными зарядами, то Ц1НЗ>0, а когда положительными, то
Е1пнз<0. Сравнительные характеристики параметров, определяющих
этот потенциал нулевого заряда для некоторых металлов приведены в
табл. 6.12. Анализ данных табл. 6.12 показывает, что металлы в ряду
Р1>Аи>Рд>Ад>Си обладают положительным ПНЗ, обеспечивая от-
ток из воды (электролита) электронов в металл электрода, и создают
аттрактор воды с преимущественным протеканием реакций водород-
ного типа (4.17), сдвигая степень кислотности в щелочную область
(увеличение показателя рН). В то же время для металлов Ы1, XV, Мо,
Ре, Сг, РЬ, Т1, обладающих отрицательным ПНЗ, характерно образо-
вание аттрактора воды с кислотной средой, где происходит преобла-
дание растворения металлов с увеличением концентрации катионов,
то есть идут, в основном, реакции кислородного типа (4.18). Из этой
таблицы можно выбрать металлы, которые оказывают наиболее силь-
ное влияние на состояние воды, обладающие одновременно следую-
щими свойствами: 1) наименьшей энергией связи атомов в веществе,
то есть, наибольшей растворимостью; 2) наименьшей энергией рабо-
ты выхода электрона из металла; 3) наибольшей энергией гидратации
атомов металла молекулами Н2О; 4) наименьшей разницей энергий
ДЕд=Е13-Е1,, что создает близкорезонансное влияние обоих процессов
оттока электронов из воды и притока катионов. К таким металлам с
ЕЕ >0 следует отнести палладий, а для ЕЕ, <0 - свинец.

11Н 3	*	'11Н 3
6.7.	Водные растворы неэлектролитов

Исследование водных растворы неэлектролитов полярных и не-
полярных молекул имеет большое значение, особенно, для молеку-
лярной биологии, поскольку взаимодействие молекул воды с непо-
лярными группами биополимеров и неполярных групп между собой
в водном окружении (так называемые гидрофобные взаимодействия)
играют фундаментальную роль в управлении биохимическими про-
цессами. Именно особенности взаимодействия молекул воды с не-
полярными молекулами и их группами определяют, в первую оче-
редь, специфику водных растворов неэлектролитов по сравнению с
электролитами. В данном разделе на отдельных примерах еще раз
покажем применимость теории колебательно неравновесных про-
цессов и структуры жидкой воды для описания некоторых свойств
растворов неэлектролитов.

6.7.1.	Водные растворы неполярных молекул

Одна из главных особенностей водных растворов неполярных
газов и жидкостей является крайне малая их растворимость в воде,
так для газов она, по крайней мере, на порядок ниже, чем в других
растворителях. Растворение неполярных молекул в жидкости может
осуществляться параллельно двумя путями, во-первых, образованием
полости с «размещением» в ней растворяемой частицы, а во-вторых,
внедрением растворяемой частицы в существующие полости «сво-
бодного объема» растворителя, если размер частицы меньше размера
полости. Согласно существующим теориям процесс растворения не-
полярных газов в воде по первому пути («полостному» механизму)
происходит в две стадии: 1) образование в жидкости полости нуж-
ного размера; 2) «размещение» растворяемой частицы в полости с
одновременным «включением» всех видов ее взаимодействия с окру-
жающими молекулами растворителя. Процесс растворения неполяр-
ных молекул в воде контролируется энтропийным фактором, то есть
энтропия системы частиц уменьшается [6.15]. Причина своеобразия
образования полостей в воде, по сравнению с другими растворите-
лями заключается в особенностях энергонасыщенности молекул, ее
структуры и термодинамических свойств самой воды, в частности,
малости коэффициента объемного расширения и внутреннего давле-
ния по сравнению с органическими жидкостями. Часто предполагают,
что подобная структура построения молекул воды вокруг неполяр-
ной молекулы газа является клатратной, представляющей собой раз-
новидность, так называемых «соединений включения». Она состоит
из решетки, образованной молекулами вещества - «хозяина», между
узлами которой располагаются в пустотах молекулы - «гости». О кла-
тратных структурах немного было описано выше по тексту и имеется
много данных в научной литературе, но можно добавить следующее.
Молекулы воды, непосредственно образующие полости, ориентиру-
ются так, что их три связи как бы «охватывают» полость совсем так-
же как в гофрированных слоях кластеров (центрально-симметричные
связи), а четвертая связь (зеркально-симметричная) направлена ра-
диально наружу, обеспечивая взаимодействие с молекулами воды
структуры кластеров. Важная особенность клатратных структур со-
стоит в том, что, во-первых, они не являются стехиометрическими
соединениями, поскольку степень заполнения пустот может менять-
ся, и, во-вторых, в истинных клатратах нет сильных взаимодействий
между гидрофобной молекулой-гостем и окружающими ее молекула-
ми решетки-хозяина. Еще одним типом структур, которые могут об-
разовываться при растворении молекул неполярных газов, являются
«бабстоны», о которых также написано выше.

Одним из характерных свойств любой жидкости является наличие
«свободного объема». Это означает, что если растворитель характеризу-
ется даже наиболее плотной упаковкой молекул, то между молекулами
всегда остается свободное пространство, в котором, если размеры пу-
стот позволяют, могут разместиться «маленькие» молекулы растворяе-
мого вещества. Чем менее плотной структурой обладает растворитель,
тем больше в нем имеется «готовых» пустот, которые могут быть заня-
ты растворяемыми молекулами. Форма и размеры пустот определяются
конкретной структурой растворителя. Поскольку кластеры воды обла-
дают ажурной тетраэдрической структурой с радиусом полости г-1,56
А [3.49], то «пустотный» механизм растворения в ней должен играть
большую роль при растворении веществ с маленькими молекулами, по
крайней мере, при не очень высоких температурах.

В любом растворителе реализуются оба механизма, но относи-
тельная роль их неодинакова, причем роль пустотного механизма
уменьшается с ростом температуры. Следует подчеркнуть, что раз-
мер растворяемой молекулы играет двоякую роль. С одной стороны,
геометрические характеристики определяют возможности раство-
рения по пустотному или полостному механизму, а, кроме того, и
термодинамические характеристики процесса образования полости.
С другой стороны, от размеров растворяемой молекулы зависит ее
взаимодействие с растворителем (поляризуемость и суммарное рас-
стояние между молекулами, что определяет энергию дисперсионных
взаимодействий между частицами). Типичные зависимости измене-
ния энтальпии и энтропии при растворении благородных и углеводо-
родных газов представлены на рис. 6.34 [6.15]. Из рисунка 6.34 вид-
но, что в диапазонах изменения мольного объема 030 и 30120 см3
зависимости ЛН°Ь, ТЛ8°Ь хорошо апроксимируются двумя прямыми
линиями с изломом между ними, что говорит о различных механиз-
мах растворения газов в зависимости от размера молекулы. Для диа-

пазона мольного объема 030
см3 характерен пустотный
механизм растворения, когда
радиуса молекул достигают
максимальных величин К~1,9
А (СН4) и К^1,98 А (Кг), а да-

лее осуществляется полостной
механизм с образованием кла-
тратов. При этом темп экзотер-
мичности растворения газов
для первого механизма боль-

ДН°ь,ТД8°ь 30 60 90 120 Ум, см3

О
-8
-16
-24
-32
-40
-48
-56
-64

ше, чем для второго, поскольку
в первом случае, когда молеку-
лы газа вытесняют из боковых
пустот кластеров молекулы
воды, то рвутся водородные

Рис. 6.34. Зависимости энтальпии и энтропии
гидратации газов: Не, Не, Аг, Кг, Хе и алканов:
СН.С^С^ Ср.'Ср,, от молеку-
лярного объема: 1 - АН"к: 2 - 1АЗи1е кДж/моль,
[6.15].

связи и увеличивается в растворе число «свободных» молекул Н2О.
Для полостного механизма при образовании клатратов часть энер-

гии водородных связей «пустотных» молекул воды затрачивается на
построение структуры их оболочки, поэтому в этом случае теплоты

выделяется меньше.

При растворении инертных газов в неполярных растворителях
(бензол и др.) уменьшение энтропии составляет всего 29-5-46 Дж/моль/

град, в то же время растворение их в воде дает снижение энтропии на
109-5-143 Дж/моль/град (25°С) и 88-5-105 Дж/моль/град при температуре
80°С. Это означает, что чем значительнее уменьшается энтропия си-
стемы частиц, тем сильнее растворяемые неполярные молекулы газов
укрепляют структуру растворителя. Вода образует микроскопические
«айсберги» вокруг неполярных молекул газов, что приводит к увели-
чению среднего времени существования льдоподобной структуры в
ее микрообластях [6.77]. Необходимо подчеркнуть, что образующие-
ся структуры при растворении неполярных молекул в воде носят не
статический, а динамический характер, о чем говорил еще Самойлов
О.Я. в кинетической теории гидрофобной гидратации, при этом ак-
центируется внимание на тормозящее действие растворенной молеку-
лы в случае трансляционного движения молекул воды [6.17].

6.7.2.	Водные растворы полярных молекул

В большинстве своем рассматриваемые полярные молекулы
- это монофункциональные органические соединения, формулу
которых можно условно представить как ТЕ, где V- тот или иной
углеводородный радикал (алкил, арил и т.д ), а Е- полярная функцио-
нальная группа, определяющая химическое своеобразие соединения
(гидроксил, карбонил, циано-группа и т.д.). Если для неполярных мо-
лекул их взаимодействие с молекулами воды определялось, в основ-
ном, слабыми силами гидрофобного отталкивания, то для полярных
молекул характерны сильные водородные взаимодействия. В этом
случае конкретный характер и интенсивность таких специфических
взаимодействий зависит от природы функциональной группы, внеш-
них условий (Р, Т), а также степени влияния неполярного радикала.

При анализе физико-химических и квантово-механических про-
цессов растворения полярных молекул неэлектролитов крайне важ-
ным оказывается знание характера и величины их взаимодействий с
молекулами воды. Эти взаимодействия в сравнении с водородными
связями чистой воды через атом кислорода О-Н.. ..О будут отличать-
ся появлением в растворяемых молекулах новых элементов, напри-
мер, таких как: О, С, Р, 8,Ы, а их взаимодействие с молекулами Н2О
будет осуществляться также через атом водорода по типу: О-Н....О;
С-Н....О; Р-Н....О; 8-Н...О; Н-Н....О. То есть они являются такими
же водородными связями, что и для чистой воды, только величина их
будет другой. К сожалению, до сих пор ни экспериментально, а, тем
более, и расчетным образом они достаточно точно не определены, и
в научной литературе по этому вопросу крайне мало информации.

Покажем на примере растворения спиртов в воде на основе закона
квантования межатомных и межмолекулярных энергий связи, как мож-
но определить величину водородных связей. Энергия ковалентной свя-
зи (по Мелвин-Хьюзу) радикала О-Н в молекуле Н2О составляет 458,7
кДж/моль, в спиртах - 438 кДж/моль [1.16], а разность между ними
ДН°=20,7 кДж/моль, фактически, составляет квант энергии водород-
ной связи в чистой воде 1)н=21 кДж/моль»1757 см-1. Таким образом,
в данном случае энергия ковалентной связи молекул спиртов и воды
квантуется энергией водородной связи в чистой воде, действительно,
величины 458,7/21=21,9 и 438/21=20,9 близки к целым числам. С дру-
гой стороны, экзотермический эффект (теплота) растворения спиртов
МеОН в воде составляет ДН5—3,4 кДж/моль—284 см-1 и который с хо-
рошей точностью квантуется величиной ангармонизма асимметричной
моды молекулы Н2О - 96 см-1 (отношение 284/96=2,96 близко к целому
числу). Тогда на основе закона квантования энергий связи в воде мож-
но определить величину водородной связи атомов кислорода молекулы
спиртас молекулами Н2О таким образом: 13н=1757-284=1473 см“'=17,6
кДж/моль, что в точности совпадает с экспериментальной величиной,
полученной из обработки большой серии спектроскопических измере-
ний водно-спиртовых растворов [6.15].
К одним из сильных по-
лярных молекул, интенсивно
взаимодействующих с моле-
кулами воды, относятся спир-
ты. При их растворении в воде
зависимость тепловыделения
(теплопоглощения) от кон-
центрации имеет 8-образную
зависимость. Это означает
наличие экзотермических эф-
фектов смешения в области,
примыкающей к стороне чи-

СТОЙ ВОДЫ, И ЭНДОТерМИЧеСКИХ Рис. 6.35. Зависимость энтальпии смешения
эффектов близкой К стороне с циклическими эфирами: / - триметиле-
чистого спирта (подобная, как 2 ~ ^р^Фур^- > - диоксан-1.4.

,	*	'	„	’	4-диоксан-1.3 [6.15]

на рис. 6.35). Данный эффект

можно объяснить следующим образом. Вначале с ростом концен-

трации происходит образование новых структурных комплексов из
молекул спирта и воды со своими водородными связями. Из водного
раствора отбираются «свободные» молекулы Н2О, а также «пустот-
ные», находящиеся в полостях кристаллической структуры класте-

ров, имеющих по 0+2 связи в структуре воды. В этом случае водо-
родные связи чистой воды величиной 11н=21 кДж/моль заменяются
водородными связями спирт - вода (ин=17,6 кДж/моль), а разность
выделяется в виде тепла. Затем с ростом концентрации спирта на

«постройку» новых ассоциатов идет часть молекул воды с поверх-
ности кластеров, имеющих уже 2+3 водородные связи со структурой
кластера, на разрыв которых затрачивается больше энергии, поэтому
степень экзотермичности процесса растворения уменьшается. При
дальнейшем увеличении концентрации спирта энергия, затрачивае-
мая на разрушение кластеров воды, оказывается больше, чем требуе-

мая для построения ассоциатов спирт - вода, поэтому процесс рас-

творения идет с поглощением тепла, которое достигает некоторого
максимума и далее уменьшается до нуля, когда концентрация воды
стремится к нулю. Оптимум по встроенным структурам оставшихся
кластеров воды и вновь образовавшихся соединений МеОН*Н2О до-
стигается при концентрации, например, этилового спирта ~40%.

Изложенная теория подтверждается рядом экспериментальных
данных для спиртов: ЕЮН, 1-РгОН, РгОН, 1-ВиОН. Так, при концен-
трациях их в воде: Суон=0,09; 0,06; 0,05; 0,03 наблюдается низкий
уровень флуктуации концентраций, отсутствие светорассеяния, а по-
глощение ультразвука такое же, как в чистой воде. Заметное увеличе-
ние поглощения ультразвука в растворах начинается с концентраций
Срюн=0,046, С РтОН=0,058 при Т=298°К. Изменение знаков кривизны
зависимости теплоты растворения от концентрации спиртов для об-
ластей: 0,02<СМеОН<0,07; 0,02<СЕ1ОН<0,06; 0,015<Срюн<0,04; 0,012<
С, .нион^’О^ хорошо совпадает со значениями концентраций, при ко-
торых наблюдаются следующие особенности: минимумы парциаль-
ных мольных объемов спиртов; первые максимумы светорассеяния;
верхняя граница смещения полосы 5180 см 1 в ИК-спектрах водных
растворов спиртов; минимумы растворимости благородных газов;
минимумы изотермической сжимаемости [6.15].

Такие вещества, как циклические эфиры и ацетон полностью, а
кетоны, простые и сложные эфиры ограничено растворимы в воде, и
для них также, как для спиртов наблюдается 8 - образная зависимость
энтальпии смешения от концентрации, пример которой показан на рис.
6.35. Относительно взаимодействия кетонов и эфиров с водой известно,
что энергия водородной связи для первых оценивается в 11 =10,5-41,3
кДж/моль=879-945 см ', а для вторых соответственно: 11н=11,7-43,8
кДж/моль=9784154 см ' [6.15]. Эти значения энергии связи также
оказываются кратными величинам ангармонизма симметричной (87
см ') и асимметричной мод (96 см1) молекулы Н20:11^87=10,1-10,9 и
Ц/96= 10,08-11,9. 8 - зависимость энтальпии растворения для цикли-
ческих эфиров, показанная на рис. 6.35, объясняется совершенно ана-
логично растворению спиртов, описанных выше. Исследования водных
растворов циклических эфиров в диапазоне концентраций 0,2<Сцэ<0,7
в области почти линейной зависимости энтальпии растворения от кон-
центрации (рис. 6.35) показало, что они имеют микроэмульсионное
строение, в них наблюдаются большие флуктуации концентрации. По-
этому можно предположить, что вплоть до составов, соответствующих
эндотермическим максимумам, в растворах присутствуют фрагменты
водяных кластеров в виде гофрированных слоев гексагональных колец,
которые являются наиболее прочными образованиями.

Таким образом, и физико-химические свойства водных раство-
ров неэлектролитов удовлетворительно описываются вышеизло-
женной теорией квантово-механических процессов, протекающих в
жидкой воде, и ее структурой.

6.8.	Строение и свойства коллоидных частиц

В данном разделе рассмотрим некоторые вопросы образования
и свойства гидрозолей, то есть устойчивой смеси твердых частиц
(глина, песок, окислов металлов и т.д.) в жидкой воде. Изложим в на-
чале существующие в научной литературе теории образования кол-
лоидных частиц в воде и некоторых их свойств [6.81].
Рис. 6.36. Схема строения мицетлы окиси желе-
за: 1 - ядро; 2 - заряженный слой ядра; 3 - слой
гидратированных электронов; 4 - слой поляри-
зованных молекул воды.

Коллоиды-это гетерогенные системы, состоящие, по крайней
мере, из двух фаз, они занимают промежуточное положение между
взвесями и истинными растворами. Коллоидная частица (мицелла)
имеет сложное строение, в основе ее лежит нерастворимое ядро (1,
рис 6.36). Обычно ядро - это
микрокристалл или агрегат
из микрокристаллов. По-
верхность этого ядра за счет
свободной межфазной энер-
гии адсорбирует из окружаю-
щей среды ионы (2), которые
имеют с ядром общие хими-
ческие элементы или обла-
дают изоморфизмом с кри-
сталлической решеткой ядра
(правило Фаянса). Эти ионы
называются потенциалобра-
зующими, так как привносят
на частицу определенный за-
ряд. При адсорбции ионов

снижается межфазная свободная энергия, что приводит систему
коллоидного раствора в устойчивое состояние. Например, для золя
гидроокиси железа потенциалобразующим будет хлорокись железа,
образующаяся по реакции Ре(ОН)3+НС1^РеОС1+2Н2О, при этом
она диссоциирует РеОС1^РеО++С1 . Катионы РеО+ избирательно
адсорбируются на поверхность коллоидного ядра, заряжая его по-
ложительно, а анионы находятся в растворе, окружая ядро. Анионы
испытывают на себе силы: электростатическую, притягивающую их
к ядру частицы, и диффузионную, стремящуюся рассеять их по рас-
твору. В результате совместного действия указанных сил состояние
отдельных анионов неодинаково: часть их прочно связана с ядром
коллоидной частицы, образуя на нем плотный адсорбционный слой
(3), другая часть образует диффузный слой - ионную атмосферу (4).
Совокупность диффузного и адсобционных слоев представляет со-
бой двойной электрический слой. Ионы диффузного слоя непрерыв-
но обмениваются с одноименными ионами адсорбционного слоя, а
вся система частицы называется мицеллой.

Устойчивость коллоидных систем зависит от действия трех
факторов: электрического, структурно-механического и кинетиче-
ского. Электрический фактор вызван образованием двойного элек-
трического слоя, который при столкновении частиц препятствует
их объединению. В случае гидрофобности частиц ядра для обра-
зования коллоидного раствора добавляют поверхностно-активные
или гуминовые вещества, которые образуют на частицах адсорбци-
онные твердые гидрофильные покрытия. Этот процесс называется
структурно-механическим фактором. Кинетический фактор стаби-
лизации коллоидных систем проявляется в средней кинетической
энергии поступательного движения частиц. Разрушение подобной
дисперсной системы может произойти при нагревании, заморажи-
вании, действии электромагнитных полей, жесткого излучения, ме-
ханического и химического воздействия. В этом случае происходит
процесс укрупнения частиц - коагуляция. Сильное действие на коа-
гуляцию оказывает введение в раствор электролита. Процесс коагу-
ляции описывается двумя теориями: первая - введение электролита
повышает общую концентрацию ионов, что приводит к нейтрали-
зации положительного заряда на ядрах частиц; вторая - происходит
разрушение пленок воды, разделяющих частицы, приводящее к на-
рушению стабильности золя.

Автор настоящей книги не собирается критиковать изложенные
теории по каждому пункту не совсем корректных предположений, а
предлагает несколько другую теорию образования коллоидных ча-
стиц. Совершенно аналогично процессам взаимодействия молекул
воды с активными элементами, содержащимися в порах и на по-
верхности твердых веществ, изложенным выше, на гидрофильной
поверхности ядра частицы благодаря энергии связи происходит дис-
социация и ионизация молекул воды, приводящая к эмиссии элек-
тронов. Электроны эти, вследствие больших скоростей (скорость
электрона в воде в 100 раз больше поступательной скорости молекул
Н2О), вылетают из пор вещества ядра (1, рис. 6.36) и гидратируются
в ближайшем слое воды (3). При этом наружная поверхность ядра
заряжается положительно (2), а ближайший слой воды (3) - отрица-
тельно. Между этими заряженными слоями создается электростати-
ческое поле с напряженностью до 106 В/см. Благодаря этому полю
происходит поляризация молекул воды, окружающих слой гидрати-
рованных электронов с наружной стороны, и создается второй слой
поляризованных молекул Н,О (4). Устойчивость связей между ядром,
электронной сферой и сферой поляризованных молекул воды будет
зависеть от энергии взаимодействия активных элементов ядра с мо-
лекулами воды, и конкретно, например, для окиси железа она равна
236 кДж/моль. В этой схеме коллоидной частицы наличие толстой за-
ряженной «шубы» с, одной стороны, нивелирует силу тяжести ядра
частицы, а с другой - за счет водородных связей с окружающими
молекулами воды обеспечивает стабильность коллоидного раствора.

Коагуляция коллоидных частиц, например, при добавлении
электролита будет происходить следующим образом. При увеличе-
нии концентрации катионов в растворе будет возрастать внешнее
электростатическое давление на заряженные частицы, что приведет
к их сближению, и при критическом расстоянии между слоями от-
рицательно заряженных молекул воды (3) двух коллоидных частиц
электронам с поверхности ядер в этом месте некуда будет вылетать.
Вследствие повышения концентрации электронов в порах на крити-
ческом участке контакта поверхности двух ядер существенно сни-
зятся эффективности колебательно-неравновесных химических ре-
акций по разложению молекул воды. В этом случае нейтрализуется
положительный заряд контактирующих поверхностей ядер частиц и
они сожмутся под действием объединенных сфер гидратированных
электронов и поляризованных молекул воды.

На основании научного материала, изложенного в данной главе,
можно сделать уверенные выводы, что предлагаемая теория квантово-
механических и колебательно неравновесных физико-химических
процессов, происходящих в жидкой воде, с одной стороны хорошо
объясняет все ее свойства, а с другой - сама подтверждается громад-
ным количеством теоретических и экспериментальных данных.

ЛИТЕРАТУРА

1.	Мельхиседек Друнвало. Вода - источник жизни. Интернет. Сайт: зузузу.
<1гипуа1о.пе1 июль 1999.

2.	Вогпкор йД.. Уои1пе М.Р. СарШагу 1п1егГеготе1гу <1е1ес1з ттШе затр!ез //
Ьазег Еосиз \Уог1<1. ОсГ, р. 83-86, 1996.

3.	Огарев В.А., Дукер В.А., Нинхэм Б.В. Морфология пленок полидиметил-
силоксана, перенесенных с водной поверхности на слюду и графит. ЖФХ, т. 72,
№8,1998.

4.	Свищев И.М. и др. Геометрия водородных связей в жидкой воде по дан-
ным ЯМР 'Н. ДАН т. 298, №6, 1988.

5.	йап/огс! М.й., Ьеуу Н.А.П 3. Атег. СЬет. 8ос. V. 84, р. 3965-3966, 1962.

6.	Мог^апЗ.. Митей В.Е.// 3. СЬет. РЬуз. V. 6, р. 666-673, 1938.

7.	Рор1еЗ.А.И Ргос. Яоу. 8ос. А 202, р. 323, 1950.

8.	ЕИслгИг С.О., Сагпеуа1е Е.М.П 3. Арр1. РЬуз. V. 26, р. 816, 1955.

9.	Загорец П.А. Докторская диссертация «Исследование сольватации и
структуры растворов электролитов». МХТИ им. Д.И. Менделеева, 1969.

10.	Яшкичев В.И. Вода, движение молекул, структура, межфазные процессы
и отклик на внешнее воздействие. Москва, «АГАР», 1996.

11.	Анисимов М.А. Критические явления в жидкостях и жидких кристаллах.
М. Наука, 1987.

12.	Кораблева ЕЮ. и др. Аномалии молекулярного рассеяния света в во-
дных растворах диметилтиосульфоксида. ЖФХ, т. 65, №8, 1991.

73.	Сивакова С.И. и др. Светорассеяние и деполяризация в разбавленных во-
дных растворах додецилсульфата натрия. ЖФХ, т. 69, №6, 1995.

!4. НаИЕН РЬуз. Яеу. у. 73, р. 775-781, 1948.
15.	Белоусов В.П., Панов М.Ю. Термодинамика водных растворов неэлектро-
литов. Ленинград, Химия, 1983.

16.	Фронтасьев В.П., Шрайбер Л.С. Исследование изменения электронной
поляризуемости молекул обычной и тяжелой воды под влиянием температуры.
Журнал структурной химии, т. 6, №4, 1965.

17.	Самойлов О.А., Носова Т.А. Структурные особенности воды. Журнал
структурной химии, т. 6, стр. 798+808, 1965.

18.	Рюлщев Е.И. Диэлектрическая релаксация в жидкокристаллических смесях с
различной асимметрией формы молекул компонентов. ЖФХ, т. 71, №9,1997.

19.	Реакции биологических систем на магнитные поля. - М.: Изд. Наука, 1978.

20.	Тамилин М.Г. Взаимодействие жидких кристаллов с поверхностью. Изд.
Политехника, Санкт-Петербург, 2001.

21.	Ма1тЬег% С.С., МагуеН А.А.И3. Кем. №1. Виг. 81ап<1., V. 56, р. 1+8, 1956.

22.	МПаки 8. ЦКгазотс зШФез оГ НрШ ЬПауег рЬазе (гапвНюп.// Мо1. Сгуз1.
Е1Яи1<1 Спз1„ V. 70, № 1+4, р. 24+28, 1981.

23.	СНо'Л'сИлгу В.2., Ирка С., 81иг1егап1 З.М. ТЬегтоПупагшсз оГ
рЬозрЬоИрШзисгозе тСегасбопз// ВюрЬуз. 1., V. 46, №3, р. 419+421, 1984.

24.	Уеап У. С.. Уи С., 1Уап^ У. У, Уек У. У. ТетрегаШге ОерепПепсе о Г рознгош'ит
геасцУтез ичф сЬаг$е (гапзГег то1еси1ез т ЬПауег тетЬгапез./'/ 3. СЬет. РЬуз., V.
80, №4, р. 1671+1676, 1984.

25.	СооПпо СкС, 8\сеп.чоп СИ.А. ТЬегта! СгапвПюп оГ туозт ап<1 из ЬеНса!
Гга§теп(8. 1. 8ЫПз т рго(оп ецшНЬпа ассотрапут§ ипГо1сНпц.// ВюсЬепм81гу., V.
14, №5, р. 867+872, 1975.

26.	Режке! С., АсП/тдег К.Н. Тетрега1игаЬЬап§1§кс1( Пег У1зко811а( зеЬг <1иппег
\УаззегзсЫсЬ1еп гмзсЬеп 0иагг81а5оЬегЯасЬеп//Ыа(ипУ1меп5сЬаЙеп, V. 56, №11, 1969.

27.	Скеп Уип%-цр, Ог1ип% IV. Н. ОЬзегуабоп оГ а гтттит т <Ьс Кегг сопз1ап(8
оГП§Ь1 апП Ьеауу \уа1ег пеаг 30°С.// 3. РЬуз. СЬет., V. 72, №8, р. 3069+3070, 1968.

28.	Гайдук В.И. Емец Б.Г. Об особой температурной точке воды. Вестник
Харьковского университета, №163, стр. 95+97, 1978.

29.	Ага1а Уор, Еикиггй ТоМо. А пис!еаг та^пейс гезопапсе зШду оГ 1Ье 2,6-1иЦ<Ьпе
- \уа!ег 8у81ет т 1Ье спПса! ге^юп// Мо1ес. РЬуз., V. 19, № 1, р. 135+136, 1970.

30.	Тагпенкка-Омпзка 81е/агпа, Ра1есс Вагвопйер ТЬегтодупагтс туезЦдаПоп оГ
Пногеа т \уа1ег зоЬтопз.//Ас1а ЦЕ ЕоНа СЫт., №1,р. 77+83,1982.

31.	Ноп^Н.Л., М1ске1 Ж, ВЮпскН.Л. Ше1ек1пзсЬе Меззип^еп 1п зуз(етеп тй
Ша1Ьу1апип ипП Тпа1Ьу1атт.// Мзз. 2. ТесЬ. НосксЬи1е СЫт. Ьеипа-МагееЬигб.,
Ва.8, р. 298+305, 1966.

32.	КкоНа М.Р., Ждот В. ЫдшгЗ - Уарог зигГасе (епзюп пеаг 1Ье Няшд- Няшд
соп8о1Ше ро1Ш. И Со11оМ апд 1п1егРасе 8сг, V. 76, №2, р. 375+392, 1980.

33.	Борина А.Ф. О структурных особенностях воды вблизи 30°С. Инет, об-
щей и неорганической химии АН СССР. - М., 1982.

34.	Бушуев Ю.Г, Лященко А.К. Топологические свойства сеток водородных
связей моделей воды. Сравнение потенциалов различного типа. Моделирование
структуры воды методом Монте-Карло. ЖФХ, т. 70, №3, 1996.

35.	Волков В.А., Миляев Ю.Ф. Фазовые превращения в водных растворах не-
иногенных поверхностно-активных веществ. Коллоидный журнал, т. ХЕУ1, вып.
4, 1984.
36.	Максимов Э.А. и др. Изменение размеров и числа надмолекулярных ча-
стиц в процессе застудевания в системе агар-вода и агароза-вода. Коллоидный
журнал, т. ХЬУ1, вып. 4, 1984.

37.	Крестов Г.А. Термодинамика структурных изменений воды. Журнал
структурной химии., т. 5, 1964.

38.	Астафуров В.И.. Бусев А.И. Строение вещества. - М.: Просвещение,
1977.

39.	Карякина Н.В., Кривенцова ГА., Соболева Н.В. ДАН СССР. т. 221, №5,
стр. 1096-1099, 1975.

40.	Курзаев А.Б. и др. Специфика фазового перехода воды на поверхности
биологических и неорганических дисперсных тел при низких температурах. Свя-
занная вода в дисперсных системах. - М.; Изд-во МГУ, вып. 4, 1977.

41.	Эйзенберг Д., Кауцман В. Структура и свойства воды. - Л.: Гидрометео-
издат, 1975.

42.	Аксенов С.И. Вода и ее роль в регуляции биологических процессов. Био-
физика. Математическая биология, 2004.

43.	Кипи Э.Э., Вгазз/еШ Т.5., Ьам С.Р., РигсеИ С. V. Нуфабоп оГ
тасгото1еси1е5.// 8с1епсе. V. 163, р. 1329-^1331, 1969.

44.	Кип1г Э.й., Каигтапп Ж Ну<1га(юп оГ рго(етя апд ро1урер11<1е8//Ас1у.
Рго1ет СЬет. V. 28, р. 259-345, 1974.

45.	Аксенов С.И. и др. Исследование взаимодействия диметилсульфоксида с
макромолекулами белков методом спинового эха ЯМР. Криобиология, №4, 1985.

46.	Аксенов С.И., Филатов А.В. Исследование конформационной подвижно-
сти глобулярных белков импульсными методами ЯМР. Молекулярная биология,
т. 12, 1978.

47.	Бурштейн Э.А. Собственная люминесценция белков. Природа и приме-
нение. Итоги науки и техники. Биофизика, т. 7, 1977.

48.	Суздалев И.П. Гамма-резонансная спектроскопия белков и модельных
соединений. - М.: Наука, 1988.

49.	Гайдук В.И. Вода, излучение, жизнь. Знание. Физика, №7, 1991.

50.	Афанасьев В.Н. Молярная вязкость воды. ЖФХ, т. 69, №3, 1995.

57.	Жарких А.А. и др. Диэлектрические свойства 0,0 в СВЧ диапазоне.
ЖФХ, т. 65, вып. 2, 1991.

52.	Шахпаранов М.И. Вещества с межмолекулярной водородной связью как
протонные полупроводники. ЖФХ, т. 38, №2, 1964.

53.	Адоменас П.В. и др. Температурная зависимость поверхностного натя-
жения в гомологических рядах жидкокристаллических цианофенилбензоатов и
цианобифенилов. ЖФХ, №12, 1988.

54.	Бурдыкин Б.Е. Вода вернет здоровье. Из-во «Вектор», Санкт-Петербург,
2005.

55.	Попов Л.Н., Драчев Г.Ю. ЖФХ, т. 57, №9, 1983.

56.	Ковшев Е.И. и др. Успехи химии, т. 46, стр. 753, 1977.

57.	Ларшин В.Е. Теоретические и экспериментальные оценки параметров
гравитационного-капиллярной конвекции микрослоя океана. Вестник МГУ, сер.З,
Астрономия. Физика, №6, 2000.

58.	Базаров У.Б., Дерягин В.В. ЖЭТФ т. 51, №6, стр. 969, 1966.
59.	81нуек1 Мнаки В. Цкгазотк зШсНез оГНр1д 1ауегрЬазе ЦапзПюп.// Мо1еси1аг
Сгуз1а1з апд С1чи>с1 Сгуз1а1з, V. 70, №1-4, 1981.

60.	Кулешов Г.Г. О роли примесных возмущений при исследовании фазовых
равновесий в высокочистых веществах. Высокочистые вещества, №3, стр. 62, 1987.

61.	ВагсегУА.// СЬет. РЬуз. ЕеНег№3, р. 144,145, 1969.

62.	Раи11п% Ь. ТЬе з1гисШге оГ \уа1ег.// СоП. ТЬе Ьудго§еп ВопФп§/ Еопдоп/
Рег§атоп Рге88. р. 1 -6, 1959.

63.	Кремер Ф. Соединения включения. - М.: ИЛ, 1958.

64.	Ярив А. Введение в оптическую электронику. - М., «Высшая школа», 1983.

65.	Хомутов Н.Е. О состоянии протонов в водных растворах. ЖФХ, т. 34,
№2, 1960.

66.	Ш. Ло, В. Ли. Наноструктуры в очень разбавленных водных растворах.
Российский химический журнал, т. 43, №5, стр. 40-48, 1999.

67.	Петрянов И.В. Самое необыкновенное вещество в мире. - М.: Педаго-
гика. 1975.

68.	Глебов А.Н. Динамические свойства среды и реакции переноса электрона
в жидкой фазе. ЖФХ, т. 70, №1, 1996.

69.	ОуяЫпзку 8.В. ЗирегсопдисОуЦу а1 155°К.// РЬув. Яеу. Ееи. V. 58, №24, р.
2579-2581, 1987.

70.	Вкаг^оуа К Х. 1тргоуе<1 Ы§Ь-1с зирегсопдисЮгз.// РЬу8. Яеу. Ееи. у. 59,
№13, р. 1468-1470, 1987.

71.	Науп Е.А. 8ирегсоп<1ис11у1(у т (Ье Еа-Ва-Си-0 зу81етз (Еа=У,Но,Еп).//
8оН<1 81а1е Соттипя, V. 64, №24, р.217-226, 1978.

72.	Ниап% СУ. ОЬзегуаПоп оГ ро88|Ые 8ирегсоп<1ис11у1(у а1 230°К//1Ча1иге
№328, р. 403-405, 1987.

73.	Ауупк Р. ЕуИепсе Гог Сгапз1еп1 зирегсоп<1ис11у1(у пеаг 260°К//РЬуз. СЬет. V.

20, р. Е673-Е676, 1987.

74.	К1$1ептаскег Н„ Рорк1е Н., С1етеп1у Е. 81и<1у оГ (Ье з1гис1иге о Г то!еси1аг
сотр1ехе8. VIII. 8та11 с1из1егз о? \уа1ег то1еси1ез зиггоипФп^ Е1,1Ча, К, Е, ап<1 С1
юпз//СЬет. РЬуз., V. 61, №3, р. 799-815, 1974.

75.	Самойлов О.Я. Структура водных растворов электролитов и гидратация
ионов. Из-во АН СССР, 1957.

76.	Аносов В.Н. Трухан Э.М. Нештатное излучение лазера и его биологиче-
ское действие. Лазер-Информ №19, 2001.

77.	Егапк Н.8.. Егаиз М. И'./73. СЬет. РЬуз., V. 13, р. 507-532, 1945.

78.	Китайгородский А.И. Молекулярные кристаллы. М.: «Наука», 1971.

79.	Квиливидзе В.И. Изучение адсорбированной воды методом ядерного маг-
нитного резонанса. Связанная вода в дисперсных системах. М.: Из-во МГУ, вып.
I, стр. 41-55, 1970.

80.	йау1.ч С.М., ЫюуИг Т.А.И 3. СЬет. РЬуз., V. 42, р. 2565-2576, 1965.

81.	Возная Н.Ф. Химия воды и микробиология. - Москва, «Высшая школа»,
1979.

82.	Фишер И.З., Адамович В.И. Журнал струк. Химии №4, стр. 819, 1963.
ГЛАВА 7

ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА
КОЛЕБАТЕЛЬНОЕ ВОЗБУЖДЕНИЕ МОЛЕКУЛ
ЖИДКОЙ ВОДЫ

К настоящему времени накоплено громадное количество экспе-
риментальных фактов на основе, как научных исследований, так и
жизненной практики, когда, казалось бы, очень слабое физическое
или химическое воздействие на жидкую воду приводит к заметным
изменениям ее свойств. Это связано в первую очередь с тем, что сте-
пень колебательного возбуждения молекул Н2О в жидкой воде будет
зависеть от ее чистоты, температуры, структуры, растворенных ве-
ществ в ней, ее объема в сосуде, различных физических и химиче-
ских воздействий на нее. В соответствие с этим меняются и условия
квантово-механических и колебательно-неравновесных процессов,
протекающих в ней и, как следствие, ее физико-химических свойств.
Значительное количество описаний различных типов воздействий на
воду с объяснениями физико-химических и квантово-механических
явлений приведено в предыдущих главах настоящей книги. В то же
время существует много экспериментальных данных, которые, с
одной стороны, хорошо описываются вышеизложенной теорией ко-
лебательной неравновесности в жидкой воде, а с другой - являют-
ся ее подтверждением. Покажем это на примере большого объема
опытных данных с объяснением происходящих явлений.

7.1.	Влияние примесей в воде на запасенную
колебательную энергию

Под наличием примесей в воде в данном случае подразумевает-
ся не только величина концентрации твердых взвешенных частиц,
но и присутствие органических веществ, растворенных солей, кис-
лот, щелочей, газов и т.д.

В жидкой воде передача и распространение колебательной
энергии происходит следующим образом. При столкновении двух
соседних молекул воды с разными квантовыми состояниями коле-
бательной энергии, у которых, например, в первой возбуждена сим-
метричная мода на первом колебательном уровне, а во второй она
не возбуждена, то колебательный квант энергии может перейти от
первой молекулы ко второй на тот же уровень. Здесь мы рассмотре-
ли случай резонансной передачи колебательной энергии по объему
жидкости за счет столкновительного эффекта, хотя сами молекулы
от своего среднего положения в ансамбле кристаллической решетки
кластера могут поступательно не перемещаются (необходимо разо-
рвать 3^4 водородные связи). Второй наиболее вероятный способ
передачи - это излучательно-поглотительный, когда одна молекула
излучает квант энергии, а какая-то соседняя поглощает его и далее
может переизлучить. Третий способ передачи колебательной энергии
связан с переходами колебательных квантов молекулы Н2О в энергию
водородных связей и наоборот, например, по реакциям (6.4). Колеба-
тельная энергия, с одной стороны, в среднем диффундирует по объе-
му жидкости в направлении обратном градиенту ее распределения по
тому же закону теплопроводности, что и тепловая энергия в твердом
теле, а с другой - достигая верхней разделительной поверхности га-
зовой и жидкой фаз или стенок сосуда, релаксирует в тепло. Релакса-
ция колебательной энергии на границах объема жидкости происходит
потому, что условия связи между молекулами воды и стенкой другие,
чем в объеме жидкости. Так, для гидрофобной поверхности стенки
отсутствуют водородные связи между атомами вещества поверхно-
сти и молекулами воды, а для гидрофильной поверхности, вследствие
наличия на ней гидратных молекул Н2О, имеющих другой спектраль-
ный состав колебательных уровней, нет резонансной передачи коле-
бательного кванта. Таким образом, будет происходить рассеяние за-
пасенной колебательной энергии в объеме жидкости.

Если в объеме жидкости присутствуют конвективные потоки,
растворенные газы или достаточно сильная диффузия молекул, на-
пример, при высокой температуре жидкости, то релаксация колеба-
тельной энергии будет больше. Это будет происходить как за счет
поступательного движения молекул друг относительно друга и кон-
вективного переноса колебательной энергии к границам объема, так
и благодаря прямой релаксации колебательной энергии в поступа-
тельную энергию молекул.

Когда в больших концентрациях присутствуют органические
вещества, то растворенный молекулярный кислород О2, а также ра-
дикалы ОН, НО2, О тратятся на окисление органики, что приводит
к уменьшению их концентрации, а, следовательно, значительным
затруднениям протекания всех реакций, где они присутствуют в ка-
честве реагентов (см. табл. 4.2). Поэтому для такой среды запасен-
ная колебательная энергия возбуждения молекул будет существенно
уменьшаться.

Присутствие твердых взвешенных частиц может оказывать раз-
личное воздействие на степень колебательного возбуждения моле-
кул воды, например, при столкновении их с частицей колебательная
энергия может сразу релаксировать в тепло, поскольку для гидро-
фобной поверхности на границе между жидкостью и твердой части-
цы отсутствуют водородные связи. В связи с этим молекула, ударя-
ясь об нее, может приобретать большую скорость, а в такой ситуации
колебательная энергия всей среды будет уменьшаться.

При наличии в воде частиц с гидрофильной поверхностью, мо-
лекулы воды (диполи), прилипая к ней, выстраиваются в упорядочен-
ную структуру, электростатическое поле их возрастает, увеличивает-
ся деформация прилипших молекул, а, следовательно, увеличивается
запасенная колебательная энергия. Это связано с тем фактом, что
атомы таких веществ вступают с молекулами воды в реакцию гидра-
тирования и электрон от донора - Н2О переходит к акцептору (атом
вещества), на что затрачивается большая энергия гидратации (см. гл.
6). В этом случае молекула Н2О оказывается сильно деформирован-
ной и, как следствие, колебательно возбужденной.

Особо следует сказать о воде, в которой присутствует мелкоди-
сперсная взвесь частиц, содержащих кремний и его окислы, а также
алюминий и его окислы, либо алюмосиликаты. Как было показано
на большом количестве экспериментальных работ в гл. 2 и 6, эти
вещества очень сильно гидратируются молекулами воды и образу-
ют достаточно прочные соединения с ними. В этом случае энергия
связи достигает 22(Н230 кДж/моль, что приводит к сильной дефор-
мации молекул воды и существенному повышению запасенной ко-
лебательной энергии. Этот вывод подтверждается еще одним экспе-
риментальным фактом: в работе [2.16] отмечено, что характерной
особенностью воды, находящейся в свежевытянутых стеклянных
капиллярах является ее желтый цвет, что означает излучение моле-
кулами Н2О квантов света в диапазоне 16963-^18883 см-1 (см. табл.
5.9). В данный диапазон энергий квантов света входят энергии коле-
бательных уровней молекул Н20(5,0,0) - 17850 см '=214 кДж/моль и
Н20(0,0,5) - 18280 см_|=219 кДж/моль, что хорошо (с учетом кинети-
ческой энергии молекул) совпадает с вышеприведенными значения-
ми энергии связи молекул воды с атомами кремния.

Гидратные соединения твердых частиц, сталкиваясь с другими
молекулами Н2О, либо переизлучая кванты света, повышают общий
уровень колебательной энергии во всем объеме воды. Такая вода,
активированная каким-либо внешним воздействием, например, сла-
бым переменным магнитным полем, может перейти в состояние с
увеличенными скоростными реакциями водородного типа (см. гл. 4),
повышенной величиной параметра рН и ростом общей запасенной
колебательной энергии в ней.

Пример такого влияния примесей в виде кварцевого и ЫР-го
песка на жидкую воду показан на рис. 7.1, взятого из работы [4.62],
Рис. 7.1. Спектр колебаний в жидкой воде в диапа-
зоне КВЧ: 1 - чистая вода: 2 - вода с пескам из ЫЕ:
3 - вода с кварцевым пескам 8Ю, [4.62].

где приведены спектро-
граммы резонансных линий
поглощения в КВЧ диапа-
зоне. Если для чистой воды
максимумы резонансных
пиков соответствуют часто-
там 50,3 и 51,8 ГГц, то для
смеси кварцевого песка с
водой они становятся со-
ответственно 49,8 и 51,9
ГГц, а для суспензии воды с
песком из ЫЕ - 49,7 и 50,8
ГГц, причем сухие кристал-
лы этих веществ таких ре-

зонансных частот поглоще-
ния не имеют. Эти данные
являются наглядным при-

мером влияния нерастворимых окислов 81 и Ы на существенное изме-

нение структуры воды, при этом сдвижка резонансных пиков в сторону
уменьшения частот означает увеличение периода угловых колебаний
кластеров, что связано с их укрупнением. Рост кластеров в воде про-
исходит за счет дополнительной колебательной накачки молекул Н2О,
приводящей с увеличению их дипольного момента (см. выше) и, как
следствие, к объединению мелких кластеров в более крупные.

Если в воде присутствуют растворенные соли или коллоид-
ные гидратные соединения, то будут происходить два процесса.
Во-первых, при соударении колебательно возбужденной молекулы
воды с молекулой гидратного комплекса соли часть колебательной
энергии будет переходить на ее колебательные уровни, а, во-вторых,
часть колебательной энергии будет релаксировать в тепло вблизи
этой молекулы. Передача энергии на колебательные уровни моле-
кул комплекса будет тем эффективнее, чем меньше дефект энергии
между колебательным уровнем сталкивающейся молекулы Н2О и
молекулами воды гидратного комплекса соли. В случае какого либо
внешнего селективного воздействия на раствор, например, слабого
переменного магнитного поля происходит общее повышение запа-
сенной колебательной энергии, и накачка гидратного комплекса ко-
лебательной энергией может привести к его развалу. В этом случае
на твердых взвешенных частицах начинают образовываться ядра
кристаллизации, и соли, как более тяжелые элементы, выпадают в
осадок. При этом стенки сосуда, сделанные из твердых веществ и
обычно имеющие заметную шероховатость, создают наиболее бла-
гоприятные условия для роста кристаллов.
Растворенные вещества в воде очень сильно влияют на колеба-
тельное возбуждение молекул Н,О. Образующиеся в слабых раство-
рах солей ионы инородного вещества гидратируют на себя в первую
очередь «свободные» молекулы воды и тем самым уменьшают сте-
пень релаксации колебательной энергии. Одновременно гидратиро-
ванные на ионах молекулы воды претерпевают сильную деформацию,
поскольку энергия ее связи достигает 200+300 кДж/моль, что приво-
дит к резкому увеличению в них запасенной колебательной энергии.
Это продолжается только до таких концентраций солей, пока не на-
рушается структура основных кластеров воды. Далее с увеличением
концентрации солей разрушаются кластеры воды, и все больше моле-
кул Н2О переходит на гидратные оболочки ионов, которые, особенно
первый слой, очень прочно соединены с ионом (энергия гидратации
изменяется в диапазоне от 200 до 2000 кДж/моль в зависимости от
вида иона) и имеют большой запас колебательной энергии. Остав-
шиеся «свободные» молекулы воды уже не способны образовывать
прочных жидкокристаллических структур кластеров и ведут себя,
как «почти свободные» молекулы в газовой фазе. В данной ситуа-
ции колебательная энергия «свободных» молекул будет меньше, чем
у гидратированных, и в такой среде изменяется спектральный состав
излучаемых и поглощаемых квантов света. Это очень хорошо видно
из рис. 3.6 при сравнении спектров поглощения чистой жидкой воды
и раствора №С1, где максимумы поглощения не совпадают и для слу-
чая раствора соли сдвигаются в коротковолновую область.

За счет сильной гидратации молекул Н2О у ионов происходит
изменение их геометрии, что ведет к изменению структуры колеба-
тельных уровней и величины ангармонизма, поэтому излучаемые и
поглощаемые ими кванты света по величине энергии будут уже не
совпадать с квантами энергии, излучаемыми «свободными» моле-
кулами воды. Таким образом, в подобном растворе будем иметь не-
сколько сортов молекул Н,О, которые слабо взаимодействуют друг с
другом. Поскольку энергия связи молекулы Н2О, гидратированной
ионом, особенно в первом слое высокая и она не может перейти в
другое квантовое состояние, если энергия пришедшего кванта мень-
ше энергии связи, то в обмене колебательными квантами между со-
бой участвуют, в основном, только «свободные» молекулы воды, и
спектр излучения (поглощения) сдвигается ближе к области спектра
излучения молекул Н2О в газовой фазе. Другие растворенные веще-
ства могут приводить к общему повышению запасенной колебатель-
ной энергии, если они вызывают уменьшение концентрации ради-
кала Н и ионов Н+, то есть усиливают цепные реакции водородного
типа (рис. 4.2), либо, как уже говорилось выше, связывают на себя
«свободные» молекулы воды, уменьшая тем самым ее релаксацию.
Растворенные газы в воде также по-разному влияют на степень
колебательного возбуждения молекул Н2О. Нейтральные молекулы
газов, химически не связанные с молекулами воды, при столкнове-
нии с ними принимают на себя часть кинетической энергии, при-
чем тем больше, чем меньше масса их молекул. Поэтому легкие газы
будут сильнее отбирать кинетическую энергию от молекул воды и
переводить ее в тепло. От молекулы растворенного газа, масса ко-
торой в несколько раз больше массы молекулы Н2О, она будет от-
скакивать как от гладкой твердой стенки, практически полностью
сохраняя свой импульс, кинетическую энергию, и средний уровень
кТ молекул воды будет сохраняться на одном уровне.

Второй эффект влияния растворенных газов связан с тем, что,
заполняя пустоты в тетрагональной структуре кластеров, они вытес-
няют оттуда «свободные» молекулы воды, которые затем идут на «до-
стройку» структуры кластеров. Если молекулы газа большой массы,
то, «распирая» изнутри кристаллическую решетку, они уменьшают
амплитуду колебаний молекул воды, составляющих эту структуру,
вследствие чего уменьшается их кинетическая энергия, а, следова-
тельно, релаксация колебательной энергии. Такая среда может приве-
сти к существенному повышению колебательной энергии раствора.

Третий эффект влияния растворенных газов определяется их
возможностью поглощать кванты света, излучаемые молекулами
воды, и запасать в себе колебательную энергию. Если константа ре-
лаксации ее в тепло у молекул газа меньше, чем у молекул Н,О, то
колебательная энергия в этом растворе будет накапливаться и ока-
жется выше, чем в чистой воде. В обратном случае молекулы газа бу-
дут вызывать усиленную релаксацию колебательной энергии среды.
Кроме того, за счет постоянного переизлучения неодинаковых кван-
тов энергии между молекулами газа и воды из-за наличия дефектов
энергии между ними будет происходить перевод их в кинетическую
энергию молекул, то есть - в тепло.

Четвертая особенность растворенных газов заключается в том,
что такие газы как молекулярный кислород, водород, СО2 участвуют
в химических реакциях и их воздействие оказывает существенное
влияние на уровень запасенной колебательной энергии в жидкости.

Наличие растворенных газов в воде определяет и степень погло-
щения излучений в ней. На рис. 7.2 приведена зависимость погло-
щения водой излучения ультрафиолетового диапазона для случаев
насыщения ее кислородом и азотом [6.76]. Видно, что минималь-
ное поглощение соответствует полностью обезгаженной воде, при
насыщении ее кислородом поглощение увеличивается, а в случае
дополнительного растворения азота оно возрастает еще в большей
степени. Это объясняется тем, что в данном диапазоне длин волн
или энергии квантов излучения (6,048-4),49 еу) у молекулы Н2О нет
электронно-возбужденных уровней, а у молекулы кислорода имеет-

ся О2(В3Ец*) с диапазоном
электронно-колебательного
возбуждения 6+7 еу, соот-
ветственно, у азота также
есть М2(А3Е +) с диапазоном
6+9,5 еу [1.6].

Влияние растворенных
газов в воде на сонолюми-
несценцию, интенсивность
которой, как было показа-
но в гл. 3, определяется за-
пасенной колебательной
энергией, исследовалось
во многих эксперименталь-
ных работах [2.12, 2.30,
2.31, 2.44]. Найдено, что
мощность излучения вспы-

0,189 0,193 0,197 0,201 Л., мкм

Рис. 7.2. Спектры поглощения в воде, насыщен-
ной газами: 1 - без газов; 2 - кислород; 3 - воздух
[6.76].

шек сонолюминесценции, а значит уровень запасенной коле-
бательной энергии увеличивается в ряду растворенных газов

Не<\е<воздух<О,<М,<Аг<Кг<Хе максимально в 30 раз, но объясне-
ния этому в научной литературе нет. Попытаемся раскрыть сущность

этих физических процессов. Из колебательной газовой кинетики не-
равновесных процессов известно, что гелий, ввиду большой подвиж-

ности и малой массы его молекул является прекрасным релаксантом
колебательной энергии молекул других газов (№, СО2,М2), поэтому
растворенный в воде Не за счет соударений с молекулами Н2О вы-
зывает усиленную релаксацию колебательной энергии.

Излучательно-поглощательная эффективность молекул газов
зависит от их сорта, количества линий поглощения близко располо-

женных к соответствующим спектральным линиям излучения и по-
глощения молекул воды. В табл. 7.1 для различных газов приведено
количество спектральных линий близко расположенных к линиям
молекул Н2О, диапазон частот и интервал дефектов энергии между
квантами при взаимном их переизлучении [1.17].

Из справочных данных [1.17] видно, что для неона существует
много линий энергии электронных переходов, близкорезонансных
с колебательными уровнями молекул воды. Поэтому вероятность
взаимных переходов, а, вместе с этим, и релаксации колебательной
энергии очень высока. Поскольку молекулярная масса молекулы
неона (М=20) близка к массе молекулы Н2О (М=18), то при каждом
столкновении между ними половина кинетической энергии будет
Газ	Не	1Че	Аг	Хе	Кг	О,	м,
К-во линий	2	34	30	10	20	6	5
Диапазон, мкм	1,8685;  1,9548	0,8865-  3,0726	0,878-  6,053	0,9045- 5,57	0,8589- 5,63	0,357  -6,33	0,366- 1,422
ДЕ„, см 1	44-192	15-274	26-289	44-225	14-272	65-180	123-226
Табл. 7.1. Количество спектральных линий некоторых газов близко располо- женных к спектральным линиям жидкой воды, диапазон изменения их и ин- тервал дефектов энергии между квантами [1.17].							

передаваться неону и быстрее переводиться в тепло, что также при-
ведет к росту релаксации колебательной энергии. Воздух состоит, в
основном, из азота и кислорода и, будучи растворен в воде, влияет
на запасенную колебательную энергию в соответствие со свойства-
ми О2 и М2, подробно описанных в гл. 4. Хотя растворимость азота в
воде при нормальных условиях и, например, температуре 20°С в два
раза меньше, чем кислорода (соответственно 0,016 и 0,031 см’г/см3ж),
но влияние азота на запасенную колебательную энергию оказывает-
ся сильнее. Это связано с тем фактом, что скорость релаксации ко-
лебательной энергии у молекул М в 10-100 меньше по сравнению с
молекулами воды и кислорода [4.21], поэтому в растворенном азоте
на его верхних колебательных уровнях в процессе протекания реак-
ций (4.17) накапливается энергия.

Влияние молекулярного кислорода, в основном, связано с про-
теканием химических реакций, о чем подробно изложено в гл. 4. Рас-
творенные благородные газы Аг, Кг, Хе, имеющие соответственно
молекулярные массы М=40; 84 и 131, в этой же последовательности
влияют на увеличение колебательного возбуждения молекул воды за
счет «распирания» кристаллической решетки кластеров воды и уже-
сточения связей молекул Н2О в ней, а также уменьшения релаксации
колебательной энергии.

В качестве примера воздействия различного рода примесей и сте-
пени колебательного возбуждения воды на ее характеристики приве-
дем эксперименты японского ученого Масару Эмото [5.122,7.37]. Он
брал воду из различных источников или обработанную различным
образом, выращивал из нее при охлаждении кристаллы и фотогра-
фировал их. Попытки объяснить влияние различных факторов на со-
стояние воды, сделанные Масару Эмото в своих книгах, базируются
только на интуиции (в отдельных случаях правильной), некоторых
соображениях, основанных на громадном жизненном опыте чело-
вечества, но с научной точки зрения никак не обоснованы. Автор
настоящей монографии решил не «уходить» от ответа на большое
количество вопросов, поставленных Масару Эмото и связанных с
Водой, к тому же, имеющих немаловажное практическое значение.
Методика получения кристаллов была следующей: обработан-
ную воду шприцем объемом 0,5 см’ наливали в 50 пластмассовых
чашек Петри таким образом, что образовывалась капелька, и накры-
вали крышками. Затем их помещали в холодильник и замораживали
при температуре - 20°С в течение трех часов. Далее образцы вы-
нимали из холодильника и рассматривали под микроскопом с уве-
личением 2000^-4000 раз в помещении с окружающей температурой
- 5°С. Кристаллы образовывались в процессе таяния льда на поверх-
ности воды и существовали 20^-30 сек, а затем таяли. Эти кристаллы
освещали сверху лучом света и фотографировали через микроскоп.
Для каждой из пятидесяти чашек Петри строились графики по ко-
личеству кристаллов, которые можно считать красивыми, довольно
красивыми, шестиугольными, лучеобразные, решетчатые, непра-
вильные, разрушенные. Этим характеристикам присваивались опре-
деленные коэффициенты, производилась классификация образцов, и
фотографировался один кристалл с наилучшими характеристиками
для данного их типа.

Здесь нужно сделать несколько серьезных замечаний к этой
методике. Обработанная каким-либо внешним воздействием вода
переходит в заданный аттрактор с соответствующим набором соб-
ственных резонансных частот и уровнем запасенной колебательной
энергии. Этот уровень колебательной энергии сильно зависит от объ-
ема образца воды и с уменьшением его - снижается (см. гл. 3). Если
судить по фотографиям в книге [7.37], объем проб у Масару Эмото
был небольшой и составлял около 200 г в высоком узком сосуде, ко-
торый без всякой экранировки и защиты находился в помещении, где
присутствовали люди и, наверняка, существовали внешние электро-
магнитные волны техногенного происхождения. То есть, уже на этом
этапе происходило в образце воды существенное уменьшение запа-
сенной колебательной энергии и изменение его аттрактора. Когда с
помощью шприца из опытной пробы наливали воду объемом 0,5 см’
в чашки Петри, то запасенная колебательная энергия должна была с
большой скоростью существенно (в разы) уменьшаться, что вызова-
ло резкое изменение аттрактора воды. Действительно, подтвержде-
нием этому служат эксперименты, приведенные в монографии [2.7],
так, на рис. 3.17 и 3.18 показаны изменения интенсивности хелюми-
несценции от времени капель воды объемом 0,05 и 0,1 см3, взятых из
сосудов больших размеров. Из этих рисунков видно, что интенсив-
ность свечения, а, следовательно, и запасенная колебательная энер-
гия в каплях уменьшается примерно в шесть раз за время около 14
минут. В связи с тем, что время замораживания капель воды в чаш-
ках Петри составляло три часа, то можно с определенностью сказать,
что колебательная энергия молекул существенно уменьшалась. На
состояние воды в каплях при замораживании должно влиять пере-
менное электромагнитное поле (даже очень слабое), существующее
внутри холодильника, а также биополе и излучения оператора, о чем
пишет и сам Масару Эмото. Значительное влияние на характеристи-
ки воды в каплях должна оказывать и подложка чашек Петри, кото-
рая, если судить по фотографиям в книге [7.37], была гидрофобной.
Все эти влияния в совокупности должны приводить к существенным
изменениям аттракторов воды в каплях и очень малой вероятности
образования правильных кристаллов. Действительно, например, из
таблицы [7.37] для воды, взятой из храма Сукато, получили красивые
кристаллы в трех чашках Петри, довольно красивых - в шести, ше-

стиугольных - в трех, решетчатые - в двух и неправильные в трид-
цати шести. Если теперь предположить, что в каждой чашке Петри
общее количество кристаллов разной формы составляет не менее
тысячи, то имеем три красивых кристалла из 50000 штук. Причем и
в оценке формы кристаллов присутствует большой субъективизм.

На рис. 7.3-5-7.6 представлены кристаллы различных видов воды:
дистиллированной, водопроводной из различных городов мира, при-
родных источников (ключевой воды) и чистых озер. Видно суще-
ственное различие в форме, элементах симметрии, структуре этих
льдинок, причем, если для ключевой воды и горных озер наблюда-

Родниковая Войолровойна/ Джтиллироиннм
аода	вода

Рис. 7.3. Кристаллические формы для родниковой, водопрово-
дной и дистиллированной воды [5.122].

ются удивительно
красивые кристал-
лы правильной
формы, то для
дистиллирован-
ной и водопрово-
дной воды вообще
не наблюдается
правильных кри-
сталлов. С учетом
анализа большого

количества кристаллов, приведенных в книгах Масару Эмото, необ-

ходимо отметить, что все правильные кристаллы плоские, имеют в
качестве основы шестигранник, на вершинах которого растут лучи
разнообразной формы, но практически не наблюдается двух одина-
ковых кристаллов. Более подробное объяснение этих фактов будет

дано ниже.

В 1960-х годах в одном из исследовательских центров Германии
произошел следующий инцидент [7.34]. Одна из лаборанток случай-
но уронила в сосуд с дистиллированной водой герметично запаянную
стеклянную ампулу с сильнодействующим ядом. Боясь признаться в
своей оплошности, она оставила ее в воде, решив вынуть ее, когда
все сотрудники уй-
дут из помещения,
но вскоре забыла об
этом. Ампула была
обнаружена толь-
ко через несколько
дней. Воду подверг-

ли тщательному хи-
мическому анализу

— Она Оказалась безу- Рис. 7.4. Фотографии льдинок водопроводной воды из раз-
пречночистой. Одна- ’"Ч"ЫЛ городов [5.122].

ко на всякий случай этой водой решили напоить лабораторных крыс.
К большому изумлению сотрудников, спустя некоторое время все
крысы погибли. В этом непреднамеренном опыте в воде происходи-
ли следующие процессы. В запаянной стеклянной ампуле молекулы

Н2О водного раство-
ра яда находились в
заданном аттракторе
со своим набором
резонансных ча-
стот, определяемым
растворенным ядо-
витым веществом.
Эти молекулы воды

ИЗЛучаЛИ КВанТЫ рис 75. Фотографии льдинок воды из природных источ-
Света С заданным на- ников в Сайдзе (Хиросима) и Кита-Кама-Гуне (Япония)
бором частот от ин- [5.122].

фракрасного до ультрафиолетового диапазона, которые, проходя че-
рез стекло ампулы, поглощались молекулами воды в сосуде. За счет
такого воздействия вода в сосуде благодаря процессам, описанным в

предыдущих главах, перешла в аттрактор водного раствора с раство-
ренным ядом, нахо-
дившимся в ампуле.

Такая вода, попадая
в живой организм, в
свою очередь, пере-
водит часть воды,
находящейся в нем в

Такой Же аттрактор, Рис. 7.6. Фотографии льдинок воды из озер Бриенц и Мад-
который оказывает- жоре (Швейцария) I5-
ся неблагоприятным для его существования (другой набор резонанс-
ных частот), что и привело к гибели крыс.
7.2.	Влияние температуры, структуры воды,
конвективных потоков и стенок сосуда
на ее характеристики

Влияние температуры воды на запасенную колебательную энер-
гию двоякое. С одной стороны, с увеличением температуры в диа-
пазоне от нуля до 100°С резко возрастает (в -500 раз) концентрация
ионов ОН(а<)) и Н+, следовательно, существенно увеличивается и
константа скорости реакции №1 (табл. 4.2), а с другой - растет ки-
нетическая энергия молекул и скорость релаксации колебательной
энергии. Кроме того, возрастание температуры в этом диапазоне
девять раз вызывает перестройку жидкокристаллических структур
воды (см. гл. 6), что приводит к изменению их прочности, измене-
нию размеров кластеров, преобладанию одних типов колебаний над
другими и, как следствие, также к изменению степени релаксации
колебательной энергии. Таким образом, должна существовать опти-
мальная температура, при которой величина запасенной колебатель-
ной энергии будет максимальной. По экспериментальным данным
температурной зависимости осмотического давления по разные
стороны полупроницаемой мембраны при слабом электролизе чи-
стой воды (рис. 4.10, 7.28) оптимальная температура с точки зрения
максимальной запасенной колебательной энергии составляет около
37°С. В другом температурном диапазоне от 200 до 80°К для воды,
находящейся в жидком состоянии в стеклянных капиллярах или по-
рах, а также под очень большим давлением, в связи с перестройкой
тетрагональной (гексагональной) жидкокристаллической структуры
воды в кубическую и сильной деформацией молекул Н,О, запасен-
ная колебательная энергия также увеличивается (см. гл. 2, 4, 6).

Структура воды значительно влияет на уровень запасенной ко-
лебательной энергии в жидкой фазе. Согласно общепринятой боль-
шинством ученых концепции, подтвержденной многочисленными
экспериментальными данными и подробно описанной в гл. 6, вода
представляет собой систему молекул, состоящую из кластеров, в ко-
торых 80-^85% молекул воды с помощью четырех водородных связей
объединены в льдоподобную тетрагональную упорядоченную струк-
туру, причем связи между этими кластерами существенно ослабле-
ны, что обеспечивает текучесть воды. Остальные 15<2О% молекул,
имеющие по одной или две водородные связи, заполняют пустоты в
поверхностном слое решетки кластеров и между кластерами. Силь-
ные водородные связи в кластерах (энергия связи -21 кДж/моль) не
позволяют молекулам приобретать большие скорости колебаний в
решетке (жесткая система), так что эта энергия составляет 3^4 кДж/
моль и скорость релаксации колебательной энергии сравнительно
невысока. «Свободные» молекулы Н2О, заполняющие пустоты меж-
ду кластерами и в их боковых поверхностях, имеют большие скоро-
сти и большую кинетическую энергию. Поэтому, с одной стороны,
они сами имеют меньшую степень колебательного возбуждения, а с
другой - увеличивают релаксацию колебательной энергии молекул,
находящихся на краях кластеров. В то же время, часть «свободных»
молекул Н2О, находящихся в пустотах структуры кластеров, как бы
распирают изнутри жидкокристаллическую решетку и уменьшают
амплитуду колебаний молекул в ней, что приводит к уменьшению
релаксации колебательной энергии в кластерах.

«Свободные» молекулы, обладая большей кинетической энер-
гией, чем «каркасные» в жидкой воде, являются основными релак-
сантами колебательной энергии, поэтому на границах кластеров
создаются условия ее повышенных потерь, в связи с чем, в разных
кластерах, в зависимости от их формы и размеров, будут неодина-
ковыми уровень и распределение колебательной энергии по объему.
Одновременное воздействие всех этих факторов приводит к неко-
торому балансу накачки и релаксации колебательной энергии. В
случае, когда с изменением температуры или внешних воздействий
изменяется структура воды, этот баланс нарушается, и при увеличе-
нии числа «свободных» молекул увеличивается релаксация колеба-
тельной энергии. С изменением типа жидкокристаллической струк-
туры воды меняется не только степень колебательного возбуждения
молекул, но и модовый состав колебаний, что связано с изменением
полярного угла в структуре молекулы Н2О и преобладанием одних
типов колебаний в ней, например, симметричных над другими -
асимметричными, что было показано в гл. 2, 6.

Выясним, какие процессы идут в жидкой воде, которая находит-
ся в открытом сосуде. Как мы определили в гл. 4, за счет квантово-
механических и цепных химических реакций (3.25+3.27), табл. 4.2,
рис. 4.2 и 4.3 в жидкой воде благодаря развалу части молекул Н2О все
остальные молекулы будут постоянно подпитываться колебательной
энергией, и общий баланс для данного состояния ее будет опреде-
ляться скоростью притока и потерями в окружающее пространство.
Если, например, налить в небольшой сосуд чистую воду, находившу-
юся до этого в большой емкости в спокойном состоянии, то во время
перемешивания жидкости образуются крупные и мелкие моли (вих-
ри), конвективные потоки, в которых оказываются молекулы воды с
разной степенью колебательной населенности (большой и малой).
Взаимное излучение и поглощение молекул в таких молях, а также
взаимная диффузия молекул и кластеров приводит к постепенному
выравниванию населенностей колебательных уровней молекул в ми-
крообъеме. При этом в соответствие с законом для неравновесных
систем количество энергии, запасенной в колебательных степенях
свободы молекул, то есть фактор, определяющий именно степень их
неравновесности должен стремиться к минимуму. Эта закономер-
ность сводится к процессам, так называемого У-У обмена колеба-
тельной энергии между молекулами, когда большой квант энергии с
нижнего уровня переходит на разрешенный свободный верхний уро-
вень и превращается в меньший, а разность их значений в виде ве-
личины ангармонизма для данной колебательной моды превращает-
ся в кинетическую энергию молекул, то есть в тепло (У-Т процесс).
Тепло рассеивается в окружающем пространстве, и этот процесс,
по мере накачки колебательной энергии за счет реакций (3.25+3.27),
табл. 4.2, рис. 4.2 и 4.3, идет постоянно.

В масштабах всего сосуда часть излучения молекул воды выхо-
дит наружу к его стенкам, к верхней открытой поверхности и теряет-
ся в окружающем пространстве или поглощается в твердых стенках.
Поэтому в жидкости, находящейся у стенок сосуда, уровень запа-
сенной колебательной энергии должен быть меньше, чем в его цен-
тре. В процессе длительной выдержки (несколько суток) в сосуде по
объему устанавливается распределение населенности колебательных
уровней молекул Н,О, причем в центре сосуда оно максимальное, а к
периферии спадающее до минимального значения у стенок и верх-
ней поверхности. В зависимости от величины объема жидкости в со-
суде устанавливается средняя степень колебательного возбуждения
молекул и чем больше объем, тем она выше. Изложенная теория на
нескольких экспериментальных примерах очень хорошо подтверж-
дается в гл. 3. К этому можно добавить еще один экспериментальный
факт: в монографии [2.7] приведены результаты опыта, в котором у на-
ружной стенки стеклянного сосуда прямоугольной формы, наполнен-
ного водой, устанавливали металлический пенал с активированной
водой И. Грандера и через некоторое время измеряли интенсивность
хелюминесценции в разных точках по объему жидкости. Оказалось,
что в центре объема жидкости относительная величина амплитуды
хелюминесценции составила 92 ед., у стенки, где находился пенал -
50+45 ед., а на верхней поверхности воды - 36 ед. Эти выводы, конеч-
но, не означают, что в очень больших объемах, например природных
водоемах: озерах, морях и океанах в их центре все молекулы воды бу-
дут колебательно возбуждены до максимальных уровней. Невозмож-
но создать большие объемы воды в абсолютно спокойном состоянии,
и всегда будут происходить различные местные возмущения, приво-
дящие к конвективным потокам, турбулентностям и релаксации коле-
бательной энергии. Кроме того, наличие растворенных солей, газов,
примесей также создает условие некоторого баланса между накачкой
колебательной энергии и ее релаксацией.
Возникает вопрос, что будет происходить с водой при перели-
вании из большого сосуда в малый с последующим перемешивани-
ем? Это уже частично обсуждалось в гл. 3 для объяснения экспери-
мента, взятого из монографии [2.7] (рис. 3.16), но проанализируем
его подробнее. После переливания и перемешивания макровихрей
воды по объему сосуда, как уже описано выше, начинает идти про-
цесс выравнивания колебательного возбуждения молекул за счет
переизлучения и, в меньшей степени, диффузии молекул. Посколь-
ку после перемешивания воды в каждом микрообъеме будем иметь
набор молекул Н2О с различной степенью заселенных колебатель-
ных уровней, то большинство излученных квантов света в нем же
и поглотится. Поэтому создается ситуация, когда в какой-то момент
времени во всем объеме жидкости этого малого сосуда практически
все молекулы Н,О оказываются возбуждены примерно до одинако-
вого среднего уровня и удельная колебательная энергия, отнесенная
к единице объема жидкости, будет соответствовать средней колеба-
тельной энергии воды из того большого сосуда, из которого налива-
ли воду в малый. Фактически, здесь создается ситуация аналогичная
той, когда на активную среду, состоящую из смеси газов, длительное
время воздействуют селективным, например, лазерным излучением
и молекулы какого-то газа равномерно по всему объему накачивают-
ся колебательной энергией.

Но такая ситуация в малом объеме жидкости, когда средняя за-
пасенная колебательная энергия молекул превышает баланс его при-
тока за счет реакций (3.25^-3.27), табл. 4.2, рис. 4.2 и 4.3 и потерь
через стенки сосуда долго продолжаться не может. Начинает, как и
в импульсном лазере, осуществляться, так называемый, спонтанный
генераторно-усилительный процесс излучения и усиления квантов
света в жидкости. Для описания его выберем в центре сосуда, на-
пример, малую сферу, из которой спонтанно наружу излучаются
кванты с возбужденных колебательных уровней, причем это излу-
чение будет дипольным, то есть квант света излучается в направле-
нии перпендикулярном вектору дипольного момента. Поскольку в
остальной среде также имеется много молекул-диполей с высокой
населенностью таких же уровней, то при попадании кванта излуче-
ния на возбужденную молекулу, дипольный момент которой парал-
лелен дипольному вектору излучаемой молекулы, она излучит такой
же квант строго в том же направлении, что и пришедший квант. То
есть в данном случае будет происходить процесс усиления слабого
монохроматического сигнала, как и в активной лазерной среде. Та-
ким образом, будет осуществляться лавинообразное усиление моно-
хроматического излучения согласно формул (3.21,3.23) на заданной
частоте, которое с большой интенсивностью выходит наружу сосуда,
что хорошо видно из рис. 3.16, 3.17. Подобный процесс будет осу-
ществляться для всего спектра длин волн, для которых усиление сре-
ды превышает ее потери на данной длине волны. Освобождающиеся
верхние колебательные уровни постоянно подпитываются запасен-
ной колебательной энергией с нижних уровней за счет процессов
У-У передачи колебательных квантов. Этот процесс излучения будет
происходить достаточно длительное время до тех пор, пока средний
уровень запасенной колебательной энергии молекул воды, находя-
щихся в малом сосуде, не будет строго соответствовать балансу при-
тока и потерь энергии через стенки сосуда. После этого в жидкости
малого сосуда через некоторое время установится новое распреде-
ление колебательной энергии максимальное в центре и спадающее к
стенкам со средней величиной меньше, чем в большом сосуде.

7.3.	Влияние слабого переменного магнитного поля и
переменного электромагнитного поля

О влиянии слабого переменного магнитного поля на жидкую воду
и лед уже излагалось в гл. 3 и 6, обсудим это подробнее: что проис-
ходит с молекулой Н,О, находящейся в жидкой или твердой фазах, в
условиях воздействия на нее слабого переменного магнитного поля?
К настоящему времени в литературе отсутствует достаточно стройная
и полная теория, описывающая многочисленные экспериментальные
факты, связанные с воздействием магнитного поля на жидкую воду
и лед, особенно с их долговременной «памятью» эффектов последей-
ствия. Попытаемся сделать это хотя бы в первом приближении.

Электронные орбитали молекулы Н,0 представляют собой зам-
кнутые проводящие контура. При воздействии на них слабого пере-
менного магнитного поля в соответствие с положениями электроди-
намики Максвелла возникают индуцированные замкнутые вихревые
электрические поля и токи. Естественно предположить, что слабое
переменное магнитное поле будет действовать, в основном, на на-
ружные электронные орбитали, а внутренние будут экранироваться
собственным электромагнитным полем молекулы. К наружным ор-
биталям молекулы Н,0 относятся (см. рис. 1.8) разрыхляющая орби-
таль 1Ь] с энергией 12,6 еу и две связывающие За, и 1Ь2 с энергиями
соответственно 13,7 и 17,22 еу [1.2]. В каждой из этих орбиталей
будет создаваться свое индуцированное замкнутое вихревое элек-
трическое поле. Взаимодействуя между собой, они будут вызывать
дополнительные электрические токи в этих замкнутых контурах
(электронных орбиталях). Индуцированные электрические поля,
воздействуя на электрические заряды электронных орбиталей, то
есть на электронную плотность этого облака и заставляют перете-
кать заряды из одной части электронного облака в другую. Перете-
кание электронной плотности молекулы (см. рис. 3.10) (перетекание
заряда) из одной части сферы в другую циклически повторяется при
изменении фазы магнитного поля. Но тогда в соответствие с рис. 3.9
и 3.10 это перетекание электронной плотности вынуждает молеку-
лу к переходу, например, из одного состояния Н,О(0,0,4) в другое
Н,0(1,0,3) и обратно в соответствие с реакциями передачи квантов
энергии через деформационную моду (3.25+3.27).

Для подтверждения изложенной теории проведем оценки энергии
взаимодействия слабого переменного магнитного поля с локальны-
ми электрическими полями диполей молекул Н,0 в жидкой воде. По
оценкам в жидкой воде на расстояниях порядка ~1,5 А напряженности
местного электрического поля между диполями молекул воды состав-
ляют Еэ=107+10* В/см [2.7,2.42]. Для переменного магнитного поля,
воздействующего на воду по закону Нв=Нв°+Нвпсо8(27ГЙ), где Нм,
Нв°, Нв, Г - соответственно постоянная составляющая напряженности
создаваемого поля, геомагнитного поля земли, амплитуда и частота
переменной составляющей, максимальную удельную энергию взаи-
модействия между полями можно определить по формуле 1ДВ=|ЕЭНВ|
(е5ц5)|,2/С. Здесь €<. и ц,, - диэлектрическая и магнитная проницаемость
жидкой воды. Тогда для максимальных значений амплитуды перемен-
ной составляющей Нвп=0,08; 12,3; 212 А/м, и Нв°=46 А/м, которые
использовались в работах [3.42+3.46] (см. табл. 3.17), получаем, соот-
ветственно, 11в=0,02039; 0,0258; 0,11336 см '. Эти значения удельной
энергии взаимодействия переменного магнитного поля с местными
электрическими полями диполей по порядку величины близки или
превышают энергию вращательного кванта молекул жидкой воды (см.
1Л. 3) - В=0,00141 си1. Каждый колебательный уровень молекулы
1^0 включает в себя вращательные подуровни (см. рис. 3.4), поэтому
при длительном воздействии слабого переменного магнитного поля
на жидкую воду и лед (а это время в работах [3.42+3.46] составляло
три-шесть часов) постепенно для данного колебательного уровня на-
капливается энергия вращательных подуровней. Когда она достигнет
величин, равных значениям дефектов энергии ДЕ =1+24 см1, то на-
чинают идти реакции (3.25+3.27) переходов колебательных квантов
энергии между различными уровнями. Этот процесс вызывает на-
капливание и перераспределение колебательной энергии на верхних
уровнях молекул Н,О, что, в свою очередь, запускает механизм цеп-
ных химических реакций типа табл. 4.2, рис. 4.2 и 4.3 и общий уро-
вень колебательной энергии в такой воде повышается.

Эти выводы согласуются со следующим экспериментальным
фактом: А. Солодилов (Россия) в телепередаче [5.123], говорит, что
у него в лаборатории на жидкую воду воздействовали электромаг-
нитными полями, которые были слабее геомагнитного поля земли
примерно в 10000 раз. При этом ее свойства существенно менялись,
она становилась активированной и сильно влияла, например, на
воспроизводство и развитие аквариумных рыбок. Если предполо-
жить, что изменение энергии взаимодействия местного межмоле-
кулярного электрического поля с внешним переменным магнитным
полем зависит от его напряженности линейно, для ее минимального
значения, соответствующего вращательному кванту Ву=0,00141 см1,
получаем величину напряженности Нв=0,00553 А/м, а это в 8318 раз
меньше геомагнитного поля земли, что хорошо совпадает с оценка-
ми А. Солодилова.

При воздействии слабого переменного магнитного поля на жид-
кую воду в резонансном режиме, когда происходит разбалансировка
колебательного возбуждения отдельных молекул, усиливаются цеп-
ные реакции водородного типа (рис. 4.2) и вырабатывается больше
колебательной энергии, чем в обычных «равновесных» условиях. В
этом случае увеличивается рН, уменьшается концентрация ионов
Н+, свойства воды сдвигаются в щелочную область, возрастает кон-
центрация электронов и электропроводность среды, увеличивается
коэффициент теплопередачи, как за счет переизлучения световых
квантов, так и дифундирования колебательной энергии. Поскольку
увеличивается дипольный момент молекул Н2О, то возрастают и
диэлектрические потери в жидкости при воздействии на нее высо-
кочастотного электромагнитного излучения. Действительно, пред-
ставленные на рис. 3.23 данные по диэлектрическим потерям (из
работы [3.46]) в виде Л1§5/1§50=е"/е', можно выразить через мнимую
и действительную части диэлектрической восприимчивости среды,
как: х=(е5-е0)/4я; е'=4тгх'+е0; е"=4ях"; е'7е'=4лх"/(4лх'+е0) и, посколь-
ку диэлектрическая релаксация обусловлена, в основном, переори-
ентациями полярных молекул (диполей), то величину интегрально-
го поглощения XV можно выразить через молекулярные константы:
дипольный момент ц, число молекул М и момент инерции отно-
сительно заданной оси 3 с помощью правила сумм Гордона [6.49]:

ОО

\У=2 / <ох''(<»))<й»)=2л|12М/(3Д). Из этой формулы следует, что диэлек-
о

трические потери в жидкой воде пропорциональны квадрату диполь-
ного момента молекулы Н2О и даже при небольшом его изменении
они будут заметны, что и наблюдается в экспериментах.

Влияние слабого переменного магнитного поля на лед проявля-
ется существенно сильнее, чем на жидкую воду (см. рис. 3.21), и
появляются новые резонансные частоты. Это связано с тем фактом,
что релаксацию колебательной энергии в жидкой воде определяют,
в основном, «свободные» молекулы (с малым числом водородных
связей), которых во льду существенно меньше. Поэтому запасенной
колебательной энергии в нем оказывается существенно больше, чем в
жидкой воде, вследствие чего значительно увеличивается дипольный
момент молекул и возрастают диэлектрические потери (до пяти раз).

При слабых магнитных полях внесение примесей в разумных
пределах не оказывает влияния на величины резонансных частот и
амплитуды изменения физических параметров воды, но насыщение
воды воздухом заметно увеличивало ее «память» [3.42+3.46], то есть
время последействия. Это является прекрасным экспериментальным
подтверждением вышеизложенной теории колебательной накачки
молекул Н2О и влиянии растворенных газов молекулярного кисло-
рода и азота на запасенную колебательную энергию и химические
реакции.

Обработка слабым переменным магнитным полем жидкой воды
изменяет ее свойства - увеличивается почти в два раза угол смачива-
ния на кварцевой поверхности, уменьшается величина адсорбции на
порошке кварца, в области оптимальной частоты 86 Гц обработанная
вода переохлаждалась на 2,5°С по сравнению с обычной водой, замет-
но изменялся спектр рассеяния зондирующего излучения на флуктуа-
циях оптических неоднородностей [3.42+3.46]. Эти изменения физи-
ческих свойств воды связаны с увеличением ее вязкости, повышением
уровня запасенной колебательной энергии и перестройкой кластеров
- они укрупняются. Вязкость активированной воды, с одной сторо-
ны, увеличивается, вследствие укрупнения кластеров, а с другой -
уменьшается благодаря насыщению газообразными водородом и кис-
лородом. Перестройка кластеров происходит благодаря увеличению
дипольного момента молекул Н2О и, как следствие, усилению связей
между ними. Большой эффект последействия (3+6 часов для жидкой
воды и сутки для льда) объясняется накоплением большого запаса ко-
лебательной энергии, постоянной подпиткой ее за счет цепных хими-
ческих реакций и большой многозвенностью этапов преобразования
энергии в реакциях (3.25+3.27), табл. 4.2, рис. 4.2,4.3.

Прямым подтверждением вышеописанных квантово-механи-
ческих и колебательно-неравновесных реакций в жидкой воде с об-
разованием газообразного водорода может служить эксперимент,
приведенный в монографии [2.7]. На рис. 7.7 показана фотография
замороженного образца воды, предварительно обработанной по ме-
тодике И. Грандера [2.7]. Эта методика заключается в воздействии
на нее в течение длительного времени слабым переменным магнит-
ным полем. Из снимка видно, что при замораживании воды в ней
Рис. 7.7. Снимок замороженной воды, пред-
варительно обработанной по методике
Й. Грандера [2.7].

присутствуют пузырьки газа,
причем анализ проб льда из
разных частей образца пока-
зал, что степень кислотности
среды находится в диапазоне
рН=9,16+9,46. Отсюда следует,
что в такой воде идут интен-
сивные экзотермические ре-
акции рис. 4.2 с образованием
молекулярного водорода. Нуж-
но отметить, что вид снимка
на рис. 7.7 существенно от-
личается от подобного на рис.

4.6а, сделанного для обработанной с помощью электролиза воды
(католит), степень кислотности которой была рН~10. На снимке рис.
7.7 область пузырьков, по сравнению с рис. 4.6а, занимает только
часть объема воды сосуда и отсутствует упорядоченность в их разме-
щении. Это связано с тем, что для условий рис. 7.7 обработка воды
проводилась локально в небольшой части объема сосуда, и физиче-
ские воздействия на воду существенно отличались: при электролизе
в объем воды вводилось большое количество свободных электро-
нов, что вызывало быстрое протекание всего комплекса реакций
(3.25+3.27), табл. 4.2, рис. 4.2, во всем объеме воды. В то же время
при воздействии слабого переменного магнитного поля процесс на-
чинается с реакций колебательной накачки молекул Н,О (3.25+3.27),
а затем уже «включаются» реакции табл. 4.2. Таким образом, здесь
мы имеем два устойчивых различных состояния (аттрактора) воды с
разложением молекул Н,О на Н, и Н,О, (реакции 4.17).

Обработка воды слабым переменным электромагнитным полем
или импульсным ЭМИ оказывает точно такое же воздействие, как и
слабое переменное магнитное поле. Это связано с тем фактом, что
«работает» только магнитная составляющая, поскольку, как под-
робно показано в гл. 2, влияние электрического поля начинает ска-
зываться только при величине напряженности более 106 В/см. Вода
приобретает новые свойства: осветляется, происходит коагуляция и
выпадение в осадок солей, органических веществ, насыщается ра-
дикалами, молекулами ОН, Н, Н,, Н,О, и колебательной энергией.
В этом случае степень кислотности сдвигается в щелочную область,
улучшаются ее вкусовые свойства, она становится активированной,
приобретает бактерицидные свойства.

Во многих лабораториях мира проводили следующий экспери-
мент [5.123]: воду из одного сосуда разливали в два и один ставили
под воздействия различного рода (ЭМИ, акустические волны, свет и
т.д.), а второй размещали на каком-то расстоянии от первого. Оказа-
лось, что через некоторое время вода во втором сосуде приобретала
свойства такие же, как и в сосуде, обработанном внешними поля-
ми. Здесь необходимо отметить две принципиальные особенности
эксперимента. Первое - вода в обоих сосудах первоначально строго
находилась в одном аттракторе с заданным набором собственных ре-
зонансных частот; второе - внешнее воздействие на воду в одном из
сосудов могло изменить только небольшую часть этих собственных
частот и поэтому между этими двумя аттракторами существовала
резонансная связь через излучаемые слабые ЭМИ. В этом случае из-
менение небольшой части резонансных частот в одном аттракторе
может привести к изменениям их в другой системе воды, если выде-
ляющейся энергии за счет части разложения .молекул воды хватает
для поддержания этого нового состояния с учетом всех потерь.

Еще один тип воздействия слабыми электромагнитными полями
на воду, водные растворы, продукты питания, биологические объ-
екты и людей получил в настоящее время широкое распространение
в быту, но нормального научного объяснения физическим процес-
сам, которые происходят при этом, не существует. Так в США Слим
Сперлинг [6.1] изготавливает металлические кольца, пружинки, не-

кие пространственные
фигуры из проволоки
(рис. 7.8а), которые ис-
пользуют для ношения
с собой у какой-то ча-
сти тела, для обработки
воды, молодого вина,
пищевых продуктов. Для
обработки движущейся
воды кольца надевают на
трубы, запорные устрой-
ства и т.д. Качество воды

 •

Рис. 7.8. Примеры применения воздействий слабых
ЭМИ на жидкую воду: а - кольца, пружинки, изготав-
ливаемые Слим Сперлингом [6.1]: б- нейтрализаторы
вредных излучений изобретателя Уо1з1ае Хеде1]ко\чс
(Сербия).

ся, молодое вино приобретает свойства старого выдержанного, при
воздействии на человека улучшается самочувствие, повышается
стойкость организма к различным заболеваниям, но эффективность
этого воздействия на разных людях не одинакова.

Нейтрализаторы вредных излучений «К.Е1Ч» изобретателя
Уойкгу ЫедеЦкохпс (Сербия) (рис. 7.86) предназначены для защиты
человека от воздействия вредных ЭМИ, геопатогенных зон земли,
Хартмановой и Кериевой сеток земли и, согласно рекламе, снижа-
ют утомляемость, нервозность, раздражительность, улучшают сон,
снимают депрессию, боли в суставах, замедляют процессы старения
биологических клеток, повышают
иммунитет, устойчивость к инфек-
ционным заболеваниям, предупре-
ждают развитие атеросклероза,
инсультов, инфарктов, гипертони-
ческой болезни и т.д.

Так называемые, бипирамиды
Панова [7.2] (рис. 7.9) представля-
ют собой проволочную конструк-
цию из двух трехгранных пирамид,
соединенных между собой верши-
нами, на ребрах размещаются утол-
щения в виде усеченных конусов,
кроме того, они снабжены «уси-
ками», которые могут играть роль
антенн. Устройства устанавливают
в помещениях, ориентируя их по
линии север - юг. Они уменьшают
Рис. 7.9. Устройство Панова А.Ф. для ВреДНОв ВОЗДеЙСТВИС ГеОПаТОГвН-
обрабютки воды [7.2].	НЫХ ЗОН, ЭМИ 6ЫТ0ВЫХ Приборов,

вредных веществ в воздухе, позво-
ляют обрабатывать воду, пищевые продукты, уменьшая содержание
нитратов в них, благоприятно воздействуют на человека.

Матричные аппликаторы, показанные на рис. 7.10, по сути,
представляют собой дифракционную решетку, выполненную путем
напыления графита на лавсановую пленку в виде сложного геоме-
трического рисунка с размерами ячейки 0,1-НО мм [7.38]. Они ис-
пользуются для лечения людей от разных заболеваний, при этом на-
клеиваются на акупунктурные точки тела, либо для активации воды
- на стенки сосуда.

Конструкции, показанные на рис. 7.8, 7.9, выпускаются многи-
ми фирмами, и, по сообщениям авторов этих изобретений, металли-
ческие изделия обрабатывают специальным образом, но технологию
нигде не публикуют и не
объясняют, считая это боль-
шим ноу-хау. Анализ боль-
шого количества примене-
ний подобных устройств
показал, что, действитель-
но, эффект воздействия
существует и требует объ-
яснений. Обработка ЭТИХ Рис. 7/0. Матричные аппликаторы для лечения
металлических изделий, людей и обработки воды. [7.38].
по-видимому, сильными ЭМИ заключается в уменьшении их оми-
ческого и волнового сопротивления, а также в подборе формы и
размеров под некоторые оптимальные частоты. Одновременно не-
которые конструкции (например, пирамиды Панова) заполняются
веществом, которое состоит из мелкодисперсного порошка содер-
жащего медь, алюминий, кремний, никель, титан и смешанного с
полимерным компаундом, легированного холестерилацетатом [7.2].
Застывание этого полимерного компаунда происходит вблизи акти-
вированной воды, что обеспечивает расположение доменов (дипо-
лей) ферромагнитных частиц в упорядоченную структуру, которая
может воспроизводить собственные резонансные частоты заданного
аттрактора этой воды. Таким веществом покрывают различного рода
брелки, броши и другие изделия, которые люди носят постоянно на
теле или с собой.

Особо следует отметить рамные конструкции со сфериче-
скими конденсаторами Селищева В.К., показанные на рис. 7.11.
Воздействие от них на различные объекты позволяет снизить
вязкость нефтепродуктов, по-
высить мощность двигателя
внутреннего сгорания с одно-
временным уменьшением вред-
ных примесей в выхлопных
газах, увеличить урожайность
сельскохозяйственных расте-
ний, повысить ежесуточный
привес домашних животных и
рыб, осуществлять длительное
хранение пищевых продуктов
с одновременным повышени-
ем их качества, вкусовых и по-
требительских свойств, а также
изгонять вредных насекомых и
грызунов из жилых и производ-
ственных помещений, умень-
шать влияние вредных излуче-
ний В помещениях на человека Рис. 7-Н- Устройство концентрации энергии
и животных. Применение по- (е-'ии<ет в к-
добных конструкций, в частности, на одном из мясокомбинатов по-
зволило избавиться от грызунов в производственных помещениях,
а также за счет возможности сохранения продукции в течение дли-
тельного времени, улучшения ее качества и роста потребительского
спроса способствовало увеличению ее выпуска в пять раз (реклама).
Селищевым В.К. разработана аппаратура регистрации ауры (картин-
ки) электромагнитных излучений (биополей) вблизи предметов и
существ, содержащих воду, с визуализацией на экран компьютера,
позволяющая количественно оценить эффективность воздействия
этих рамных конструкций на живые и неживые объекты. Работу этой
аппаратуры он неоднократно демонстрировал, определяя «степень
энергонасыщенности» человека, на многих выставках, проходивших
в Москве.

Физическое воздействие проволочек, пружинок, колец, рамных
конструкций, аппликаторов заключается, вероятно, в следующем.
Являясь, фактически, приемными антеннами самых разных ЭМИ,
которые существуют в окружающем пространстве (от радиоволн до
КВЧ колебаний), эти конструкции совместно с геомагнитным по-
лем земли своими замкнутыми контурами формируют собственное
слабое направленное (отраженное) ЭМИ с заданными частотами,
частично совпадающими с собственными частотами жидкой воды.
Это ЭМИ (стоячая волна) воздействует на окружающее пространство
(водные аэрозоли), объекты и человека, причем главная составляю-
щая его - это слабое переменное магнитное поле, влияние которого
подробно изложено выше. Так, например, изделия «КЕМ» (рис. 7.86)
представляют собой цилиндрические фигуры, сделанные из латуни,
покрытой золотом с ребрами и канавками шириной 2,5-НЗ,5 мм, что
соответствует половине длины волны резонансных частот КВЧ из-
лучения для жидкой воды (см. табл. 3.2). Аналогично «работают» и
дифракционные аппликаторы (рис. 7.10), отражая целый спектр ЭМИ
миллиметрового диапазона, из которого молекулами воды поглоща-
ются близкорезонансные линии. Рамные конструкции Панова А.Ф. и
Селищева В.К. (рис. 7.9, 7.11) отражают излучение длинноволнового
(дециметрового) диапазона, соответствующее низким резонансным
частотам воды. Поэтому такие «антенны» будут отражать и усиливать,
в основном, длины волн излучения резонансные для жидкой воды и
благоприятные для человеческого организма. Воздействие излучения
с резонансными длинами волн на вещества и пищевые продукты, со-
держащие воду, заключается в переводе ее в аттрактор с повышенным
индексом щелочности и протекание реакций, описанных выше.

Влияние мелкодисперсного порошка в полимерном компаунде
на окружающую среду заключается в следующем. Порошки вклю-
чают в себя, обычно, различные металлы, кремнистые соединения,
алюмосиликаты и другие минералы, имеющие кристаллическую
структуру и содержащие в своем составе гидратированные моле-
кулы воды. Проволочные антенны, которые входят в конструкцию
таких устройств, избирательно «принимают» внешние резонансные
излучения КВЧ и облучают ими гидратированные молекулы воды в
порошке, колебательно возбуждая их и переводя в аттрактор с задан-
ным набором частот. Эти колебательно возбужденные молекулы Н,О
в кристаллической структуре порошка генерируют слабое электро-
магнитное излучение с частотами, соответствующими резонансным
частотам своего аттрактора жидкой активированной воды. Данное
слабое ЭМИ (в основном переменная магнитная составляющая),
воздействуя на водные аэрозоли воздуха, либо воду, находящуюся
в живых тканях и крови человека, переводит ее в аттрактор, соот-
ветствующий состоянию гидратированных молекул в кристалли-
ческой структуре порошка. В результате в воздушных аэрозолях и
биологических объектах создается аттрактор воды с повышенным
выделением колебательной энергии, которая увеличивает энергиза-
цию биологических клеток, нормализует их жизнедеятельность и
функционирование.

В работе [3.5] описаны результаты обработки импульсным ЭМИ
воды, водки, лимонада. Существенно улучшаются вкусовые свой-
ства жидкостей, показатель кислотности рН сдвигается в щелочную
область, изменяется спектр поглощения воды (см. табл. 3.13 и рис.
3.16), причем эти изменения сохраняются длительное время - более
двадцати пяти суток.

Авторы технологии [7.4] обрабатывали очень слабым импульс-
ным ЭМИ различные жидкости: воду, алкогольные напитки, соки,
водонефтяные эмульсии. Вода, напитки и соки приобретали свой-
ства, описанные выше, а водонефтяные эмульсии разлагаются на
нефть и чистую воду. Причем воздействие на водонефтяную эмуль-
сию, остающуюся после промывки емкостей, в которых находились
нефтепродукты, осуществляли локально в малом объеме большой
емкости (бочка, цистерна), а через некоторое время разделение не-
фтепродуктов от воды происходило во всей этой емкости.

Исследование воздействия на воду низкочастотного переменно-
го ЭМИ [4.44] показало смещение рН от 7,85 (кислотная область) к
8,15 (щелочная область). Воду обрабатывали не более одного часа
- утверждается, что получен максимальный сдвиг по рН. Вода со-
храняет свои свойства двадцать пять дней и более. Установку можно
применять для очистки воды от инертных газов, ионов тяжелых ме-
таллов, растворенных солей.

В гл. 4 описан эксперимент [4.44] когда жидкую воду обработа-
ли электромагнитным излучением в диапазоне частот (Н20 Гц (точ-
ное значение автор в своей книге не приводит, считая его ноу-хау)
длительностью около часа. По наблюдениям, в течение двух лет в
этом образце воды шли процессы разложения ее на водород и кис-
лород. Этот диапазон частот перекрывает, по крайней мере, десять
резонансных частот для жидкой воды (см. табл. 3.17), поэтому воз-
действие ЭМИ с одной из них перевело воду из обычного «квази-
равновесного» состояния в область очень устойчивого аттрактора,
в котором постоянно идут колебательно-неравновесные процессы с
участием цепных химических реакций типа рис. 4.2 и 4.3.

Еще одно необычное явление описывает Масару Эмото: он ста-
вил на фотографии различных объектов емкости с водой, затем по
истечении некоторого времени замораживал пробы воды, взятые из
нее, и выращивал кристаллы льда. Оказалось, что при использовании
фотографий природных объектов: различного типа пейзажей, живот-
ных, водных объектов и т.д. кристаллики льда получаются красивой
совершенной формы, пример которых показан на рис. 7.12.

Ученые от классической науки наверняка выскажут предполо-
жение, что подобный эксперимент явно «от лукавого» и такого быть
не может, потому что не может быть. Тем не менее, хотя бы с какой-

то долей вероятности
попытаемся объяснить
этот феномен. При
фотографировании
любых объектов на
эмульсию фотопленки
воздействуют кванты

Рис, 7,12, Фотографии кристаллов двух образцов воды в
бутылках, одна из которых стояла на фотографии вида
африканской саванны, а вторая - джунглей Азии [5.122].

света не только види-
мого диапазона длин
волн, но также ин-
фракрасного и ультра-
фиолетового, которые
пропускает объектив

фотоаппарата. В этом спектре всегда будут присутствовать частоты

колебаний квантов света, испускаемых молекулами воды, которые
окружают снимаемый объект и находятся в данном стабильном со-
стоянии (аттракторе). В эмульсии фотопленки, фотобумаге всегда

присутствуют молекулы «связанной» воды, которые под действием
всего спектра излучения от фотографируемого объекта избиратель-

но, резонансно поглотят только те кванты света, которые излучены
молекулами Н,О этого объекта. Такое резонансное поглощение излу-
чения приведет к переходу молекул «связанной» воды, имеющейся
в эмульсии фотопленки, в новый аттрактор, соответствующий воде,
находящейся вокруг фотографируемого объекта. При печатании фо-
тографий с негативной фотопленки она облучается обычно широким
спектром длин волн, причем не только видимого диапазона, но ин-
фракрасного и ультрафиолетового. Эти кванты света поглощаются
молекулами связанной воды фотопленки и затем переизлучаются со
своими собственными частотами на фотобумагу, переводя уже моле-
кулы «связанной» воды, находящейся как в эмульсии, так и в самой
бумаге в новый аттрактор, соответствующий аттрактору молекул
воды сфотографированного объекта. Если теперь на фотографию по-
ставить сосуд с водой (причем необходимо, чтобы материал стенок
сосуда пропускал весь диапазон длин волн, испускаемых молекула-
ми «связанной» воды, находящейся в фотобумаге), то под действием
излучения молекул «связанной» воды, находящейся в фотографии,
вода в сосуде перейдет в аттрактор, соответствующий воде сфото-
графированного объекта. При этом вид кристалла будет соответство-
вать аттрактору воды сфотографированного объекта.

Эти выводы хорошо подтверждаются не только фотоснимками
льдинок различных видов воды, полученные Масару Эмото [5.122],
но и авторами брошюры [7.3]. Еще в 80-е годы в СССР ими был
разработан прибор для измерения спектра электромагнитных волн,
излучаемых организмом человека и водой. Кроме того, было создано
вещество из мелкодисперсного порошка, содержащего медь, алюми-
ний, кремний, никель, титан, смешанного с полимерным компаун-
дом, легированного холестерилоцетатом. С помощью этого вещества
были сделаны фильтры для активации воды и биостимуляторы в виде
брелков для воздействия на какой-то больной орган человека, кроме
того, создавалась «лечебная» живопись, выполненная в виде художе-
ственных форм, покрытых цветами и обработанная биоактивными
полимерами. Приборные измерения и многочисленные испытания
на больных показали значительный оздоровительный эффект этих
всех устройств. Некоторые результаты воздействия этого вещества
на разные типы воды приведены в табл. 7.2.

Из табл. 7.2 можно сделать вывод, что наихудшие характеристи-
ки после обработки имеет дистиллированная вода, вследствие малого
содержания в ней растворенного воздуха и отсутствия минеральных
солей. Предварительно активированная вода и отстоем в течение

Параметры	Дистиллированная вода						суток, обеспечи- вает сохранность своих свойств в течение суток, а предельная вели- чина кислотно- сти рН достигает своего насыщения и далее не зависит от дальнейшего воздействия ве- щества, что озна- чает стабильность заданного аттрак-
Циклы	До начала	1	5	10	15	20	
рн	5,95	6,42	6,5	6,6	6,8	7,0	
	Водопроводная вода						
Циклы	До начала	1	5	10	-	-	
рн	7,15	7,25	7,5	7,67	-	-	
	Предварительно структурированная вода						
Циклы	До начала	5	30	90			
рн	7,15-7,2	7,45	7,75	7,7			
Габг 7.2. Обработка воды с помощью полимерного веще- ства: циклы-количествораз проливок воды через вещество [7.3].							
тора воды. Увеличение параметра рН воды по сравнению с его ней-
тральной величиной говорит о переходе в щелочную область и про-
текании квантово-химических экзотермических реакций типа рис.
4.2 с разложением части воды на водород и кислород.

Измерения показали, что художественные картины, покрытые этим
полимерным веществом излучают электромагнитные поля (еще раз на-
помним, что это спектрально измененные отраженные поля от приходя-
щих внешних ЭМИ), которые воздействуют на воду, живые организмы
и человека. Лечебный эффект проявляется на расстоянии трех и более
метров, создается зона экологического комфорта, нейтрализуется воз-
действие вредных излучений, улучшается кровообращение, снимаются
стрессы и неврозы, восстанавливают функции зрения, лечат астмати-
ческие заболевания и т.д. Что очень важно, так это эффект целебного
действия картин сохраняется в печатных оттисках, выполненных со
слайдов, что послужило основанием для выпуска календаря - лекаря.

Исследования девяти древних русских икон, хранившихся в
Русском музее в Санкт-Петербурге, показали [7.3], что две из них
излучают слабое ЭМИ, благотворно воздействующее на биоэлек-
трическую активность живых клеток, при этом определили, что за
это ответственны молекулы Н2О «связанной» воды, находящейся в
грунтовых красках иконы.

7.4.	Влияние постоянного магнитного поля и
высокочастотного электромагнитного излучения

Влияние постоянного магнитного поля на жидкую воду и лед в
аккуратной постановке, к сожалению, не исследовалось (по крайней
мере, автор не нашел в научной литературе подобных материалов),
но имеется много изобретений и экспериментальных фактов о суще-
ственном изменении свойств воды, протекающей через соленоид,
образующий постоянное магнитное поле, либо закрученной в сосу-
де в поле постоянного магнита. Такая вода приобретает интересные
свойства: в ней уменьшается содержание солей различных элемен-
тов в 2^5 раз; в воде гибнут многие болезнетворные микробы; вода
насыщается молекулярным кислородом; ускоряются процессы ее
осветления, коагуляции взвесей и выпадение их в осадок. Примене-
ние такой воды в теплоагрегатных установках снижает образование
накипи и коррозии металла на стенках, использование ее для полива
культурных растений существенно повышает их урожайность, холо-
достойкость и засухоустойчивость, приготовление бетонных смесей
на такой воде повышает их пластичность и прочность бетона и т.д.

Одной из фирм [7.5] выпускается устройство для магнитной об-
работки воды. В рекламе на него предлагаются следующие области
применения, в которых требуется качественная вода: в энергетике
- обработка воды с целью уменьшения осаждения накипи и улучше-
ния антикоррозионных свойств; в биотехнологии - улучшение рео-
логических свойств ферментационных сред; в животноводстве - ис-
пользование для поения животных; в растениеводстве - для полива
растений; в производстве бетона - для повышение пластичности и
прочностных свойств бетона; в пищевой промышленности - для по-
вышения качества напитков; в текстильной промышленности - для
повышения стойкости красителей. Промышленностью выпускается
магнитный активатор воды марки МАВР (ММТ) предназначенный:
а) для предотвращения осаждения или ликвидации уже осажденной
накипи в различных теплообменниках, водогрейных котлах и т.д.; б)
ускорения процессов осветления жидкостей (в 2^-3 раза) и уменьше-
ния количества коагулянтов при химподготовке и в процессе дехло-
рирования питьевой воды; в) очистки капиллярных систем.

Другая фирма изготавливает изделие «Аквадиск» [7.6], пред-
ставляющее собой деревянный диск с запрессованным в нем посто-
янным магнитом в виде подставок для бытовых емкостей (бутылки,
стаканы и т.д.). Если по инструкции на эту подставку поставить ем-
кость с водой и закрутить ее, чтобы образовалась воронка, то при-
мерно через 1,5^2 часа вода становится активированной, при этом
в ней уменьшается содержание солей железа, свинца, аммония, се-
роводорода, хлора, токсинов, кроме того, уничтожаются микробы,
улучшается вкус воды, она насыщается кислородом. В этом случае
все соли выпадают в осадок, на стенки сосуда или остаются в ниж-
нем слое воды, процессы активации воды в сосуде ускоряются, если
в свежую воду добавлять часть (30%) активированной воды. Все эти
выводы подтверждены химическими анализами, проведенными в
аналитическом центре МГУ. Такая активированная вода повышает
эффективность жидких лекарственных форм и вкусовые качества
спиртных напитков, приготовленных из нее. Из личного общения с
разработчиками этого устройства и отрывочной информации из ста-
тей стало известно, что в дисках создается наведенное магнитное
поле. Технология изготовления включает в себя операции подбора
пород дерева, его специальной обработки, а на последней стадии -
путем установки на диск на длительное время емкости с роднико-
вой, чистой водой. Как пишут сами разработчики [7.6], «аквадиск
несет в себе информацию чистой, родниковой воды, записанной на
«живицу» и усиленной магнитным полем».

Аналогичное устройство - деревянная подставка, в которую, как
говорят авторы, вмонтирован «биокорректирующий элемент» в виде
круглой пластины, под названием «Росинка» выпускается авторами
патента [7.7]. Согласно рекламы, при установке воды в посуде из
любых материалов (стекло, металл, пластик, керамика) она «струк-
турируется» в условиях комнатной температуры в течение 30 мин, а
для горячих напитков, при помешивании их, вода структурируется
за 3+5 мин. Вкус всех напитков как горячих, так и холодных заметно
улучшается, становится мягче. При использовании таких подставок
для улучшения качества спиртных напитков (водка, вино) - в них
уменьшается содержание сивушных масел, вино приобретает более
выдержанный цвет и вкус, усиливается характерный запах и вкус
того винограда, из которого было приготовлено вино. После нахож-
дения на подставке в течение 30+40 мин овощей и фруктов просле-
живается тенденция к уменьшению содержания в них нитратов на
20+30% (исследования проводили с помощью нитрат-тестера).

На основе вышеизложенного материала можно сказать, что, в
случае применения «Аквадиска», так же, как и при обработке посто-
янным магнитным полем, в воде идут колебательные процессы, толь-
ко теперь уже не величина магнитного поля меняется периодически,
а молекулы воды (электрические диполи, двигаясь поступательно
и колеблясь в угловом направлении) обеспечивают взаимодействие
своего электростатического поля с постоянным градиентным маг-
нитным полем. О необходимости обязательного движения воды при
обработке ее постоянным магнитным полем говорится в инструкции
пользователям «Аквадиска», а также в монографии [1.12].

В такой воде, прошедшей магнитную обработку, накапливается
колебательная энергия, и начинают идти цепные химические реак-
ции, в результате которых она насыщается молекулярным водородом,
кислородом, перекисью водорода и радикалами. Благодаря насыще-
нию колебательной энергии в жидкой воде происходит разрушение
гидратных оболочек ионов солей и органических соединений, что
вызывает их коагуляцию, выпадение в осадок, удаление накипи со
стенок котлов и труб. Наличие радикалов в воде и перекиси водорода
вызывает гибель микробов и обеззараживание ее, а присутствие во-
дорода вызывает процессы «наводораживания» металлических по-
верхностей, то есть восстановление окислов железа и образование
прочных черных пленок на стальных изделиях. Уменьшение вязко-
сти воды приводит к повышению пластичности бетона, а увеличение
ее структурированности - к более упорядоченному расположению
образующихся доменов (зерен) в бетоне, уменьшению количества
дефектов между ними и увеличению его прочности. Повышение
стойкости красителей связано с ускорением химических реакций
образования сложных органических соединений за счет влияния ко-
лебательно возбужденных реагентов.

Особо следует пояснить физику феномена, которые наблюда-
ли многие исследователи. Когда в сосуд с обычной водой вливают
небольшое количество (1030%) воды, активированной одним из
рассматриваемых способов воздействия, то оказывается, что через
некоторое время вся вода в сосуде становится активированной. Это
явление с одной стороны еще раз подтверждает выше изложенную
теорию о колебательно неравновесных процессах, идущих в жидкой
воде, а с другой - сам феномен можно объяснить достаточно коррек-
тно на основе данной теории.

В качестве показательного примера приведем описание явления,
которое наблюдал Друнвало Мильхиседек [6.1]: «Итак, что происхо-
дило в Вашингтоне? Двое ученых принесли пробу загрязненной воды
большого объема, которая выглядела и пахла, как грязные отбросы,
она была коричневого цвета, и в ней что-то плавало. Военные при-
несли свой образец грязной воды, которая отсвечивала зеленовато-
желтым цветом, она пахла бензином и была совсем не похожа на
воду. Изобретатель «сверхионизированной» воды АуИап Ооуик (из
турецкой корпорации) проводил демонстрацию. Он налил на поверх-
ность загрязненной воды в двух сосудах небольшое количество своей
«сверхионизированной» воды, после этого мы в течение более двух
часов наблюдали, как в сосудах грязная вода медленно превращалась
в то, что больше было похоже на дистиллированную, кристально чи-
стую воду. Потом г-н АуИап Ооуик взял золотую рыбку из аквариума,
который стоял в офисе компании, и поместил ее в один из очищенных
«грязных» сосудов. Он продолжал проводить химические демонстра-
ции более трех часов, пока рыбка плавала в том, что только двумя
часами ранее было непригодным для обитания. Позднее, когда де-
монстрация закончилась, эту рыбку вернули назад в аквариум. Один
из ученых позвонил мне на следующий день и сказал, что весь аква-
риум на следующее утро стал кристально чистым, только благодаря
той воде, которая была у рыбки во рту и на теле».

Как излагалось ранее, состояние «активированной» воды озна-
чает, что в ней идут колебательные процессы изменения объектов:
молекул, ионов, кластеров, колебательной и кинетической энергии
с заданными резонансными частотами, характерными для данной
устойчивой системы параметров (заданный аттрактор). Если теперь
такую систему поместить в среду, где имеются точно такие же молеку-
лы и кластеры с кинетической и колебательной энергией, но с други-
ми собственными резонансными частотами (другой аттрактор), то си-
стемы начинают влиять друг на друга и преобладающим станет тот
аттрактор, в котором будет больше выделяться энергии, идущей
на поддержание всех типов колебаний системы объектов. Повторим
еще раз: активированные (колебательно возбужденные) молекулы
воды, имеющие собственные резонансные частоты, попадая в среду,
где имеются такие же молекулы воды, пусть даже с большими концен-
грациями органических и неорганических примесей, за счет излуче-
ния колебательных квантов переводят их в возбужденное состояние.
Благодаря этому активизируются цепные химические реакции рис. 4.2
и 4.3, выделяющаяся энергия за счет разложения части молекул Н,О,
запасается на колебательных степенях свободы окружающих молекул
воды, снова переизлучается на весь ее объем, и таким образом органи-
зуется лавинообразный процесс перевода одного состояния (аттракто-
ра) воды в другой. В вышеприведенных примерах небольшой объем
чистой активированной воды добавлялся в большой объем грязной
воды. В этом случае аттрактор чистой воды был характерен большим
выделением колебательной энергии благодаря реакциям табл. 4.2 в
связи с высокой насыщенностью ее радикалами, молекулами, ионами
и электронами: ОН, О, Н, О,, О3, Н,, Н,О2, ОН , Н+, е . Грязная вода за
счет присутствия органических соединений имеет значительно мень-
ше таких соединений, поэтому реакции табл. 4.2 протекать не могли.
После смешения чистой и грязной воды энергии, выделяющейся за
счет этих реакций, хватает не только на перевод грязной воды в новый
аттрактор, но и на окисление и разложение всей органики в растворе.

Таким же образом можно объяснить и «настройку» «Аквадиска»
в деревянной подставке. В дереве всегда присутствуют молекулы
воды в «связанной форме» в виде неких доменов. Когда на диск ста-
вят сосуд с чистой родниковой водой, то под суммарным воздействи-
ем слабого постоянного магнитного поля, тех колебательных кван-
тов, которые излучают молекулы Н2О из сосуда и электромагнитного
поля диполей «связанные» молекулы воды в дереве переходят в коле-
бательное состояние аттрактора родниковой воды. Затем после уста-
новки на «аквадиск» сосуда с обычной водой уже эти молекулы Н2О,
находящиеся в дереве, совместно с магнитным полем магнита, ко-
торое модулируется колеблющимися связанными молекулами Н2О в
дереве, переводят обычную воду в состояние аттрактора родниковой
воды. В этом случае молекулы воды, находящиеся в дереве, выступа-
ют в качестве носителей всех резонансных частот, характерных для
данного аттрактора. Надо еще раз подчеркнуть, что переход от одного
аттрактора состояния воды к другому будет происходить только тог-
да, когда выделяющейся энергии в воде нового аттрактора с учетом
полного баланса всех потерь хватает для его существования.

Совершенно аналогично воздействие деревянной подставки
«Росинка» с «биокорректирующим элементом», причем в качестве
такого элемента может использоваться, например, металлическая
или пластмассовая подложка, с покрытием из порошка, состоящим
из кремнезема (возможно алюмосиликата) смешанного с опилками
ферромагнитного материала. Этот порошок вместе с клеем наносит-
ся на подложку и в момент его отвердения устанавливается вблизи,
например, с родниковой, ключевой или какой либо другой активи-
рованной водой. Под действием слабых ЭМИ, излучаемых такой
водой, домены ферромагнитов, кристаллов, диполи связанной воды
в деревянной подставке «настраиваются» на частотные характери-
стики аттрактора активированной воды. Объяснение новых свойств
воды после ее обработки подобными устройствами только за счет
ее структурирования, тем более при температуре 6(Н80°С (для горя-
чих напитков) принципиально неверно, так как структурирование
воды является следствием перехода воды в новый аттрактор, а не
причиной. Главная особенность таких переходных процессов - это
более высокий уровень запасенной колебательной энергии, благода-
ря которому начинают усиливаться экзотермические цепные хими-
ческие реакции. Как уже неоднократно говорилось выше, благодаря
накоплению в такой активированной воде радикалов и активных
соединений ОН, О, Н, Н2О2, Н2, ОН , е , а также колебательной энер-
гии, коагулируются и уходят в осадок растворенные в воде соли, в
результате чего улучшаются ее вкусовые свойства.

Исследования воздействия на воду сильного постоянного маг-
нитного поля (Нв=3979 А/м) и высокочастотного ЭМИ в диапазоне
резонансных частот 50,3 и 51,8 ГГц (см. табл. 3.2) проводили в рабо-
те [4.62], результаты которого приведены на рис. 7.13. В данном слу-
чае влияние магнитного поля привело к исчезновению резонансного
пика в КВЧ диапазоне 50,3 ГГц и появлению вместо него двух новых

с частотами 49,7 и 50,8 ГГц,
а старый пик 51,8 ГГц сохра-
нился. Авторы пытаются
объяснить полученный ду-
блет частот как проявление
эффекта Зеемана для воды в
миллиметровом диапазоне
длин волн, где в процессе
взаимодействия участвуют
магнитные моменты элек-
тронов и магнитное поле
снимает ориентационное
вырождение кластеров. На
самом деле все, очевидно,
проще. Как описывалось в

Рис. 7.13. Спектр колебаний в жидкой воде: 1 - об-
лучение КВЧ ЭМИ; 2 - облучение КВЧ ЭМИ в при-
сутствии постоянного магнитного поля [4.62].

гл. 3, резонансные частоты (табл. 3.2) в КВЧ диапазоне относятся к

вращательным подуровням колебательных уровней кластеров воды,

в основном, относительно осей вращения с максимальным момен-
том инерции для данного кластера. Под влиянием такого сильного
магнитного поля за счет его взаимодействия с местными межмоле-
кулярными электростатическими полями, достигающими величин
Еэ= 108 В/см (см выше), энергия связей между диполями кластеров
становится равной Е1=1015 см '. Этот фактор приводит к дополни-
тельной накачке молекул Н,О колебательной энергией, перераспре-
делению ее между отдельными молекулами, увеличению их диполь-
ных моментов, образованию кластеров больших размеров несколько
другой формы с соответственно измененными моментами инерции.
Если вспомним, что энергия вынужденных собственных резонанс-
ных колебаний молекул и кластеров в воде составляет 727, 450 и
282 см 1 (см. гл. 3), то, благодаря такому сильному взаимодействию
между кластерами и молекулами, возникают новые вращательные
подуровни системы, соответствующие угловым колебаниям относи-
тельно осей с другими меньшими значениями моментами инерции
кластеров, чем исходных до воздействия магнитного поля.

Влияние высокочастотного излучения на жидкую воду в диапа-
зоне 10+100 ГГц изучалось в работах [3.5, 3.23+3.27]. Зафиксирован-
ные резонансные частоты приведены в табл. 3.2, а спектрограмма ее
поглощения показана на рис. 3.16. Воздействие КВЧ и СВЧ на ре-
зонансных частотах при малых мощностях приводят к следующим
изменениям физических свойств воды: увеличивается концентрация
перекиси водорода, значительно возрастает параметр рН, вода освет-
ляется и в ней ускоряется процесс коагуляции взвешенных частиц,
изменяется транспорт электронов и ионов через мембраны клеток,
изменяется степень окисления липидов в биологических мембра-
нах, такая вода сильно влияет на биологические процессы. Авторы
работы [3.23] отмечают, что появление в воде перекиси водорода,
обработанной СВЧ излучением, сопровождается значительным
увеличением (не менее чем на порядок) скорости распада молекул
воды по сравнению с обычным ее состоянием и образованием Н2О2
за счет рекомбинации радикалов ОН и Н. Этот экспериментальный
факт еще раз подтверждает, что при воздействии на жидкую воду
резонансными частотами СВЧ за счет реакций (3.25+3.27) и табл.
4.2 происходит развал молекул Н2О с образованием, в конечном сче-
те, молекулярного водорода и кислорода. Таким образом, при воз-
действии на воду СВЧ излучения ее свойства изменяются так же,
как и при воздействии слабого периодического магнитного поля, но
существенно возрастают ее измененные характеристики, при этом
величина рН увеличивается до значений 8,4, а время последействия
достигает двадцати пяти суток (см. табл. 3.13).

Большой объем экспериментальных материалов по изучению
воздействия на воду, водные растворы и биологические материалы в
диапазоне резонансных частот 50,3; 51,8; 64,5; 65,5; 95; 105 ГГц КВЧ
излучения приведено в работе [4.62]. Показано, что на амплитуду ре-
зонансных пиков сильно влияет температура, степень структуриро-
ванности воды (см. рис. 7.13), наличие различных примесей, кроме
того, происходит смещение максимумов частот в диапазоне 0,2+0,5
ГГц, а ширина спектральной линии находится в пределах ~1 ГГц.
Сделан принципиально важный вывод, что резонансное воздействие
КВЧ излучения на воду происходит только в случае, когда его плот-
ность мощности находится в диапазоне Ри=10*+10'6 Вт/см2.

В работе [5.122] исследовалось влияние различного рода из-
лучений на жидкую воду. Так, дистиллированную воду сначала на-
гревали в СВЧ-печи, затем охлаждали и выращивали кристаллики
льдинок (рис. 7.14а) по технологии, описанной выше. Кроме того,
устанавливали рядом с бутылкой воды мобильный телефон, и после
воздействия ЭМИ по той же технологии выращивали льдинки (рис.
7.146). Видно, что воздействие СВЧ излучения способствует обра-

зованию достаточно прочного по виду кристалла, практически иде-
ально правильной формы, а радиочастотный диапазон мобильного
телефона создает некие бесформенные образования (рис. 7.146). В

данном случае воздействие СВЧ излучения на воду приводит к силь-

нейшей колебательной
накачке молекул воды
за счет резонансного
совпадения с линиями
поглощения жидкой
воды, которая сохра-
няется при быстром
ее охлаждении, даль-
нейшем заморажива-
нии и таянии льда, в
процессе которого и
образуются прочные,
симметричные кри-
сталлы. Когда на воду
влияет ЭМИ мобиль-

а)	б)

Рис. 7.14. Фотографии кристаллов дистиллированной
воды: а) предварительно нагретой в СВЧ-печи: б) воздей-
ствие от излучения мобильного течефона [5.122].

ного телефона, частоты которого не совпадают с собственными ча-

стотами аттрактора воды, то не только не активируются молекулы
Н2О, но расстраивается существующий аттрактор воды. Запасенная
колебательная энергия уменьшается благодаря усиливающимся про-
цессам релаксации ее в тепло и в процессе образования льдинок ее
не хватает для создания симметричных кристаллов.

Сильное воздействие КВЧ и СВЧ на жидкую воду объясняется
тем, что энергии квантов излучения в диапазоне резонансных частот
37,7+105 ГГц изменяются в интервале 1,26+3,5 см1, что вызывает
накачку энергией вращательных подуровней колебательных уровней
молекул Н2О. Кроме того, эти значения квантов близки к дефектам
энергий ДЕд реакций (3.250.27) перераспределения колебательной
энергии между колебательными уровнями молекул Н2О. Поэтому в
процессе облучения воды излучением миллиметрового диапазона
длин волн происходит интенсивная накачка ее колебательной энер-
гией, что вызывает сильную интенсификацию цепных реакций водо-
родного типа рис. 4.2. Сильное влияние плотности подводимой мощ-
ности излучения на резонансные процессы колебательной накачки в
воде определяется ее высокой поглощательной способностью в этом
диапазоне длин волн и, в случае превышения некоторого порога,
большая часть поглощаемого излучения переходит в кинетическую
энергию молекул, а это, в свою очередь, резко увеличивает релакса-
цию колебательной энергии в тепло.

Особо следует отметить работу [3.5]. В ней приведены резуль-
таты испытаний по облучению жидкой воды, водки, лимонада им-
пульсным электромагнитным излучением с частотой в диапазоне
десятков МГц (точное значение автор не приводит, считая эту харак-
теристику своим ноу-хау). Результаты измерений кислотности воды
(рН) приведены в табл. 3.13. Если до облучения величина рН воды
равнялась 5,74, то в течение первых двенадцати суток она возраста-
ла до значения 8,4 и затем оставалась примерно такой же вплоть до
25 суток наблюдения (наблюдения за более длительное время про-
водилось). Здесь нужно отметить, что, во-первых, в результате воз-
действия импульсного ЭМИ очень резко уменьшается содержание
ионов Н+ (на 2,7 порядка) и, во-вторых, время последействия оказы-
вается очень большим (более 600 часов). Это означает, что система
объектов жидкой воды - молекул, ионов, кластеров, колебательной
энергии перешла в результате воздействия в аттрактор, который ха-
рактеризуется автоколебательным процессом с очень интенсивной
накачкой колебательной энергии за счет цепных реакций водородно-
го типа рис. 4.2. Но такое состояние системы возможно, когда резко
уменьшаются релаксационные потери колебательной энергии, а это
может означать только одно: в структуре воды значительно уменьша-
ется число «свободных» молекул, а размер кластеров увеличивается
(см. выше). Подобная структура воды может возникнуть, поскольку с
увеличением запасенной колебательной энергии молекул Н2О увели-
чивается их дипольный момент, а, следовательно, и энергия электро-
статических связей молекул. Например, энергия связей свободных
диполей за счет ориентационного и индукционного взаимодействий
по формулам (1.22, 1.23) для условий жидкой воды и параметров:
а=5х10-23 см3; Е=2,9х1О10 м; е0=8,85хЮ12 Ф/м; ц=0,61х10‘29 Кл.м
дают значения: НО|>=15,83 кДж/моль; 11инд =3,05 кДж/моль. Увеличе-
ние дипольного момента молекул Н2О хотя бы только в 1,5 раза при-
водит к величинам энергий взаимодействия: С1ор=80,14 кДж/моль;
С1ИНД ~ 6,86 кДж/моль, а это в первом случае уже превышает энер-
гию водородных связей (21 кДж/моль). Поэтому значительная доля
«свободных» молекул присоединяется к кластерам, что вызывает
уменьшение релаксации колебательной энергии, то есть создается
цепочка процессов с положительной обратной связью. В таком со-
стоянии вода может находиться очень длительное время (месяцы и
годы), причем еще раз нужно подчеркнуть, что никакого нарушения
закона сохранения энергии не происходит, а энергия процесса черпа-
ется за счет энергии связей части разлагающихся молекул Н2О, то
есть здесь сама вода выступает в качестве «топлива».

С этими выводами согласуются также результаты эксперимента,
проделанного в работе [4.62] по омагничиванию воды. Дистиллиро-
ванная вода в ампуле помещалась на несколько минут в коаксиальное
магнитное поле напряженностью Нв=7958 А/м, а затем сразу или по
истечении длительного времени (месяц) снималось ее излучение в
радиочастотном диапазоне (миллиметровые длины волн). Результаты
исследований показали, что вода дает дополнительное излучение к
своему радиотепловому фону даже по истечении месяца после маг-
нитной обработки, причем с течением времени эта интенсивность из-
лучения уменьшалась, а в ряде случаев на уровне фоновой генерации
наблюдались резкие всплески радиоизлучения. В этом эксперименте
после сильного магнитного воздействия вода переходила в новый ат-
трактор с более сильной интенсификацией квантово-механических и
колебательно-неравновесных реакций (3.25-^3.27), табл. 4.2, рис. 4.2,
4.3, а также с наработкой дополнительного количества колебательной
энергии и излучением молекулами Н2О квантов света. Этот аттрактор
оказался устойчивый, самоподдерживающийся, что и обеспечивало
постоянное дополнительное излучение, включая резонансные длины
волн и радиодиапазона (см. табл. 3.18). Наличие спонтанных, резких
всплесков излучения еще раз подтверждает протекание нестацио-
нарных лавинообразных реакций (3.25-^3.27), табл. 4.2, рис. 4.2, 4.3,
когда в каком-то узком частотном диапазоне возникает генераторно-
усилительный режим излучения (см. рис. 3.16).

Интересен также эксперимент, проделанный авторами работы
[7.32]. Они измеряли теплоту испарения талой воды (то есть толь-
ко что растаявшей из льда). Оказалось, что теплота испарения 1 кг
талой воды на 8,38 кДж больше, чем обыкновенной. Авторы это-
го эксперимента пытаются данный факт объяснить тем, что в мо-
мент фазового перехода при таянии льда происходит не больше и
не меньше, как изменение направления спина одного из ядер моле-
кулы ортоводорода и превращение ее на некоторое время (порядка
суток) в параводу, а затем с течением времени она снова переходит
в ортоводу. Возможно, все достаточно проще: колебательное воз-
буждение молекул Н,О в кристалле льда выше, чем в жидкой, дли-
тельно отстоянной воде (более сильно деформированы молекулы).
Когда происходит таяние льда, колебательная энергия молекул Н2О
оказывается значительно больше и, как много раз показано выше на
конкретных экспериментальных примерах, время релаксации коле-
бательной энергии молекул до уровня стабильного состояния воды
может составлять часы, сутки и т.д. При повышенном значении коле-
бательной энергии молекул Н,О возрастают их дипольные моменты,
а, следовательно, энергия связи между диполями (см. 1.22, 1.23), и в
этом случае для разрыва таких связей потребуется и больше энергии
при испарении воды.

В институте ИПЭФ РАН (Москва) осуществляли воздействие
на дистиллированную воду импульсным высоковольтным разрядом
с параметрами: напряжение 20+60 кВ, длительность импульса 10+20
мсек, частота 60+120 Гц при средней удельной энергии разряда 5-Н0
Дж/см3. После такого воздействия, как пишут авторы, вода станови-
лась биологически активной и сохраняет свои свойства вплоть до
года. Биологическая активность проверялась следующим образом:
на активированной воде приготавливался физиологический раствор,
куда вводились бактерии Е.СоИ и стафилококки 5(.Аигеия в концен-
трации 103+107 мл1. Одновременно такое же количество микробов
вводилось в физиологический раствор, приготовленный на воде не
обработанный разрядом. После выдержки в течение 24 часов в воде
обработанной разрядом количество бактерий составило 0+4 мл1, а
в растворе, приготовленном на необработанной воде, концентрация
бактерий не изменилась. При проведении опыта через год результат
остался точно таким же. В другом опыте нестерилизованные шпри-
цы помещали в образцы воды, обработанные и необработанные
разрядом: через шесть суток хранения в воде, не обработанной раз-
рядом, начинается рост числа микробов и к десятому дню вода ста-
новится полностью зараженной. В то же время вода, обработанная
электрическим разрядом, оставалась абсолютно чистой. В этом экс-
перименте в процессе импульсного высоковольтного разряда в воде
образуется высокая концентрация электронов, что благоприятству-
ет интенсивному протеканию реакций №1+4 (табл. 4.2) по развалу
молекул воды на ионы Н\ ОН ; запуску всех квантово-химических
цепных реакций (3.25+3.27), табл. 4.2, рис. 4.2, 4.3 с выделением
энергии и запасанием на колебательных степенях свободы, то есть
создается новый аттрактор воды с повышенным содержанием пере-
киси водорода, обеспечивающей высокие бактерицидные свойства.
7.5.	Воздействие акустических колебаний и
кавитационных процессов на жидкую воду

В данном случае рассматриваем совместное воздействие на
жидкую воду акустических колебаний и кавитации, потому что, фак-
тически, любые сильные звуковые волны вызывают появление пу-
зырьков. Влияние воздействия ультразвуковых волн и образующихся
при этом кавитационных пузырьков на жидкую воду с измерением
характеристик сонолюминесценции и состава двухфазной среды
достаточно подробно теоретически и экспериментально исследо-
вано в работах [2.3(Н2.35,2.44,3.22,7.1,7.8-^7.14], а также частично
изложено в гл. 2, 6. Добавим к ним еще одну работу, проведенную
Ф.Гайтана и Л.Крума в университете штата Миссисипи в 80-х годах.
Исследования показали, что одиночный кавитационный пузырек,
удерживаемый в специальной ультразвуковой установке раздувается
до размеров г=5х 10‘3 см, а затем сжимается до размеров г»10'9см и
излучает вспышку света длительностью ~5х 10’11 сек. Этот пузырек,
не делясь, продолжает постоянно излучать все новые вспышки света
в течение многих циклов его расширения и сжатия в ультразвуковом
поле [4.3]. Необходимо отметить принципиальную особенность всех
этих работ - интерпретация главных выводов о том, какие физиче-
ские процессы ответственны за излучение сонолюминесценции при
кавитации в жидкостях сделаны неправильно.

Под воздействием звуковых волн и образующихся при этом
кавитационных пузырьков осуществляется накачка молекул воды
колебательной энергией за счет составляющих, которые подробно
описаны в гл. 2, 6:

-	энергии сил поверхностного натяжения пленки сферической
поверхности кавитационных пузырьков в стационарном состоянии
- 13-5-37 кДж/моль;

-	энергии сил поверхностного натяжения пленки сферической
поверхности кавитационных пузырьков в момент их схлопывания
- 140-5-230 кДж/моль (здесь приведены оценки для умеренных мини-
мальных значений радиусов пузырьков г»10’6 см);

-	энергии деформации и разрыва сферической пленки пузырька
- до 494 кДж/моль.

О физике этих явлений подробно изложено в гл. 2, 6, но добавим
следующее. В пленке кавитационного пузырька, состоящего из двух-
трех слоев упорядоченно расположенных молекул воды (диполей),
за счет сил взаимодействия и деформации благодаря ультразвуковым
колебаниям с частотами 20-5-1000 кГц их колебательная энергия пе-
риодически меняется в диапазоне 13-5-230 кДж/моль. Здесь мы при-
нимаем в расчет умеренные минимальные радиуса пузырьков г» КУ6
см, а если учитывать вышеприведенные экспериментальные данные
г=109 см, то получим очень большие значения энергии сжатия и де-
формации молекул воды. За счет переизлучения эта энергия пере-
ходит на колебательные уровни окружающих молекул воды. В такой
водной среде с пузырьками и акустическими волнами переизлуче-
ние квантов колебательной энергии идет постоянно и интенсивно,
что связано с высокочастотными, а, следовательно, очень резкими
изменениями возбужденного состояния молекул Н2О.

Рассмотрим молекулу Н2О, находящуюся в поверхностной плен-
ке пузырька в момент начала его сжатия и имеющую геометрические
характеристики, близкие к характеристикам в объемной жидкой воде.
Пусть, например, такая молекула приобрела удельную энергию 34160
см1, соответствующую десятому колебательному уровню асимме-
тричной моды (см. табл. 3.4). При схлопывании пузырька за времена
Ю^Ю"4 сек, в связи с большой энергией взаимодействия между мо-
лекулами в его пленке рассматриваемая молекула будет сжиматься. В
этом случае уменьшается расстояние О-Н и полярный угол Н-О-Н,
что приведет к изменению энергии колебательных уровней и величи-
ны ангармонизма. Это видно из табл. 3.4 и 3.8 при сравнении энергети-
ческих уровней молекулы Н2О, находящейся в объемной жидкой воде
и гидратной в оболочке иона Н3О+. Если, например, энергия связи мо-
лекул в пленке схлопывающегося пузырька достигнет примерно 100
кДж/моль, то десятый энергетический уровень асимметричной моды
этой молекулы будет соответствовать величине 34965 см 1 (см. табл.
3.8), что значительно отличается от величины запасенной колебатель-
ной энергии 34160 см1. Такой квант энергии не «удержится» на этом
уровне и излучится, поскольку подпитка энергией из кинетического
резервуара молекул жидкости, обладающих энергией 200-^300 см ',
требует практически полного резонанса с дефектом колебательной
энергии ДЕд=805 см 1 и вероятность такого процесса крайне низка.

Подведем итог нашим рассуждениям. Молекулы пленки пу-
зырька, накопившие колебательную энергию к моменту наибольше-
го его размера, за счет своей деформации, перестройки колебатель-
ных энергетических уровней и изменения величины ангармонизма
при схлопывании пузырька будут испускать колебательные кванты,
поскольку они оказываются по величине меньше, чем соответствую-
щий колебательный уровень.

Когда пузырек в обратном цикле ультразвуковых колебаний рас-
тет в размере, то тот же квант колебательной энергии 34965 см ',
приобретенный молекулой Н2О в момент минимального размера
пузырька, может длительное время оставаться на этом десятом ко-
лебательном уровне при растяжении молекулы до размеров соответ-
ствующих молекулам объемной воды. В процессе растяжения этот
квант энергии будет постепенно уменьшаться, а «лишняя» энергия
с этого колебательного уровня в виде дефекта ДЕд любой величины
меньшей 1,5кТ, практически мгновенно будет переводиться в кине-
тическую энергию молекул, то есть в тепло. Эти выводы прекрасно
подтверждаются экспериментальными данными на рис. 7.15 [3.34],

где приведена осциллограмма импульсов сонолюминесценции, ко-

			11							
	>		к							
/	7			1|ц		/				
				ч	7					
										

0	Ип	21п

Рис. 7.15. Осциллограмма импульсов сонолюминесцен-
ции: нижний полупериод - сжатие пузырька, верхний
- расширение [3.34].

торые в основной массе
и с большой интенсив-
ностью излучаются в
момент роста давления
ультразвуковой волны
и наибольшего его гра-
диента. Таким образом,
за сонолюминесценцию
ответственны не ради-
калы ОН или молекулы

Н2О, находящиеся в паровой фазе внутри пузырьков (как объясняют
в литературе), а молекулы воды, образующие поверхностную пленку
пузырьков.

В то же время зависимость интенсивности сонолюминесценции
от частоты звуковых колебаний и температуры жидкости достаточно
сложная (см. рис. 7.16 [7.14]). Видно, что с увеличением частоты уль-
тразвуковых колебаний в диапазоне от 22 до 1100 кГц интенсивность
возрастает на порядок. Это связано, с одной стороны, с ростом энергии
воздействующего колебательного кванта, а с другой - переходом воды

в новое устойчивое состо-
яние (новый аттрактор) с
резонансными частотами
близкими к внешним ча-
стотам, причем на это на-
кладывается еще влияние
и температуры. Уменьше-
ние интенсивности соно-
люминесценции с ростом
температуры вызвано уве-
личением концентрации

Рис. 7.16. Влияние температуры и частоты на ин-
тенсивность сонолюминесценции: 1 - /=1100. 2 -
/=337, 3 -/=22 кГц [7.14].

«свободных» молекул,
которые увеличивают об-
щую релаксацию колеба-

тельной энергии в воде. Кроме того, при больших температурах (более
60°С) уже за счет большей скорости и кинетической энергии в стадии
сжатия пузырька успевают «подвести» к колебательно возбужденным

молекулам воды, находящимся в его пленке, недостающие значения
дефекта энергии ДЕд между текущим значением колебательной энер-
гии данной моды и ее энергетическим уровнем.

Исследования одиночного импульса соновспышки во времени
показали [7.28,7.29], что он имеет асимметрию: крутой передний
фронт (т<2*10’9 сек) и медленный спад (г=(10-Н5)><10'9 сек), а дли-
тельность излучения составляет менее 12х 1012 сек. Еще одна осо-
бенность этого излучения - оно поляризовано и имеет дипольный
характер. Последнее свойство означает, что сильно поляризованные
молекулы Н2О размещаются в пленке пузырька таким образом, что
вектора их дипольных моментов направлены вдоль радиуса пузырь-
ка и перпендикулярно касательной плоскости поверхности в данной
точке. Поэтому если бы удалось наблюдать свечение от одного пу-
зырька, то регистрировалось не светящееся пятно, а кольцо - точно
такое же, как при распаде аэрозоля (см. рис. 5.136).

В результате таких пульсационных процессов, происходящих
с пузырьками, энергия, приобретаемая молекулами в его пленке за
счет их деформации, будет преобразовываться в излучение и погло-
щаться другими окружающими молекулами воды, увеличивая тем
самым запасенную колебательную энергию среды.

Второй процесс накачки колебательной энергией жидкости, на-
сыщенной кавитационными пузырьками, описан в гл. 2, но, ввиду
большой его важности, еще раз повторим. При кавитации обнаруже-
но явление, когда со стенки пузырька, находящегося у твердой по-
верхности, внутрь его вырывается струйка жидкости. При этом из-
меренная скорость струйки достигает У= 170 м/сек, а в момент, когда
она доходит до противоположной стенки пузырька, скорость умень-
шалась до 60 м/сек [2.30]. Этот эффект известен давно [2.35] и с его
помощью пытаются объяснить эрозию твердых материалов за счет
кавитации в жидкости. Простые оценки кинетической энергии струи,
например, для условий: гЧО-4 см, масса струйки около 1016 кг (что
составляет одну десятую часть воды, которая могла бы заполнить
объем этого пузырька), скорость около 170 м/сек - дают значение ки-
нетической энергии Пк=109 кДж/моль. Расчет для паровой струи при-
водит к величине Пк=0,6х106 кДж/моль. Такие колоссально большие
значения энергии совершенно необъяснимы, поскольку в окружаю-
щей среде при кавитации полная максимально возможная энергия
межмолекулярных взаимодействий для отдельных частных случаев
(см. вышеизложенный материал) не превышает 270 кДж/моль.

Объяснить этот эффект можно следующим образом: в воде, под-
вергаемой ультразвуковому облучению, при развитом кавитацион-
ном режиме стенки пузырьков постоянно деформируются, прогиба-
ются, образуются выступы, шероховатости [2.30]. Если, например,
возьмем пузырек с радиусом г =10’5 см, то на его стенке может об-
разеваться выступ, обращенный внутрь газовой полости, и при этом
радиус скругления этого выступа гс будет, по крайней мере, на по-
рядок меньше радиуса этого пузырька т.е. г =10"6 см, как показано на
рис. 7.17. Такая же ситуация возникает и в процессе бифуркации (де-
лении) пузырьков. С помощью скоростной киносъемки наблюдали,
что при схлопывании пузырек часто делится на четыре части. Тогда

дополнительная энергия

межмолекулярных вза-
имодействий молекул
воды в области вершины
этого выступа согласно
зависимости Д6пуз=2о/г
будет составлять около
270 кДж/моль, а полная
будет равна примерно
320 кДж/моль. Соот-
ветственно, энергия

а

в

Рис. 7.17. Кавитационные пузырьки в воде: а - идеаль-
ная форма: б - реальная: в - бифуркация.

деформации молекул Н2О и колебательная энергия будет примерно
такой же величины. Но в таком случае с высокой скоростью начнут-

ся цепные реакции (3.25*3.27) рис. 4.2 и 4.3 с выделением большого

количества энергии, часть которой будет снова запасаться на коле-
бательных степенях свободы молекул, а часть сразу переходить в их
кинетическую энергию, то есть в тепло. Причем, поскольку выпу-
клость пленки пузырька направлена вовнутрь, колебательно возбуж-
денные молекулы Н2О, составляющие ее, граничат непосредственно
с газовой средой, состоящей из азота и кислорода, которые, как было
показано выше, ускоряют цепные реакции. Кроме того, в таких усло-
виях снимаются ограничения по кинетической энергии для дефектов
реакций (3.25*3.27, 4.16), и реакции могут идти с большой скоро-
стью. Таким образом, верхушка выступа пленки внутри газового пу-
зырька, как бы, взрывается. В этом случае часть жидкой пленки пу-
зырька превращается в смесь газов Н2,02, О, ОН, Н2О, и образуются
кумулятивные струи, состоящие из капелек и газовой фазы, что и
наблюдается в эксперименте. Благодаря этому эффекту можно нака-
чать в жидкую воду большой запас колебательной энергии. С другой
стороны, в присутствии сильных ультразвуковых колебаний в жид-
кой воде, а также вибрации пузырьков, их постоянных подвижках
возникают местные вихри жидкости, интенсивная турбулентность,
что приводит к частым разрывам водородных связей, разрушению
кластеров и увеличению числа «свободных» молекул. Все это в со-
вокупности вызывает сильную релаксацию колебательной энергии.

Образование кавитационных пузырьков в воде происходит так-
же при высоких скоростях обтекания каких либо препятствий и воз-
никающих сильных местных турбулентных вихрях. В работе [7.10]

специально исследовали интенсивность сонолюминесценции при
обтекании водой препятствия в трубе со скоростями от 10 до 22 м/
сек над препятствием и перепадом давления в ~ 3 ат. Вспышки со-
нолюминесценции были малой интенсивности, и свет излучался из
узкой области следа места образования сильных турбулентностей.

Критериями уровня накачки колебательной энергии в такой жид-
кой среде являются интенсивность импульсов сонолюминесценции,
а также концентрация накапливающейся перекиси водорода. Для
всех исследованных спектров сонолюминесценции жидкой воды
он наблюдается сплошным с сильными резонансными всплесками
на восьми частотах, приведенных в табл. 3.16. С учетом уширения
многочисленных спектральных линий молекул воды и тех факторов,
которые излагались подробно в гл. 3, как раз и должен получаться
сплошной спектр с сильным резонансным пиком десятого колеба-
тельного уровня. Это говорит о максимальной населенности именно
этого уровня при воздействии на воду ультразвуковых колебаний. В

то же время, если сравнить кванты экспериментальных пиков излу-
чения с расчетными колебательными уровнями воды в жидкой фазе
(табл. 3.4), все они удовлетворительно совпадают с квантами излу-
чения молекулы Н2О при переходе ее с 7+11-го уровней на нулевой,
первый и второй (см. табл. 3.16).

Скорость образования Н2О2 и ОН зависит от частоты и интенсив-
ности ультразвуковых волн, которые приведены в таблице 7.3, получен-
ной по результатам экспериментальных исследований работы [7.14]. За-
висимость образования перекиси водорода от времени для трех частот

Частота, кГц	К,,(Н2О2)*105, моль/л/мин.	КДОННО5, моль/л/мин.	\УхЮ10, Вт	ультразвуковых колеба- ний приведена на рис. 7.18, взятого из работы [2.30]. Из рис. 7.18 и табл. 7.3 видно, что скорости образования Н2О2, ОН и мощность излучения сонолюминесценции на-
1100	2,13	4,3	10,4	
337	0,92	1,8	8	
22	0,24	0,49	0,2	
Табл. 7.3. Скорости образования Н1О1 и ОН и мощ- ность излучения сонолюминесценции при облучении жидкой воды ультразвуковыми колебаниями [7.14].				
				прямую зависят от энер-

гии кванта воздействующего ультразвукового поля: чем он больше, тем

интенсивнее выход продуктов и выше степень совпадения его частот с
собственными частотами аттрактора воды.

Экспериментальное изучение воздействия звуковых колебаний
в жидкой воде и растворах в докавитационном режиме, то есть когда
еще не образуются пузырьки, показывает возрастание содержания
Н2О2 и наличие импульсов сонолюминесценции, что говорит о коле-
бательном возбуждении молекул воды.
Объясним физику данно-
го процесса. Звуковая волна
в жидкости передается непо-
средственно только через мо-
лекулы и водородные связи
между ними, а пустоты в жид-
кокристаллической структуре
кластеров являются для нее не-
преодолимым препятствием.
Звуковая волна представляет
собой периодически чередую-
щиеся пучности повышенной
и пониженной плотности мо-
лекул в среде, но это означает,
что энергия звуковой волны
затрачивается на сближение

[Н2О2], КУЧ» оль

О 10 20 30 I, мин

Рис. 7.18. Зависимость выхода Н2О, при ка-
витации в воде: 1 -/=20 кГц: 2 - /=1 ООО кГц:
3 -/=20 +1000 кГц [2.30].

молекул (диполей) между собой и последующего увеличения рас-
стояния между ними (растяжку водородных связей), в результате
чего будут происходить вынужденные смещения диполей. Таким об-
разом, на существующие собственные колебания молекул (диполей)
в жидкой воде будут накладываться вынужденные колебания за счет
энергии звуковых волн. Такие колебания электрических диполей соз-
дадут дополнительное электромагнитное поле, которое, воздействуя

на те же молекулы воды, приведет к таким же процессам накачки
колебательной энергии и протекания химических реакций, что и в
случае воздействия переменного магнитного поля, описанных выше.
Естественно, воздействие звуковых волн на жидкость будет макси-
мальным, когда оно будет находиться в резонансе с собственными
частотами системы жидкой среды из молекул, кластеров, ионов и их
колебательной и кинетической энергий. Пример такого акустическо-
го спектра жидкой воды и водного раствора спирта с резонансными
частотами в ультразвуковом диапазоне приведен на рис. 7.19 (линии
1 и 3). Из графика видно, что резонансные частоты в этом диапазоне
равны приблизительно 105 кГц и 148 кГц.

В работе [4.29] исследовали воздействие звука на: дегазирован-
ную воду в вакууме (1); воду, насыщенную воздухом (2) и раствор
0,055 моля соли М§804 (аналог морской воды по содержанию М§++)
(3) на частотах 1,2; 5,5 и 15 кГц при давлении Р=0,9* 105 Па. Найдено,
что при частоте 1,2 кГц для всех трех водных растворов скорости на-
работки Н2О2 соответственно составили: №1 -(2,8М,5)х1013 моль/л/
мин.; №2 - (6,5-^9)х 1013 моль/л/мин.; №3 - (1+4)х 10" моль/л/мин.
Результаты этого эксперимента прекрасно подтверждают вышеизло-
женную теорию влияния примесей на характеристики жидкой воды.
Рис. 7.19. Акустический спектр жидкостей: 1 - без
внешнего воздействия (вода); 2 - под действие» излу-
чения с длиной волны 2=1,064 и 1,338 .мкм (вода); 3 -
95%-й раствор спирта.

Для дегазированной
воды ввиду малого со-
держания в ней моле-
кулярного кислорода и
азота резко уменьшают-
ся скоростные коэффи-
циенты цепных реакций
рис. 4.2 и 4.3, а также
уровень запасенной ко-
лебательной энергии.
Поэтому по сравнению
с водой, насыщенной
воздухом, скорость на-
работки перекиси водо-

рода снижается в два раза. В случае использования водного раство-
ра М§804 он насыщается сильными ионами М§++ и 8О4 , которые
интенсивно гидратируют на себя «свободные» молекулы воды и их
количество в растворе резко сокращается, а, следовательно, суще-
ственно уменьшается релаксация колебательной энергии, и интен-
сифицируются цепные реакции рис. 4.2 и 4.3.

Под воздействием ультразвука на жидкую воду в ней по-разному
растворяются газы и наблюдаются различные тепловые эффекты. Ав-
тором работы [7.27] была разработана калориметрическая установка
по высокоточному измерению тепловых эффектов при воздействии
на воду ультразвуковых волн, кавитации и растворении в ней раз-
личных газов. За счет дифференциальной схемы прибора и специ-

альных мер в конструкции, электропитания генератора ультразвука

и другим особенностям уста-
новки автору удалось избе-
жать «ухода» нулевой линии
записи измерений во время
испытаний и обеспечить вы-
сокую точность регистраций.
На рис. 7.20 представлены
зависимости изменения тем-
пературы (показания термо-
метра сопротивления) воды
со временем, подвергнутой
ультразвуковому воздействию
в течение 30 сек с частотой
1=2,5 МГц, при пропускании

10	100	1000 (.сек

Рис. 7.20. Тепловые эффекты в воде, насыщен-
ной газами под действием ультразвука, / =2,5
мГц: 1 - Аг, (2=9,2 Дж; 2 - О, (2=6,1 Дж; 3 -
воздух, <2=5,5 Дж; 4- 51г 2=1,6 Дж; 5 - СО, (2=
- 7.0Дж [7.27].

через нее различных газов. Там же приведены значения суммарно-
го выделения (поглощения) тепла. На основании рис. 7.20 можно за-
ключить, что вкладываемая энергия ультразвука по-разному аккуму-
лируется в воде для различных газов (Аг, Ы,, О2, воздух), причем в
первый момент она переходит на колебательные степени свободы мо-
лекул Н2О, а затем релаксирует в тепло согласно физико-химическим
и квантово-механическим процессам, описанных выше. Совершен-
но по-другому эти процессы идут в случае растворения в воде СО2
и ультразвуком воздействии на воду - под влиянием кавитационных
процессов происходит поглощение тепловой энергии из ее объема.
При этом автор работы [7.27] отмечает, что после многократного ис-
пользования в эксперименте одного и того же образца объема воды,
насыщаемого новыми порциями СО,, на поверхности воды образует-
ся белесая пленка, а на краях калориметрического сосуда осаждает-
ся вещество подобное парафину. Можно достоверно констатировать,
что при кавитации в воде и насыщении ее газом СО2 идут реакции
образования сложных углеводородов, причем эти реакции эндотер-
мические и проходят с отбором энергии от воды. Подобные реакции
при низких температурах могут идти, только когда реагенты колеба-
тельно возбуждены, а процесс колебательного возбуждения осущест-
вляется за счет кавитационных явлений, включая поглощение близ-
корезонансных квантов излучения от молекул воды молекулами СО,
и углеводородами.

Используя этот экспериментальный факт, можно выдвинуть ги-
потезу образования нефти и углеводородных газов в древние геоло-
гические эпохи земли. На основе палеонтологических и других дан-
ных известно, что в девонскую и каменноугольную эпохи, третичный
период и другие в атмосфере земли за счет интенсивной вулканиче-
ской деятельности было много СО2. С другой стороны, в прибреж-
ной полосе морей и океанов постоянно существует волновой прибой
с сильнейшим смешением воды с атмосферным воздухом и образо-
ванием мельчайших пузырьков, то есть кавитацией в ней (образую-
щаяся пена в полосе прибоя). Кроме того, постоянный шум прибоя
создает интенсивные инфразвуковые колебания, воздействующие на
эту среду. В таких условиях наверняка пойдут реакции образования
сложных углеводородов, которые в дальнейшем при смене климата и
геологических эпох заносились минеральными материалами (песок,
глина, известняк и т.д.). Отсюда напрямую следуют рекомендации
по поиску залежей нефти и газа - вероятнее всего они располагаются
по шельфам древних морей и океанов.

В работах [7.15^-7.20] на жидкую воду воздействовали ультразву-
ковыми колебаниями с частотой 104-^ 105 Гц в кавитационном и дока-
витационном режиме. В них показано, что наряду с голубой люминес-
ценцией, которую авторы связывают с рекомбинацией ОН радикалов,
наблюдается свечение, обусловленное неорганическими примесями,
растворенными в воде. Кроме того, установлено, что общим след-
ствием сонолюминесценции является образование перекиси водоро-
да. Голубое свечение в видимом диапазоне длин волн соответствует
А.=0,42-К),49 мкм или энергии квантов 23829^20424 см ', за что ответ-
ственны колебательно возбужденные молекулы воды шестого уровня
симметричной и асимметричной моды (21159 и 21648 см~'). Наличие
неорганических примесей приводит к увеличению деформации части
молекул Н,О по сравнению с молекулами, находящимися в объеме
жидкости и, как следствие, к изменению спектрального состава излу-
чения. Появление перекиси водорода в воде связано, как уже упомина-
лось выше, с протеканием цепных химических реакций типа рис. 4.2.

Одной из фирм в Москве выпускается пульсатор (реклама), кото-
рый представляет собой металлическую камеру с мембраной, уста-
навливаемый внутри водогрейного котла. В эту камеру для создания
пульсаций мембраны через трубки под давлением подается вода и
пар. В рекламе приведены два снимка участка трубы после работы
котла (рис. 7.21). На одном (рис. 7.21а) этот участок покрыт толстым
слоем накипи (до установки пульсатора), на другом (рис. 7.216) - чи-
стая блестящая поверхность (после установки пульсатора).

В данном случае работают два эффекта колебательной накачки
молекул воды и запуску цеп-
ных химических реакций за
счет кавитации, а также аку-
стических колебаний. В ре-
зультате этих воздействий
вода переводится в новое ста-
бильное состояние (аттрак-
тор), нарабатываются в среде
элементы ОН, О, Н2О2, Н2,
молекулы воды колебательно
возбуждаются, что приводит
к разложению гидратных со-
единений карбонатных солей

и гальванизации металлических поверхностей (окислы металлов вос-
станавливаются до чистых металлов).

Акустическое воздействие на нефтегазоносный пласт горных
пород описывается в патенте [7.21]. Генератор импульсов давления
опускают в зону перфорации скважины напротив нижнего участка с
наибольшей нефтегазонасыщенностью, создают импульсы давления
с энергией 250-5-400 кДж и длительностью колебаний ударных волн
до их полного затухания, а затем генерируют импульсы давления с
энергией 6-5-8 кДж и частотой 10-5-15 Гц. В другом патенте [7.22] в
зону перфорации скважины нагнетают химический раствор, а затем

ж

Рис. 7.21. Влияние акустических волн на отло-
жение солей накипи на стенках водогрейного
котла: а) до воздействия; б) после воздействия.
туда же спускают генератор импульсов давления жидкости, который
работает на принципе импульсной подачи воздуха с превышением
над давлением в нефтегазоносном пласте в 1,5+2 раза.

С этими способами воздействия на нефтяную (углеводородную)
залежь в пластах горных пород соотносится открытие авторов [7.23],
которое звучит так: «Экспериментально установлено неизвестное
ранее явление генерации инфразвуковых волн углеводородной за-
лежью, заключающееся в том, что при возбуждении нефтегазовой
залежи внешним искусственным или естественным полем упругих
колебаний в полосе частот эффективного взаимодействия поля с угле-
водородным веществом, находящимся в напряженном метастабиль-
ном состоянии, нефтегазовая залежь переходит в режим генерации
собственных инфразвуковых волн в диапазоне частот за пределами
нижней границы частотного спектра возбуждения, причем этот ре-
жим генерации сохраняется в интервале времени (несколько секунд)
после прекращения действия внешнего источника возбуждения».

В данном случае на основании опытных данных установлено,
что под воздействием ударных волн низкого диапазона частот су-
щественно меняются физические свойства жидких углеводородов и
воды в нефтегазоносном пласте (уменьшается вязкость, повышает-
ся внутрипластовое давление) и это снова связано с резонансным
влиянием на воду. К инфразвуковому диапазону колебаний относят
частоты менее 20 Гц, и если мы теперь посмотрим собственные ча-
стоты колебаний жидкой воды под воздействием переменного маг-
нитного поля (табл. 3.17), то они имеют следующие значения: 0,014;
0,04; 0,078; 1,4; 1,54; 2,2; 2,5; 3,8; 4,4; 7,8 Гц. Все эти частоты крат-
ны основным частотам: 0,014; 0,04; 0,078 Гц и, если воздействие на
жидкую воду осуществляется с какой-то из частот, например, 4,4 Гц,
то в ней возбудятся колебания на частотах 2,2 и 0,04 Гц и т.д., что и
наблюдали авторы открытия и патентов. Воздействие на воду аку-
стическими колебаниями с такими резонансными частотами будет
эквивалентно влиянию переменного магнитного поля, поскольку это
приведет за счет изменения плотности жидкости в звуковой волне
к угловым колебаниям диполей молекул и кластеров друг относи-
тельно друга и к изменению с такими же частотами местных маг-
нитных полей благодаря взаимодействию электростатического поля
диполей и геомагнитного поля земли. Подобным воздействием мож-
но колебательно возбудить молекулы воды, в результате чего пойдут
вышеописанные процессы цепных квантово-химических реакций с
участием колебательно-возбужденных молекул Н2О, разложением
воды на водород и кислород, уменьшением ее вязкости, разложени-
ем тяжелых парафинов в нефти, образованием газовых фракций и
т.д. В конечном счете, это обеспечит увеличение дебита скважин и
реанимацию старых выработанных нефтегазовых месторождений за
счет роста внутрипластового давления.

Масару Эмото [5.122] проводил экспериментальные исследова-
ния воздействия звуковых колебаний на форму образующихся кри-
сталлов дистиллированной воды музыкой различного типа. В экс-
периментах использовались классические произведения (Моцарт,
Бах, Бетховен, Шопен, Вивальди, Чайковский и т.д.), джаз, Биттлз,
Элвис Пресли, в стиле хеви-металл, народные песни. При этом бу-
тылка с водой ставилась между звуковых колонок проигрывателя, а
громкость звука была обычной, с которой прослушивает ее человек.
Можно сделать общий вывод: для мелодичной с повторяющимися
аккордами и общей музыкальной темой музыки получались правиль-
ные кристаллы различной формы (см. рис. 7.22-^7.24). Для музыки
типа рока или хеви-металл с бессмысленными и агрессивными тек-

I стами песен получались
бесформенные льдинки.

Не будем далее упо-
треблять при объясне-
нии этих фактов таких
неопределенных, но
«модных» понятий как
«информация, заложен-
Рис. 7.22. Фотографии кристаллов дистиллированной НДЯ В ВОДе», «ПЭМЯТЬ О
воды, обработанной акустическими волнами классиче- предыдущих Событиях»,
ской музыки Вивальди Времена года («лето», «зима») «пЭМЯТЬ ВОДЫ» И ТД а
[51221'	попытаемся объяснить

образование кристаллов в воде с заданным аттрактором с помощью
вышеизложенной теории. Как показано во многих научных работах,
на образование той или иной формы кристалла в жидкости сильно
влияют следующие фак-
торы: чистота среды; на-
личие различного рода
твердых частиц и мате-
риала, из которого они
состоят; состава газовых
включений; присутствие
и вид растворенных в
воде солей веществ; тем-
пературного режима вы-
ращивания. Известно,
Рис. 7.23. Фотографии кристаллов дистиллированной цто подобные уСЛОВИЯ И
воды, обработанной акустическими волнами классиче-

ской музыки Моцарта Симфония №40 и Баха Мелодия Требования К ТеХНОЛОГИ-
для скрипки и фортепиано. [5.122].	ям предъявляются при
выращивании кристаллов раз-
личных веществ из растворов.

Как уже говорилось
выше, в грязной воде из рек и
водоемов присутствует много
органических веществ, поэто-
му она крайне обеднена эле-
ментами О2, ОН, О, Н, колеба-
тельной энергией и насыщена
твердыми органическими и

неорганическими частицами.
В этом случае при охлажде-
нии воды все эти частицы
сразу могут стать центрами

Рис. 7.24. Фотографии кристаллов дистилли-
рованной воды, обработанной акустическими
ватами джазовой .музыкой Бада Паузла Сон
Клеопатры и рок-музыки Песня в стазе хеви-
металл. [5.122].

кристаллизации, причем гра-
ни кристаллов будут приобретать самую причудливую форму (в за-
висимости от формы и вещества частицы), переплетаться между со-
бой и идеального кристалла с идеальными гранями не получится.
Условия кристаллизации чистой воды совершенно другие: исходная
структура жидкой воды в кластерах при температурах, близких к
нулю Цельсия, приближается к идеальной тетраэдрической, боль-
шая часть «свободных» молекул Н2О присоединяется к кластерам.
Степень «идеальности» этой структуры будет снова зависеть от кон-
центрации и вида растворенных солей, газов и степени колебатель-
ного возбуждения молекул воды, то есть от данного устойчивого со-
стояния среды (аттрактора).

Разберем принципиальный вопрос: что происходит с водой при
ее таянии и замерзании в экспериментальных лабораторных услови-
ях Масару Эмото? Как описывалось выше, согласно теории Самой-
лова О.Я., подтвержденной многочисленными экспериментальны-
ми данными, в жидкой воде при ее охлаждении ниже 0°С благодаря
самоорганизации нелинейных колебаний всех элементов (молекул,
кластеров, ионов, колебательной и кинетической энергии) и их слож-
ных зависимостей с положительной обратной связью происходит
образование устойчивых форм существования вещества - твердых
кристаллов льда I. При плавлении льда происходит разрушение этой
самоорганизации со строгой периодичностью в расположении цен-
тров колебаний, и система распадается на кластеры, внутри которых
по-прежнему сохраняется некоторая самоорганизация. Однако взаи-
модействие этих кластеров друг с другом, «свободными» молекула-

ми, с молекулами, закрепленными в кристалле льда, а также проте-
кание колебательно неравновесных квантово-химических реакций,
перераспределение колебательной и кинетической энергии по обье-
му жидкости все время будет нарушать равновесие, и система будет
находиться в сложном колебательно неравновесном движении, при-
чем оно будет явно нелинейным. Поэтому будет происходить по всей
поверхности кристалла прямые и обратные процессы присоединения
и отрыва кластеров, отдельных молекул воды. При этом свободные
условия кристаллообразования будут происходить на поверхности
жидкости, причем они будут тем лучше, чем меньше поверхностное
натяжение воды. Но поверхностное натяжение воды уменьшается
при увеличении в ней запасенной колебательной энергии, что было по-
казано выше на основе экспериментальных данных (см. гл. 6). При-
ведем для обоснования этого положения еще два примера: измерен-
ные значения поверхностного натяжения для активированной воды
И. Грандера меньше ее величины по сравнению с обычной водой на
13% [5.123], а закрученной в вихре П. Фланаганом [6.54] на 10%.

В чистой воде существенно уменьшается концентрация посто-
ронних центров кристаллизации (твердых частиц). Если кристалл
растет в условиях постоянной температуры (близкой к 0°С), то форма,
размеры и направление роста будут определяться, в основном, только
его гранями, вершинами, ребрами, плоскостями спайности и т.д., ха-
рактерными для данного вещества (в данном случае - воды). Причем,
когда плоский кристалл воды растет на ее поверхности в условиях сла-
бых сил поверхностного натяжения и большой энергонасыщенности
молекул (энергия водородной связи - 21 кДж/моль, а поверхностного
натяжения - около 10 кДж/моль), то создается большое многообра-
зие его форм, поскольку другие молекулы воды не мешают их росту.
Это связано с тем фактом, что сама молекула Н2О в свободной форме
имеет величину полярного угла между О-Н связями ~ 104,5° близкую
к идеальному углу тетраэдра 109,3° и с учетом всех четырех электрон-
ных орбиталей, образует пространственную форму, показанную на
рис. 2.16, соответствующую несколько искаженному тетраэдру.

Наиболее устойчивыми по критерию минимума потенциальной
энергии являются первичные кристаллы, состоящие из шести молекул
Н2О и образующие плоский правильный шестиугольник, в котором
каждая молекула симметрично связана с двумя соседними донорной и
акцепторной центральносимметричными связями. Этот факт неодно-
кратно подтвержден, имеющимися в литературе, многочисленными
расчетами идеальных первичных структур из молекул Н2О [3.39]. На
этот исходный «плоский» кристалл нарастают несколько подобных
«плоских» кристаллов, опять же исходя из главного условия - мини-
мума потенциальной энергии, где чередуются зеркально симметрич-
ные и центрально симметричные связи, образующие гофрированные
«плоские» слои, которые являются основой кристаллической структу-
ры льда I (рис. 5.10). Рост таких последующих слоев кристаллов имеет
наибольшую вероятность в тех местах, где существуют дислокации,
и новая молекула Н2О имеет возможность образовать сразу три связи
[1.26]. Далее на боковые грани (ребра) такого кристалла с помощью
«кирпичиков», показанных на рис. 2.16, благодаря четырем водород-
ным связям «достраиваются» самые разнообразные формы «идеаль-
ных» кристаллов. Причем, громадное многообразие кристаллов воды
определяется, с одной стороны, законами статистической вероятности,
то есть случайными факторами, а с другой - заданными значениями
большого количества параметров (резонансных частот), а, следова-
тельно, допустимыми их сочетаниями для данного ее аттрактора.

В случае низкого уровня запасенной колебательной энергии, что
характерно для воды, насыщенной органическими соединениями,
этой энергии не хватает, чтобы организовать наиболее прочные со-
единения между молекулами Н2О, которые бы отвечали минимуму
потенциальной энергии. В результате чего образуются случайные,
нерегулярные связи, соответствующие бесформенному кристаллу.

Большое разнообразие форм кристаллов льда для различных ви-
дов воды - чистых природных источников, озер, рек, ледников и т.д.
связано с присутствием даже в очень малых концентрациях солей
элементов всей периодической таблицы. Кроме того, при длитель-
ным нахождением в контакте с такими минералами, как кремнезем,
кварц и другие соединения кремния, вода насыщается колебатель-
ной энергией и переходит в заданное устойчивое состояние (аттрак-
тор), в котором может находиться неопределенно долго. Как пишет
Масару Эмото, он сам «собирал» и ему присылали воду с различных
регионов земли в лабораторию в Японии, поэтому она находилась
длительное время в закрытых сосудах под воздействием внешних
ЭМИ, но, тем не менее, не теряла своих свойств. Таким образом, эти
экспериментальные факты еще раз подтверждают, что у воды имеет-
ся очень много стабильных аттракторов ее существования, которые
зависят от уровня ее энергонасыщенности, то есть от степени ко-
лебательного возбуждения молекул.

Влияние акустических волн на жидкую воду подробно описано
выше, и еще раз останавливаться на этом не будем. С другой сто-
роны, воздействие акустических волн на колебательную систему
элементов воды - молекул, кластеров, зарядов с их колебательной
и кинетической энергией, зависит от спектра их частот, соответ-
ствующих резонансным частотам данного аттрактора жидкой воды,
а также длительности и интенсивности их воздействия. В классиче-
ской, духовной, народной и песенной музыке существует гармония
звуков, музыкальная тема звучит несколько раз, то есть периодиче-
ски повторяются и звучат длительное время одни и те же частоты.
При воздействии такого спектра акустических волн на жидкую воду
в течение длительного времени (30+60 мин, что соответствует вре-
менному интервалу других типов воздействий) за счет набора соот-
ветствующих резонансных частот она переводится в аттрактор с дру-
гими заданными концентрациями элементов О, ОН, Н, Н2, О2, НО,,
Н,О2, О3, Н+, ОН , кластерами, молекулами, зарядами, колебатель-
ной и кинетической энергии, что и определяет условия образования
кристаллов. В музыке тяжелого рока и «металлик» практически нет
повторяющихся мелодий, набор звуковых частот случайный, посто-
янно меняющийся. В этом случае воздействие на воду может приве-
сти, наоборот, к отрицательному эффекту - расстройке резонансных
частот существующего устойчивого состояния (аттрактора) воды,
искажению ее жидкокристаллических структур в момент замерзания
и, как следствие, к снижению колебательной энергии за счет релак-
сации в тепло и появлению кристаллов неправильной формы.

Большое разнообразие кристаллов льда при замораживании
воды, полученное Масару Эмото, является прямым эксперименталь-
ным подтверждением существования такого же количества аттрак-
торов жидкой воды, поскольку малейшее изменение в наборе соб-
ственных резонансных частот колебательной системы ее элементов
ведет к изменению энергетических (дисперсионных) связей между
молекулами Н2О (см. 1.9). В связи с этим при построении кристаллов
льда возможно очень большое количество образований их форм.

Приведем еще один пример воздействия звуковых волн на мо-
лекулы воды. Лет двадцать тому назад в итальянской печати было
опубликовано интервью бенедиктинского монаха Пелегрино Эрнет-
ти, преподавателя праполифонии в римской академии «Санта Пере-
дня», заявившего, что ему с группой физиков удалось создать ап-
парат, с помощью которого можно улавливать и реконструировать
звуки, звучавшие сотни лет назад [7.35]. Идея способа заключается
в том, что звуковые волны записываются в микрофрагментах пред-
метов и существуют длительное время, то есть по ним можно вос-
становить музыку, которая звучала сотни лет назад. Этот факт можно
объяснить на примере деревянных предметов, особенно старинных
музыкальных инструментов, следующим образом. В дереве, даже,
казалось бы, хорошо высушенном, всегда присутствуют молеку-
лы связанной воды, находящейся в микропорах и имеющих энер-
гию связи с активными атомами элементов, входящих в его состав,
150+300 кДж/моль. При очень длительном воздействии звуковых
волн на деревянные части музыкального инструмента, связанная
вода переходит в аттрактор со спектральными характеристиками,
соответствующих всей гамме звуковых волн тех музыкальных про-
изведений, которые игрались на них. Это связано, во-первых, с боль-
шим разнообразием собственных резонансных частот жидкой воды,
а во-вторых, со способностью ее переходить в заданный аттрактор
под влиянием внешних акустических воздействий с частотами крат-
ными этим собственным. В заданном аттракторе связанная вода в де-
реве может находиться неопределенно долго при условии отсутствия
сильных внешних электромагнитных, акустических воздействий и
постоянной влажности. Если теперь слабыми внешними акустиче-
скими волнами в заданном диапазоне частот начать воздействовать
на подобное дерево (например, детали музыкального инструмента),
то молекулы связанной воды, находящиеся во всей его структуре,
начнут излучать собственные резонансные акустические колебания,
под влиянием которых будут резонировать деревянные детали. Эти
колебания деревянных деталей можно зарегистрировать, а потом
воспроизвести в виде звуковых акустических волн.

7.6.	Воздействие монохроматического излучения

Воздействие монохроматического, в основном, лазерного излу-
чения на воду и другие жидкости исследовано во многих работах,
приведем результаты измерений некоторых характеристик и опишем
эти явления.

В работе [6.76] проводились измерения оптического рассеяния
излучения ультрафиолетового диапазона (0,185-Ю,21 мкм) ячейкой с
чистой водой, облученной предварительно Не-№ лазером. Для изме-
рения использовался двулучевой спектрофотометр «Спекорд М400»
в дифференциальном режиме. Сначала в прибор помещались две
кюветы с водой, очищенной на установке «Миллипор» (1Л1га Риге
\Уа1ег 818(ет МПН-0 СЕ). Специальной калибровочной программой
разность поглощения в них компенсировалась до получения «ну-
левой» линии дифференциального сигнала в выбранном диапазоне
длин волн. Затем одна ячейка в течение часа облучалась лазерным
лучом, помещалась в одно плечо спектрофотометра и прибором из-
мерялась разность оптического поглощения в кюветах в заданном
диапазоне длин волн. После воздействия излучения на воду в кюве-
те совершенно отчетливо наблюдается эффект уменьшения оптиче-
ского поглощения в коротковолновом участке спектра в начальный
период наблюдения и некоторое увеличение поглощения в длинно-
волновом участке спектра в конечный период наблюдения (кривые
1,2 и 3, рис. 7.25). Более информативный вывод по приведенным экс-
периментальным данным можно сделать о спектральной зависимо-
сти кривых. В отсутствии воздействия излучения на воду в ячейке
нулевая линия представляет собой осциллирующую кривую около
горизонтальной линии с очень малой амплитудой порядка —0,001 I
Рис. 7.25. Спектры рассеяния на неоднородностях
воды при облучении Не-Ме-лазером: 1 - до воздей-
ствия; 2-18 час. воздействия; 3-3 часа воздей-
ствия; 4-3 часа воздействия (2=1,15; 1,529; 3,39
мкм); 5 - раствор МаС1 (2=0,89 мкм) [6.76].

в безразмерных единицах
оси ординат и периодом
~ 1,6=1,7 пт. После облуче-
ния ячейки многочислен-
ные измеренные кривые
для различного времени
наблюдения представляют
собой усредненную экс-
поненциально возрастаю-
щую зависимость от значе-
ния 0,02 I при Х=185 пт до
величины 0,004 при Х=210
пт и заметной модуляцией
с периодом ~ 1,6+1,8 пт.

Перекрытие лазерного
луча кремниевой пласти-
ной совершенно изменило

вид зависимости оптического поглощения (рассеяния) от длины вол-
ны (кривая 4, рис. 7.25): он стал типично синусоидальным и сдви-

нутым относительно нулевой горизонтальной линии вниз. При этом
первый максимум по величине (т.е. увеличение оптических потерь)
равен +0,01 I для Х=185 пт, нулевое значение амплитуды I соответ-
ствует Х=193 пт, а минимум (уменьшение оптических потерь) ра-
вен 0,018 I для 1=202,5 пт с одновременным присутствием такой
же модуляции, что и в предыдущих опытах. Кроме того, также через

кремниевую пластинку излучением от полупроводникового лазера
«Мустанг-022-био» (длина волны 0,89 мкм) облучалась ячейка с мо-
дельным физиологическим раствором (№С1 в концентрации 0,9%).
В этом эксперименте нулевая линия представляла собой осцилли-
рующую кривую относительно горизонтальной линии с амплитудой
0,001 I и периодом около 7 пт, а после облучения экспоненциально
падающую кривую от значения 0,008 I при X =199 пт до нулевой
линии с той же модуляцией (кривая 5, рис. 7.25).

У гелий-неонового лазера в зависимости от добротности опти-
ческого резонатора возможно генерирование линий с длинами волн
Х=0,543; 0,6328; 1,15; 1,529; 3,39 мкм и наиболее интенсивная линия
в видимом диапазоне соответствует 0,6328 мкм (15803 см1). Если
посмотреть в табл. 3.4, то ближайшие колебательные уровни симме-
тричной и асимметричной мод молекулы Н2О (14454 и 14816 см ') с
очень большим дефектом энергии ЛЕд=100(И-1300 см 1 не совпадают
с этой линией, поэтому эффективность прямой колебательной на-
качки молекул воды невелика. В то же время для комбинированных
колебательных уровней Н2О(2,5,0) суммарная энергия уровней со-
ставляет 15816 см'1, что практически совпадает с энергией кванта
линии 0,6328 мкм, поэтому при длительном облучении воды воз-
можна ее колебательная накачка за счет многоквантовых переходов.
Более благоприятное одноквантовое колебательное возбуждение соз-
дает линия 0,543 мкм (18416 см-1), которая хорошо совпадает с пятым
уровнем асимметричной моды (18280 см-1), и дефект энергии между
квантами меньше кинетической энергии молекул, но интенсивность
этой линии лазерного излучения обычно очень малая. Из инфракрас-
ного диапазона наибольшее колебательное возбуждение будут про-
изводить линии 1,15 и 1,529 мкм (8696 и 6540 см1), поскольку они
близки соответственно к энергиям пятого и четвертого уровней де-
формационной моды (8415 и 6806 см1), для которых дефекты энер-
гии меньше кинетической энергии молекул, но интенсивность этих
линий также слабая. Поэтому при облучении образца воды гелий-
неоновым лазером напрямую молекулы Н2О частично колебательно
возбуждаются, но при этом сильное влияние оказывает поглощаемая
энергия рассеянного света в среде. Поскольку плотность лазерного
излучения очень высокая, это приводит к значительному увеличению
кинетической энергии «свободных» молекул и интенсивной релак-
сации колебательной энергии. Тем не менее, какой-то уровень коле-
бательной накачки происходит, начинают идти цепные реакции типа
рис. 4.2, в результате чего в воде нарабатываются элементы О, ОН, Н,
НО2, Н2О2, Н2, О3, изменяется структура и размеры кластеров, и все
это существенно изменяет спектр поглощения и рассеяния такой ак-
тивированной воды. Увеличение времени обработки образца воды из-
лучением с трех до восемнадцати часов увеличивает концентрацию
вышеперечисленных элементов, размеры и структуру кластеров, а,
следовательно, пропорционально возрастает и поглощение.

Установка кремниевой пластинки перед лучом лазера отсека-
ет длины волн видимого диапазона 0,543; 0,6328 мкм и пропускает
только инфракрасную часть диапазона. Видно, что в этом случае су-
щественно уменьшается релаксация колебательной энергии и возни-
кает совершенно другой режим протекания цепных реакций, другие
соотношения концентраций элементов О, ОН, Н, НО2, Н2О2, Н2, О3,
размеров кластеров, то есть другой аттрактор существования систе-
мы по сравнению с облучением всеми длинами волн лазера. В этом
случае идет интенсивная накачка молекул воды колебательной энер-
гией, дипольный момент их возрастает, что приводит к увеличению
размеров кластеров до 200 А. Для водного раствора №С1 также полу-
чается своя устойчивая область существования жидкости с другой за-
висимостью спектра поглощения излучения от длины волны. Мелкая
модуляция на кривых зависимостей с длиной волны около 1,6-4,8 шп
связана с эффектами дифракции на неоднородностях воды и с учетом
того, что этот размер примерно равен сумме размера кластера (13^-15
А) и расстояния между ними в жидкости (~3 А).

В этой же работе [6.76] для измерения электропроводимости
воды использовалась модифицированная ячейка Джонса из кварце-
вого стекла типа «пирекс» с максимально чистой водой, полученной
на установке фирмы «Миллипор» с удельным сопротивлением 18,2
МОм/см при 20°С. Измерения проводились с помощью моста пере-
менного тока Е7-8 с относительной погрешностью измерения 5* 10"4,
относительной нестабильностью 3*10"* при этом напряжение на за-
жимах измерителя не превышало 4,3 В с частотой 1 кГц. Авторы очень
тщательно подошли к подготовке эксперимента: вода была очищена

заранее и отстаивалась в темноте в течение двух суток в закрытом
пластмассовом сосуде. Этой водой заполнялись две ячейки и выдер-
живались не менее получаса - при такой технологии в образцах воды

заканчивались грубые процессы выделения пузырьков и движения
конвективных потоков, но продолжались более тонкие (адсорбция-
десорбция в водных кластерах и молекулярная диффузия).

Вначале измерили относительную электропроводность воды в
обеих ячейках в зависимости от времени без внешнего воздействия

I о.с	а

Рис. 7.26. Проводимость дистиллирован-
ной воды: а) в отсутствии внешнего воз-
действия; 1,2 - две одинаковые ячейки: б)
1 - воздействие излучения Не-Пе лазера:
2 - контрольная ячейка; б) Г- воздействие
излучения Не-Ие лазера перекрытого крем-
ниевой пластинкой; 2' - контрольная ячей-
ка; ° ° - точки измерения;.- интерпо-

ляция; ♦ ♦ - время воздействия [6.76].

(рис. 7.26а), затем одна из ячеек
облучалась Не-№-лазером в тече-
ние около часа, а вторая контроль-
ная не облучалась. В другом опыте
на одну ячейку воздействовали лу-
чом от того же лазера, прошедше-
го через кремниевую пластинку, и
контрольная ячейка также не об-
лучалась (рис. 7.266). Эти экспери-
менты неоднократно проверялись
и повторялись, причем результа-
ты опытов подтверждались. Было
замечено, что после нескольких
опытов изменяются свойства ма-
териала самой кюветы: когда в нее
наливали воду, сама кювета без
облучения увеличивала электро-
проводность воды. Это свойство
материала кюветы исчезало после
обработки ее ультразвуком. Кроме
того, когда на пути луча ставилась
пластина из оптического стекла,
то эффект изменения электропро-
водности пропадал.
Анализируя зависимости кривых от времени на рис. 7.26, можно
поставить несколько вопросов: почему в контрольной ячейке с водой,
которая, казалось бы, не облучалась во всех опытах, оказались совер-
шенно разные возрастающие зависимости и величины электропровод-
ности; почему в процессе измерения наблюдается существенно нели-
нейная зависимость электропроводности по сравнению с интервалом
времени, когда измерения не проводились; с чем связан разный харак-
тер зависимостей от вида излучения? Данные эксперименты очень хо-
рошо подтверждают теорию, описывающую процессы, протекающие
в жидкой воде, изложенную в предыдущих главах, покажем это.

С учетом высокой точности измерений электропроводности
(5* Ю*4) характер ее зависимости от времени для случая, казалось бы,
отсутствия внешних воздействий на воду в двух ячейках (рис. 7.26а)
должен быть постоянным, но на самом деле она возрастающая, что
говорит о наличии неявных влияний на нее. Действительно, сам про-
цесс измерения электропроводности воды с помощью переменного
электрического тока с частотой 1 кГц кратной резонансной частоте 2
кГц (см. табл. 3.18) создает воздействие на нее слабого резонансного
переменного магнитного поля. Это приводит к существенной накачке
колебательной энергии и увеличению электропроводности в дальней-
шем с течением времени. Отличие в конечных величинах электропро-
водности для этого случая в двух ячейках (на 2%) наверняка вызвано
небольшими конструктивными отличиями их электродов или разны-
ми величинами напряжений, частоты, силы тока и т.д. в опытах.

Когда на одну из ячеек воздействует лазерное излучение Не-№-
лазера, в основном, видимого диапазона, то на жидкую воду оказы-
вается комбинированное влияние переменного магнитного поля и
монохроматического света, что приводит к более существенному
росту электропроводности (кривая 1, рис. 7.266), чем одного магнит-
ного поля (кривая 1, рис.7.26а). В то же время в контрольной ячей-
ке, на которую действовало только переменное магнитное поле, но
в условиях, когда на воду в первой ячейке влияли комбинированные
факторы, рост электропроводности оказался даже выше (кривая 2,
рис. 7.266). Этот эксперимент еще раз подтверждает фундаменталь-
ный факт влияния одной порции воды первой ячейки при селектив-
ном воздействии на нее с помощью излучения на другую порцию
воды, находившуюся рядом (по-видимому, в этом же помещении) во
второй ячейке, поскольку в начальный момент обе порции воды были
в общей емкости и имели один и тот же аттрактор. В случае, когда
на воду в одной из ячеек воздействуют комбинированные факторы
переменного магнитного поля и лазерное излучение инфракрасно-
го диапазона (кривая 1', рис. 7.266), то электропроводность вначале
уменьшается, затем немного возрастает и остается примерно на том
же уровне, что и вначале. В то же время в контрольной ячейке (кри-
вая 2', рис. 7.266) в таких же условиях влияния излучения от первой
ячейки электропроводность увеличивается в ~1,4 раза. Такое влияние
комбинированных факторов можно объяснить для кривой №Г взаим-
но противоположным их воздействием на воду и не приводящим к
усилению квантово-химических реакций. Для жидкой воды (кривая
№2') условия колебательной накачки молекул Н,О оказались благо-
приятными благодаря излучению от первой ячейки с фильтрацией
через возможные преграды нужного частотного диапазона.

Как уже излагалось выше, при интенсивном колебательном воз-
буждении молекул воды усиливаются реакции №1+4 табл. 4.2 и в
воде существенно уменьшается концентрация легких носителей за-
рядов: Н+ и электронов, а остаются, в основном, тяжелые с малой
подвижностью носители ОН(щ||, которые гидратируются в ионы
Н3О2 , в результате чего электропроводность воды уменьшается.
Это подтверждается также схемой экзотермических цепных реакций
водородного типа рис. 4.2. На входе пяти из них из жидкой воды «рас-
ходуются» легкие носители заряда - электроны, а на выходе цепных
реакций образуются тяжелые носители заряда ионы ОН . Для случая
эндотермических реакций (рис. 4.3) оказывается, наоборот - в воде
образуется много легких носителей заряда - электронов, что также
видно из брутто-реакций 4.17 и 4. 18.

При облучении образца воды многомодовым излучением Не-1Че-
лазера создается свое устойчивое колебательное состояние системы
молекул, зарядов, кластеров, колебательной и кинетической энергии,
то есть данный аттрактор, который может существовать более суток.
В случае воздействия на воду излучения инфракрасного диапазона
(лазерный луч перекрыт кремниевой пластинкой) интенсивность
колебательного возбуждения возрастает, что ведет к организации
в системе воды другого устойчивого состояния (аттрактора). Когда
лазерный луч перекрывали стеклянной пластинкой, то, фактически,
отсекали инфракрасный диапазон излучения лазера, который только
и осуществлял колебательную накачку молекул воды.

Свойство долговременной памяти материала кварцевой кюветы
также можно объяснить. При сильном колебательном возбуждении
молекул воды их дипольный момент существенно возрастает, что
вызывает укрупнение кластеров и образование сильного электриче-
ского поля, под действием которого домены (зерна) в кварце кюве-
ты электризуются и выстраиваются однонаправлено, создавая свое
электрическое поле с частотными характеристиками, присущими
данному аттрактору воды. Когда в такую кювету наливают свежую
воду, то под действием этого поля молекулы воды колебательно воз-
буждаются и организуется такой же аттрактор устойчивой системы.
В работе [7.24] также проводились исследования влияния селек-
тивного воздействия Не-№-лазера на электропроводность воды (такая
же ячейка и тот же лазер), получили другую зависимость изменения
электропроводности от времени. Сразу после облучения ячейки были
получены значения электропроводности для полного излучения ла-
зера и с установкой фильтра из кремниевой пластинки толщиной 0,5
мм перед ним соответственно: 3,5 мкСим и 4,5 мкСим. Далее со вре-
менем изменение электропроводности уменьшается по абсолютной
величине и по истечении 300 мин становится равной нулю. В случае,
когда перед лазером устанавливается стеклянная пластина, то изме-
ренные значения изменения электропроводности воды колеблются
вокруг нулевой линии. В статье ни слова не говорится о том, какая
вода использовалась, и как ее приготавливали, поэтому можно пред-
положить, что присутствие в ней каких-либо примесей существенно
может изменить параметры колебательной системы аттрактора. Эта
работа еще раз подтверждает, что колебательное возбуждение созда-
ется в воде только благодаря излучению инфракрасного диапазона.

В обзорной статье [7.25] проведен общий анализ применения
лазерных технологий по облучению различных жидкостей (вода, во-
дные растворы, спирты, нефтепродукты, электролиты и т.д.). После
обработки этих жидкостей монохроматическим излучением (Не-Ме-
лазера) они меняют свои физико-химические свойства: текучесть,
электропроводность, смачиваемость, кислотность и другие. Как
показали эксперименты, кратковременное облучение электролита
перед зарядкой, например, свинцово-кислотной батареи оказывает
существенное влияние на ослабление механизмов, связанных с раз-
рушением электродной системы, интенсивности ионных потоков,
сульфатизацонных явлений и процессы кристаллообразования РЬО2.
В результате лазерного воздействия на электролит уменьшается вяз-
кость и поверхностное натяжение, возрастает капиллярный эффект,
увеличивается проникающая способность электролита через оксид-
ные пленки и кристаллический слой РЬО2 к активной массе электро-
дов. Влияние излучения на окислительно-восстановительный про-
цесс существенно снижает интенсивность коррозионных процессов
электродов, приводит к снижению внутренних напряжений в аккуму-
ляторе, уменьшению вероятности разрушения конструкции и корот-
кого замыкания. Опыт обработки показал, что срок службы аккуму-
ляторных батарей продляется не менее чем на 30%, емкость и ресурс
эксплуатации увеличивается на 20%.

В процессе исследования свойств жидкостей после их облуче-
ния обнаружен опытный факт [7.25] уменьшения их вязкости и уве-
личения движения в капиллярных каналах, например, в процессе
фильтрации. При проведении испытаний испытывались фильтры из
бумаги, ткани, керамики, и оказалось, что для жидкости, предвари-
тельно облученной лазерным излучением, длительность фильтра-
ции уменьшается. Время фильтрации при этом зависит как от инди-
видуальных свойств жидкости, так и от материала фильтра, однако
характер изменений был одинаков для всех изученных жидких сред
и фильтров. В общем случае интенсивность фильтрации повышает-
ся не менее чем на 15%, и достигала 40%. Обнаружен также очень
важный дополнительный эффект: при облучении растворов во время
фильтрации уменьшается отложение осадков на перегородках филь-
тров и стенках транспортных каналов подачи жидкости. Отработка
этого метода воздействия показала, что он эффективен для большин-
ства жидкостей: водных и спиртовых растворов, ацетона, нефтепро-
дуктов, минеральных, синтетических и растительных масел.

При обработке лазерным излучением бензина [7.25] улучшаются
пусковые свойства топлива, приемистость двигателя, устойчивость
его работы, равномерность распределения топлива по цилиндрам
двигателя, однородность состава рабочей смеси. Кроме того, умень-
шается склонность топлива к конденсации, снижается его расход,
увеличивается ресурс двигателя и растет его экономичность, сокра-
щается количество вредных примесей в выхлопных газах, повышает-
ся октановое число. При обработке дизельного топлива улучшаются
распыление и полнота сгорания топлива, уменьшаются нагарообра-
зование в зоне цилиндро-поршневой группы и склонность топлива к
конденсации, снижается износ деталей, увеличивается ресурс двига-
теля, уменьшается количество вредных примесей в выхлопных газах,
повышается октановое число.

Как описано выше, при начальном колебательном возбуждении
молекул Н,О в растворителе (вода) начинают интенсивно идти про-
цессы разложения молекул воды, цепные реакции с образованием
радикалов ОН, Н, О и накачкой молекул колебательной энергией.
В электролитах ионы окружены гидратными оболочками, которые
существенно увеличивают их массу и размер, что снижает подвиж-
ность ионов и проводимость электролита, причем энергия сольва-
тации большинства известных ионов в электролитах находится в
диапазоне 2002000 кДж/моль. Увеличение концентрации радикалов
ОН, Н, О приводит к росту скоростей реакций в анодной и катодной
областях, кроме того, значительно возросшая колебательная энер-
гия вызывает разрушение гидратных оболочек, что в совокупности
с уменьшением вязкости за счет насыщения раствора газами суще-
ственно увеличивает подвижность ионов. Кроме того, за счет повы-
шенной колебательной энергии в молекулах воды повышается ее соб-
ственная электропроводность благодаря увеличению концентрации
свободных электронов (см. гл. 6). В растворе электролита возрастает
капиллярный эффект (в связи с уменьшением вязкости), уменьшает-
ся поверхностное натяжение жидкости. За счет ускорения реакций
в прикатодной и прианодной областях возрастают ионные потоки,
снижаются коррозионные явления (благодаря влиянию Н2). Эффекты
улучшения фильтрации растворов, перечисленные выше, происходят
по тем же причинам: уменьшение вязкости, роста капиллярного эф-
фекта, колебательной накачки молекул воды, наличия в составе рас-
твора элементов О, ОН, Н, Н2 и т.д.

Улучшение характеристик жидких углеводородных топлив при
обработке их лазерным излучением связано, очевидно, со следую-
щими эффектами: микроскопические включения воды и гидратные
соединения, всегда присутствующие в них, колебательно возбужда-
ются, начинают идти вышеописанные цепные химические реакции
по разложению молекул Н2О и гидратных соединений на элементы
О, Н, Н2, ОН, О3, Н2О2, а молекулы углеводородов насыщаются коле-
бательной энергией. Подготовленная таким образом смесь топлива
и этих элементов благоприятно сказывается на процессах горения,
уменьшается энергия активации химических реакций, лучше дого-
рают все их реагенты и продукты (см. гл. 5). Необходимо отметить,
что, хотя в бензине, дизельном топливе и маслах вода присутствует в
небольших количествах, но вся она существует в виде отдельных ка-
пель, гидратных соединений, а не в виде свободных молекул. В этом
случае резко уменьшаются релаксационные процессы колебательной
энергии, запасенной в каплях воды, поскольку релаксация ее моле-
кулами углеводородов на порядки меньше - нет резонанса между
уровнями. Энергия сжатия молекул воды, а, следовательно, энергия
деформаций и колебаний в мелких каплях может достигать 230 кДж/
моль и высвобождение ее вышеописанными процессами позволяет
существенно улучшить горение топлив.

Эти выводы подтверждаются интересными экспериментами,
которые, казалось бы, не относятся к рассматриваемому вопросу,
но на самом деле соответствуют изложенной физике явлений. Так в
монографии [2.30] приводятся данные, что влажный глицерин при
воздействии на него ультразвуковыми колебаниями дает амплитуду
вспышек сонолюминесценции в 4,7 раза больше, чем вода и, в то же
время, сухой глицерин вообще не светится в ультразвуковом поле.
Ясно, конечно, что в чистом глицерине колебательно неравновесных
процессов и цепных химических реакций, подобных тем, которые
идут в жидкой воде, не существует (по крайней мере, в научной лите-
ратуре на этот счет никакой информации нет), поэтому эти экспери-
ментальные результаты связаны только с присутствием в нем воды.

Результаты экспериментального измерения акустического спек-
тра жидкой воды и спирта до и после воздействия на них лазерного
излучения с длиной волны инфракрасного диапазона Х= 1,064 и 1,338
мкм приведены на рис. 7.19. Из этого рисунка видно, что, во-первых,
резонансные частоты акустических колебаний в воде и спирте прак-
тически полностью совпадают, а, во-вторых, при лазерном воздей-
ствии амплитуда акустических колебаний в воде уменьшается в два-
три раза и частотные характеристики не изменяются. В данном случае
испытывался спирт в концентрации не более 95%, остальные 5% со-
ставляла вода. На основании этого можно сделать вывод, что в та-
кой смеси спектр акустических колебательных процессов полностью
определяется водой. Кроме того, наиболее эффективное воздействие
на воду оказывает лазерное излучение с длиной волны Х=1,338 мкм
(7474 см1), что хорошо совпадает с энергией второго колебательного
уровня симметричной моды молекулы Н2О (7401 см1). На основании
рис. 7.19 можно сделать вывод, что после облучения частотные пара-
метры устойчивого состояния системы элементов воды (аттрактора)
не изменились, а только уменьшилась амплитуда акустических коле-
баний. Уменьшение амплитуды акустических колебаний в ультразву-
ковом диапазоне длин волн под действием монохроматического излу-
чения связано с ростом запасенной колебательной энергии молекул
Н2О, увеличением их дипольного момента и укрупнением кластеров
воды. Когда размеры и масса кластеров небольшая, то амплитуда их
колебаний под действием акустических волн достаточно велика, а с
ростом их размеров и массы благодаря процессам колебательной на-
качки молекул воды - уменьшается.

На рис 7.27, взятого из работы [4.62], приведены спектры коле-
баний в КВЧ диапазоне (Х=5^6 мм) длин волн, включающем две ре-
зонансные частоты 50,3 и 51,8 ГГц, для дистиллированной воды в
исходном состоянии и после облучения ее Не-1Че-лазером или моно-

49	50	51	52 С ГГц

Рис. 7.27. Спектр колебаний в дистилли-
рованной воде: 1 - до облучения: 2 - после облу-
чения Не-Ке-лазером или КВЧ излучением 50,3 и
51,8 ГГц [4.62].

хроматическим резонансным
КВЧ излучением (50,3 и 51,8
ГГц). Оказалось, что после об-
лучения воды Не-Ые-лазером
или КВЧизлучением амплиту-
да колебаний на частотах 50,3
и 51,8 ГГц уменьшается (кри-
вая 1 переходит в кривую 2) и,
наоборот, после прекращения
селективных воздействий че-
рез некоторое время кривая
№2 переходит в кривую №1.
Объяснить поведение ультра-
звуковых (рис. 7.19) и КВЧ
колебаний в жидкой воде (рис.
7.27) при воздействии на нее монохроматического излучения разных
длин волн можно следующим образом. Как правильно указано в ра-
боте [4.62], измеряемые акустические колебания молекул воды в лю-
бом диапазоне длин волн при воздействии на нее каким либо видом
излучения определяются рассеянием его на границах кластеров, из
которых состоит вода, и чем больше площадь этих границ, тем бо-
лее высокая интенсивность (амплитуда) рассеяния будет наблюдать-
ся. Поэтому при увеличении степени структурированности воды, то
есть, когда мелкие кластеры будут объединяться в более крупные, об-
щая площадь структурных неоднородностей также уменьшится, что
приведет к уменьшению амплитуды пиков рассеяния излучения. Кро-
ме того, с ростом размера кластеров увеличивается их масса, а, сле-
довательно, уменьшится амплитуда их колебаний (при постоянной
температуре среды), следствием чего будет уменьшение амплитуды
акустических колебаний в воде (здесь под акустическими колебания-
ми подразумеваются колебания кластеров и молекул в воде во всем
диапазоне частот). Воздействие излучения с частотами, близкими к
резонансным частотам системы данного аттрактора воды, приведет к
дополнительной накачке молекул Н2О колебательной энергией, уве-
личению их дипольного момента и энергии связей в кластерах, что,
в свою очередь, вызовет укрупнение кластеров, уменьшение суммар-
ной площади межкластерных неоднородностей и снижение амплиту-
ды их колебаний.

В случае облучения воды излучением с длинами волн инфра-
красного диапазона 1,064 мкм и 1,338 мкм (рис. 7.19) мы будем иметь
кванты энергии соответственно 9398 см1 и 7474 см1, что близко к
резонансным линиям поглощения молекул воды Н2О(ур1,2) (9357
см1) и Н2О(2,у(,у3) (7401 см1). Это вызовет прямое дополнительное
колебательное возбуждение молекул и наблюдаемое в эксперименте
(рис. 7.19) уменьшение амплитуды рассеяния излучения. Аналогич-
ное воздействие оказывает и монохроматическое КВЧ излучение на
воду при совпадении его частоты с собственной частотой аттрактора
воды, только в этом случае начнут интенсивнее идти реакции колеба-
тельной накачки молекул воды (3.25-^3.27).

Когда воду облучают Не-Ые-лазером с максимумом интенсивно-
сти на длине волны 0,63 мкм, которая не совпадает с резонансны-
ми линиями поглощения в воде, то за счет большой энергии квантов
света 190 кДж/моль водородные связи молекул с энергией 21 кДж/
моль легко разрушаются. В этом случае крупные кластеры дробятся
на мелкие, увеличивается их амплитуда колебаний и межкластерная
площадь структурных неоднородностей, что приводит к росту вели-
чины рассеяния излучения и амплитуды акустических колебаний в
КВЧ диапазоне.
В последнее время на практике начинают использоваться техно-
логии осаждения металлов из растворов электролитов на подложку
при воздействии на них монохроматического лазерного излучения
[3.3, 7.30, 7.31]. По нашему мнению, авторы неправильно понимают
и описывают происходящие физико-химические процессы, поэтому
попытаемся восполнить этот недостаток. В указанных работах при-
водятся опытные данные конкретного технологического процесса по
осаждению цинка из водного раствора электролита. Параметры экс-
перимента были следующие: электролит содержал Хп8О4, К(8О4)2,
№28О4, лазерное излучение имело длину волны 1,06 мкм, диаметр
сфокусированного пучка - 0,2 мм, плотность мощности излучения
- 21 кВт/см2, время воздействия - 132 мин, средняя плотность тока
осаждения Хп - 32 мА/см2 и температура нагрева раствора - 75-Н00°С.
Во время электролитического осаждения цинка на подложку проис-
ходило пузырьковое кипение раствора, причем частота появления
пузырьков пара находилась в диапазоне 70-400 Гц. В результате
воздействия монохроматического излучения с энергией кванта 9434
см1, соответствующего длине волны 1,06 мкм, происходила коле-
бательная накачка молекул жидкой воды по реакции: Н2О(5,у2,у3)+
Ьу+ДЕд=>Н2О(8,у2,у3), где Ьу - квант поглощенной энергии, ДЕд= 161
см-1 - дефект энергии для данной реакции, поступающий от кинети-
ческой энергии молекул. За счет интенсивного колебательного воз-
буждения молекул Н2О начинали идти квантово-химические реакции
(3.25-^-3.27) и табл. 4.2, в результате которых в водном растворе на-
рабатывались свободные электроны. Далее происходило разрушение
их гидратной оболочки, рекомбинация ионов Хп** с электронами и
осаждение нейтральных атомов Хп на подложку. В этом эксперимен-
те можно отметить еще один интересный нюанс: в диапазоне частоты
генерации пузырьков пара находится резонансная частота поглоще-
ния ЭМИ воды - 86 Гц.

7.7.	Изменение свойств воды, находящейся в малых
порах, трещинах, полупроницаемых мембранах твердых
минеральных веществ

Влияние гидрофильных элементов, находящихся в материале
твердых частиц, стенок сосуда и пористых мембран на жидкую воду
подробно изложено в гл. 6. В добавление к этому материалу приве-
дем еще ряд экспериментальных фактов с объяснением происходя-
щих процессов.

Под влиянием твердых гидрофильных (смачиваемых) поверх-
ностей в их окрестности существенно изменяются свойства воды
по сравнению с объемной водой, причем толщина этих слоев до-
стигает сотен ангстрем. В тонких пленках воды на поверхности
твердых тел существует пространственное и ориентационное упо-
рядочение молекул воды, обеспечивающее повышенную плотность,
которое сохраняется в широком диапазоне температур. В этих слоях
с повышенной плотностью водородные связи усиливаются за счет
ослабления их между слоями. Такое перераспределение водородных
взаимодействий совместно с пространственным и ориентационным
упорядочением позволяет говорить о выделенных квазидвумерных
структурах со свойствами жидкокристаллической фазы [1.12]. Гра-
ничные слои воды толщиной в десятки ангстрем представляют со-
бой квазидвумерную структуру, подобную жидким кристаллам, и
такая анизатропная система устойчива к различным внешним воз-
действиям. Слоистая структура воды в приповерхностной области
твердого тела и электропроводимость вдоль поверхности играют су-
щественную роль в ряде природных явлений.

В тонких прослойках воды, находящихся, например, в трещинах
твердых тел, доминирующее влияние на характер микроплотностей
как воды, так и растворенного вещества оказывают ограничивающие
поверхности. При этом изменение микроплотности по ограничен-
ному направлению качественно совпадает с микроплотностью, ха-
рактерной для системы твердых тел. В тонких прослойках молеку-
лы примесей вытесняются из средней части канала на поверхность,
что не приводит, однако, к заметному разрушению сетки водородных
связей. Молекулы примесей, например, инертных газов встраивают-
ся в открытую сетку водородных связей молекул воды, и относитель-
ное изменение энергии взаимодействия, приходящейся на молекулу
воды, показывает, что прослойки, содержащие Аг, более стабильны,
чем содержащие № и Кг [1.12]. Из сравнения результатов, получен-
ных для тонких прослоек, с данными для объемной фазы видно, что
они обогащаются частицами примеси, причем зависимость коэффи-
циента распределения от размеров инертной примеси имеет макси-
мум при близких значениях эффективных размеров кластеров воды
и растворенного вещества. Ориентационное упорядочение молекул
(кластеров) воды в тонких прослойках осуществляется параллельно
ограничивающим твердым поверхностям и оно сохраняется в рас-
творах инертных примесей. Присутствие в воде молекул инертно-
го вещества приводит к тому, что молекулы воды образуют вокруг
растворенного вещества упорядоченную структуру, искажают сетку
водородных связей, характерную для пленок чистой воды, однако, из-
менение параметра порядка оказывается малым.

При использовании полупроницаемой мембраны для электроли-
за чистой воды с разделением ее на католит и анолит на ней образует-
ся разность потенциалов, она в этом случае отделяет положительные
ионы (Н+, Н3О‘) и отрицательные (ОН , Н3О2). Все виды «связанной»
воды в биологических тканях, дереве, растениях, бумаге, почве, ми-
нералах, горных породах, различных материалах и т.д. образуются и
существуют аналогично способу, подробно описанному в гл.6, обла-
дают такими же свойствами и требуют для своего аттрактора постоян-
ной подпитки энергией за счет разложения части тех же молекул Н2О.
Резонансные частоты колебаний этих аттракторов будут зависеть от
многих параметров системы вода - поры, но главное - от энергии
взаимодействия между атомами катализаторов и молекулами воды.

Производительность полупроницаемой мембраны, или разность
высот Ь подъема воды между столбами жидкости по разные от нее
стороны (см. рис. 6.25) (или величина осмотического давления) бу-
дет зависеть от температуры. На рис. 7.28 приведена зависимость
разности высот столбиков дистиллированной воды по разные сторо-
ны полупроницаемой мембраны при длительном электролизе [2.7].

Полупроницаемая мембрана
(перегородка между сосудами
с католитом и анолитом) была
сделана из спеченных зерен
стекла марки «пирекс» с диа-
метром зерен 0,2+0,5мм. Из
рис. 7.28 видно, что зависи-
мость явно не монотонная и в
ней наблюдается максимум при
температуре 34+36°С, что объ-
ясняется следующим образом.
Количество молекул воды, про-
никающих через поры мембра-

ны в единицу времени или, что то же, расход будут зависеть, главным
образом, от двух факторов - подвижности молекул Н2О (вязкость,
скорость диффузии) и уровня запасенной колебательной энергии ги-
дратными комплексами, находящихся в ней. В данном частном случае
активными элементами гидратных комплексов в мембране являются
кремний и его окислы, обеспечивая развал гидратных оболочек ионов
и крупных кластеров. Наличие максимума в перепаде давлений стол-
бов жидкостей по разные стороны полупроницаемой мембраны при
температуре около 36+37°С означает максимальную эффективность
процессов образования в одном сосуде молекулярного водорода и
кислорода - в другом. Такая температурная зависимость является ре-
зультатом интегрального влияния, с одной стороны, резкого увели-
чения концентрации ионов ОН и Н+ (в 150 раз в диапазоне 0+40°С)
с ростом температуры, то есть интенсификации реакции №1 (табл.

Рис. 7.28. Зависимость высоты подъема воды
за счет осмоса через полупроницаемую мем-
брану1 при электролизе (/ = / мА) [2.7].
4.2), с другой - существенным усилением релаксации колебательной
энергии. Причем интенсивность релаксации возрастает после фазо-
вого перехода второго рода при критической температуре 40-МГС, в
связи с разрушением крупных кластеров и образованием вместо них
множества мелких.

Существует еще одно явление, которое можно объяснить с по-
мощью вышеизложенного механизма взаимодействия молекул воды
с пористыми мембранами. Если опустить в воду стеклянную трубку
с микрокапиллярным каналом и воздействовать на нее ультразвуком,
то у конца трубки с наружной стороны образуется «облако» из ка-
витационных пузырьков. При этом вода на срезе капилляра вблизи
пузырьков приобретает способность к осмосу, что приводит к из-
быточному давлению в капилляре [7.1, 7.13]. В данном случае мо-
лекулы воды, находящиеся в пленке пузырьков, за счет их резкого
динамического сжатия и расширения насыщены колебательной энер-
гией вплоть до ~ 140 кДж/моль и проявляют точно такие же свойства,
как молекулы, гидратированные на поверхности твердой поверхно-
сти полупроницаемых мембран, включающих активные атомы (см.
табл. 6.10). Поэтому поры и каналы, находящиеся между стенками
пузырьков, пропускают в капилляр только молекулы воды, а ионы не
проходят, и за счет парциального давления воды в растворе сосуда
происходит повышение давления в капилляре.

Экспериментальным подтверждением изложенных взглядов мо-
гут служить данные, приведенные в гл. 2 о сильном колебательном
возбуждении молекул Н2О в порах специальных стекол (рис. 2.5^-2.7).
Это подтверждают также примеры, приведенные в гл. 4 по электро-
лизу воды с полупроницаемой мембраной, сделанной из спеченных
зерен стекла «пирекс» и электролизу воды с пористыми электродами
из палладия и титана, которые показывают наличие экзотермических
реакций с выделением водорода и «лишней» энергии.

Рассмотрим еще некоторые экспериментальные данные, кото-
рые пока не нашли своего объяснения в литературе. На рис. 7.29
приведены опытные данные по зависимости сверхпроводимости от
температуры предварительно прокаленной кварцевой поверхности,
покрытой пленкой воды, которая находилась во влажной атмосфе-
ре [7.26]. Видно, что при нагревании проводимость возрастает на
несколько порядков, имеет резко не монотонный характер, а в слу-
чае охлаждения зависимость имеет другой вид, так что существует
сильный гистерезис. В литературе этот эффект объясняют протон-
ной проводимостью, когда протоны по цепочкам водородных связей
за счет Е и В дефектов Бьеррума перескакивают между молекулами
воды от одного электрода до другого, но осциллирующий характер
кривых объяснить не могут.
-20	-10	0	10 Т°С

Рис. 7.29. Зависимость поверхностной про-
водимости кварцевой подложки во влажной
атмосфере от температуры: 1 - нагрев: 2 -
охлаждение [7.26].

В данном эксперименте
пленка воды, покрывающая све-
жепрокаленный кварц, за счет
высоко энергетических связей
молекул Н,0 с атомами 81 и
молекулами 8Ю2 приобретает
значительную степень колеба-
тельного возбуждения, приво-
дящую к интенсивному про-
теканию квантово-химических
реакций табл. 4.2 с выделением
большого числа электронов и
укрупнения кластеров (о чем
подробно изложено в гл. 6),
что и обеспечивает ее высокую
проводимость. Пилообразный

характер зависимости проводимости от температуры, приведенный
на рис. 7.29, определяется фазовыми переходами второго рода, что
вызывает постепенное дробление кластеров, а также переход пленоч-
ной воды в разные аттракторы, для каждого из которого характерен
свой набор резонансных частот, и, следовательно, своя степень ко-
лебательного возбуждения молекул Н,О. В этом случае для каждого
аттрактора будет характерна своя интенсивность протекания химиче-
ских реакций, определяющая концентрацию выделяющихся электро-
нов. При быстром охлаждении кварцевой подложки молекулы воды в
порах и приповерхностном слое, вследствие их сильных связей с ато-
мами кремния, не могут быстро восстановить прежнюю структуру
кластеров (из опыта известно: для того чтобы, например, нагретая до
кипения вода приобрела свои исходные свойства требуется несколько
суток, смотри также рис. 3.14). Поэтому при быстром охлаждении эта
пленочная вода ведет себя как вода с существенно меньшей степенью

структурированности, вследствие чего и возникает гистерезис.

Экспериментальным подтверждением образования крупных
кластеров в пленке воды на подложке служит снимок ее структуры,
полученной на контрастно-фазовом микроскопе и приведенный на
рис. 7.30 [7.33]. Пленка воды сверху имеет волнообразный характер,
который формируется крупными ассоциатами-кластерами с разме-
рами вплоть до 104 А.

Институтом Кольского Научного центра РАН разработан сорбент
«версойл» на основе минерала вермикулита (разновидность слюды)
с размером зерен 2^8 мм, который после получения его из породы
и обогащения термически обрабатывается с насыщением углерода.
Такая обработка позволяет достичь следующих характеристик: сум-
марный объем пор - 4,3 см3/г; пористость - 92%; удельная поверх-
ность пор - до 378 м2/г; плавучесть - 85-Н00%, а очистка сточных вод
может, например, достигать параметров, приведенных в табл. 7.4.

Вермикулит имеет брутто формулу: (М§, Ре2+, Ре3+)*[(81,А1)4О10]
•[ОН]2*4Н2О, то есть в этом минерале находятся три элемента 81, А1,
Ре, которые создают высоко-	м.

прочные гидратные соеди-
нения в порах адсорбента, а,	,

следовательно, большую сте-
пень колебательного возбуж-
дения молекул воды в диапа-
зоне 15(Н470 кДж/моль. При
очень большой поверхности
пор (до 378 м2/г) эффектив-
ность воздействия на воду, а
также протекание экзотерми-
ческих цепных химических
реакций должна быть высо- »»»»»»»»•
кой. Действительно, из табл.

7.4 ВИДНО, ЧТО Концентрация Рис. 7.30. Изображение структуры пленки
нефтепродуктов В воде умень- да,(>ы на подложке, полученное на контрастно-
шается примерно в 20000 раз, фазовау «икР°<™пе 17-331-

а органических веществ - в 5300 раз. Подобное уменьшение этих
веществ чисто абсорбционным путем происходить не может (поры
быстро наполняться и забьются), а в реальности протекают химиче-
ские реакции, разлагающие молекулы углеводородов и органических
веществ на простые элементы. Для того чтобы сильные двухзаряд-
ные ионы Си2+, Са2+ преобразовать в соли, выпадающие в осадок,
необходимо разрушить их гидратные оболочки, что можно сделать
только при наличии большой запасенной колебательной энергии в
порах адсорбента. То же самое можно сказать и относительно солей
гидратных окислов железа.

Показатели	Содержание примесей в воде, мг/л									
	Нефтепрод.		Органич.		Си2'		Са2’		Ре 1 \)К1Г1	
До очистки	378	842	425	642	0,86	0,92	2,46	3,48	5,52	6,7
После очистки	0,02	0,04	0,08	0,12	0,06	0,13	0,54	1,2	0,02	0,04
Степень, %	99,99		99,98		89,4		71,8		99,5	
Табл, 7,4. Показатели очистки сточных вод с помощью сорбента «вер- сойл».										
7.9. Общая теория физико-химических процессов,
протекающих в закрученном потоке жидкой воды

Казалось бы, такое простое воздействие на воду, как ее закрутка
не должна оказывать заметного воздействия на ее характеристики, но
давно уже заметили, что, все-таки, ее свойства меняются: она стано-
вится активированной, показатель степени кислотности сдвигается
в щелочную область, повышается концентрация перекиси водорода
и т.д., причем эти свойства сохраняются длительное время. Неодно-
кратно наблюдали появление электрического поля и разности по-
тенциалов между осевой зоной закрученного столба воды и стенкой
цилиндрического сосуда, в котором она закручивалась. Объяснениям
этих явлений в литературе нет, но, тем не менее, многочисленные
изобретатели во всем мире уже много лет создают теплогенератор-
ные установки, в которых для получения тепла в качестве «топлива»
используется вода, обзор некоторых из них приведен в главе 8.

В соответствие с современными представлениями о структуре
жидкой воды она состоит из кластеров различных размеров, а также
«свободных» молекул Н2О, о чем подробно изложено в гл. 6. Кластеры
жидкой воды представляют собой упорядоченную кристаллическую
структуру в форме сфероцилиндров. Они обладают интегральным ди-
польным моментом, векторно складывающимся из дипольных моментов
отдельных молекул Н2О и направленным вдоль длинной оси сфероци-
линдра, что подтверждается, например, экспериментальными данными
работы [2.12]. Кроме того, поскольку кластер является упорядоченной
кристаллической структурой, первичным элементом строения которой
является молекула Н2О, имеющая смещенный центр тяжести относи-
тельно геометрического центра, занимаемого ее четырьмя орбиталями
(см. рис. 2.16), то и центр тяжести всего кластера будет смещен относи-
тельно центра всего сфероцилиндра не менее чем на ~3 А.

Водородные (дисперсионные) связи между кластерами в жидкой
воде непрочные, что и обеспечивает ее высокую текучесть и подвиж-
ность их друг относительно друга. Поэтому при наличии внешних воз-
действий в виде механических, акустических и электромагнитных сил
кластеры будут поворачиваться, перемещаться и вращаться. Теперь
представим, что вода интенсивно закручивается в цилиндрическом со-
суде с обеспечением перепада давления до 5^6 ат и тангенциальными
скоростями 1(Н30 м/сек. В этом случае будут происходить несколько
взаимосвязанных процессов, разберем их подробно. Первый эффект
связан с действием центробежных сил и сил трения: кластеры - сфе-
роцилиндры будут разворачиваться, выстраиваясь в упорядоченную
структуру таким образом, что среднее положение их оси симметрии и
вектора диполей будут устанавливаться в радиальном направлении.
Для проверки этого эффекта проведем количественные оценки воз-
можного построения упорядоченной структуры из кластеров при закрут-
ке воды в трубе. Для расчетов представим кластер в виде сфероцилиндра
с размерами <1=300 А, Ь=540 А, которые экспериментально подтвержде-
ны в работах [2.12,6.3], и величиной смещения центра тяжести, равной
минимальной величине структурного шага кристаллической решетки /
~3 А. На сфероцилиндр действуют сила трения, распределенная по его
поверхности, центробежная сила, приложенная к центру массы, сдвину-
того на расстоянии (/) относительно геометрического центра кластера,
инерционная сила кластера. Тогда уравнение движения (вращения) кла-
стера можно написать	где а - угловое ускорение системы; 1х - сум-

марный момент внешних сил; 1 - момент инерции кластера или в виде:

<7ш/бЛ+А(л=В81п((л1-л),	(7.1)

здесь со - угловая скорость вращения кластера; А= г|8Ь/2/1; В=тУт2//
гц/1; г| - вязкость воды; 8 - площадь наружной поверхности кластера;
Ь - длина сфероцилиндра; т - масса кластера; V - тангенциальная
скорость закрутки воды; гц - радиус закрутки; 1 - момент инерции
кластера относительно поперечной оси. Оценки проведем для сле-
дующих характеристик жидкости: Ь=5,4х 10" м; т]=0,82x10’ Па.сек;
Т=300°К; т=4хЮ-20 кг; г, =0,1 м; V =30 м/сек; /=3х Ю10 м; 1=4,32x10”
кг.м2. Отсюда получаем: А=2,56х 109 сек '; В=2,5х Ю9 сек 2.

Уравнение (7.1), к сожалению, не интегрируется в явной форме,
поэтому для оценок заменим функцию 81п(го1-л) на отрезок ломаной
прямой в области изменения 0<оЛ<л/2 функцией: у—2оИ/л+1 и тогда
получаем: 4Йо/4Й+(А+2В(/л)со=В. Решение этого уравнения получает-
ся в следующей интегральной форме:

со=ехр(-А1- В12/л)[Е+в1ехр(А(+В12/л)4Й].	(7.2)

Рассмотрим случай 1=>0. Обозначим параметр В/А через со0, тог-
да для начальных условий 1=>0 и со=>0 уравнение (7.2) можно упро-
стить к виду: со=(В/А)[1-ехр(-А1)]=ш0[1-ехр(-А1)].

Эта функция является решением исходного уравнения (7.1) для
случая 1=>0 и представляет собой очень резкую экспоненциальную
зависимость роста угловой скорости со от времени (поскольку зна-
чения параметра А=109 сек ') до его собственного резонансного зна-
чения системы шо. Для заданных характеристик жидкости получаем
<л0=1 сек 1 =1 Гц, а из условия сот=В1, где (- период колебаний, следу-
ет, что время поворота диполя на угол 90° составляет (грубая оценка):
1=(л/2/В)' 2=2,5х 10" сек. Для условий закрутки воды вблизи оси, зна-
чений радиуса закрутки г =0,01 м и тангенциальной скорости V =0,5
м/сек получаются шо=О,ОО27 Гц и 1=4,8х 10" сек.
Таким образом, из этих оценок мы получили следующие выво-
ды: а) заданных центробежных сил, действующих на кластер, хватает,
чтобы преодолеть силы трения и развернуть его в радиальном направ-
лении; б) время разворота кластера очень мало; в) собственные часто-
ты колебаний кластера низкие. Здесь необходимо обратить внимание
на полученные низкие собственные частоты колебаний кластеров
0,003-4 Гц. Если сравнить этот диапазон с резонансными частотами
воздействия слабого переменного магнитного поля на жидкую воду
(табл. 3.17), то, в случае совпадения частот колебаний кластеров со
значениями величин 0,014; 0,04; 0,078; 1,4; 1,54 Гц, можно ожидать
сильного колебательного возбуждения молекул воды в этих кластерах.
За счет сильного вращения воды создается упорядоченная структура
кластеров (макродиполей) в виде концентрических цилиндрических
слоев, когда продольные оси (директора) кластеров направлены по
радиусу закрученного потока, как показано на рис. 7.31. Это связано
с сильным электростатическим взаимным влиянием макродиполей, в
результате чего образуется структура их размещения, обеспечиваю-
щая минимум потенциальной энергии

системы частиц, что следует
из формул (1.20, 1.21) и
рисунка 1.19. Подобное
размещение макродиполей
кластеров воды подтверж-
дается и экспериментально
[6.2], что видно из рисун-
ка 6.7. При этом созданная
структура кластеров (макро-
диполей) образует собствен-
ное электростатическое и
электромагнитное поле за-
крученного столба воды,
причем на оси закрученного
потока воды создается по-
ложительный заряд, а на пе-
риферии - отрицательный.
Здесь необходимо особенно
достигается наибольшая ин-

е

6

Рис. 7.31. Размещение кластеров (макродиполей)
в жидкой воде при сильной ее закрутке.

важно отметить, что на оси вращения

тенсивность переменной магнитной составляющей поля, обеспечи-

вающей интенсификацию квантово-механических и колебательно-
неравновесных химических реакций, вследствие чего увеличивается
запасенная колебательная энергия и укрупняются кластеры.

Второй эффект закрутки жидкой воды вызван тем, что за счет
центробежных сил к осевой зоне вихревого потока выжимаются лег-
кие радикалы Н и ионы Н+. Это усиливает напряженность электриче-
ского поля, создаваемого упорядоченными диполями кластеров, при
этом на оси вращающегося столба воды образуется положительный
потенциал, а на периферии у стенки трубы - отрицательный.

Третье явление в закрученном потоке воды вызвано понижением
статического давления на его оси, что благоприятствует образованию
кавитации, то есть появлению микропузырьков. В случае сильной за-
крутки столба воды эти пузырьки сливаются в газопаровую полость
цилиндрической формы с постоянным изменением во времени и про-
странстве ее диаметра, длины и положения.

Все описанные процессы в осевой области закрученного потока
жидкой воды приводят к значительной колебательной накачке моле-
кул Н2О, увеличению концентрации элементов Н и Н+. Это вызывает
усиление экзотермических реакций водородного типа (табл. 4.2 и рис.
4.2), выделение энергии в виде колебательных квантов, которая далее
переизлучается по всему объему воды. В воде накапливаются элемен-
ты Н, ОН, О, Н2, О2, О3, Н2О2, Н\ ОН , е , и, нужно еще раз подчер-
кнуть, что в качестве «топлива» в данном случае используется энергия
межмолекулярных и межатомных связей молекул воды.

Этот теоретический анализ очень хорошо подтверждается экс-
периментально. В Московском автодорожном институте под руко-
водством Л.Н. Бритвина проводили эксперименты с закруткой чи-
стой воды в коаксиальном цилиндрическом сосуде с тангенциальной
окружной скоростью до 40 м/сек. Обнаружили, что между внутрен-
ним и внешним цилиндрами создавалась разность электрических
потенциалов и начинал идти постоянный электрический ток в сотни
миллиампер, когда замыкали электрическую цепь на внешнюю на-
грузку или накоротко. При этом положительный потенциал обра-
зовывался на внутреннем цилиндре, а отрицательный на внешнем.
Кроме того, после остановки вращения воды разность потенциалов
сохранялась еще длительное время (десятки минут) и через замкну-
тую цепь продолжал течь электрический ток.

Здесь остаточное последействие структуры диполей по оконча-
нии вращения воды связано с тем, что значительное колебательное
возбуждение молекул воды приводит к увеличению их дипольных
моментов, существенному возрастанию энергии дисперсионных и
электростатических связей между кластерами, а также их укрупне-
нию (см. гл. 6). Поэтому, даже после окончания вращения воды тре-
буется значительное время, чтобы разрушить эти связи за счет кине-
тической энергии «свободных» молекул.

Экспериментальное исследование процессов, происходящих в
вихревой трубе, путем визуального наблюдения (труба была изготов-
лена из кварцевого стекла) показали [4.3], что при определенной сте-
пени закрутки воды на оси трубы образуется газовая полость со сла-
быми периодическими изгибами, причем ее толщина и длина зависят
от напорного давления воды. Этот эффект связан с сильным влияни-
ем центробежных сил и большим перепадом давления между осью и
периферийной зоной у стенки трубы. В такой ситуации, с одной сто-
роны, в пленке образовавшейся полости под действием акустических
колебаний и местных турбулентностей постоянно будут создаваться
мелкие впадины и выступы, приводящие к деформации молекул воды,
образующих ее, и их колебательному возбуждению. С другой стороны,
соседство этих молекул с газопаровой фазой будет приводить к значи-
тельным релаксационным потерям колебательной энергии, и в газовую
фазу будут уходить радикалы Н и ионы Н+, уменьшая интенсивность
экзотермических цепных реакций по разложению молекул воды.

Изложенную теорию физико-химических процессов, протекающих
в вихревой трубе, очень хорошо подтверждают эксперименты, прове-
денные В.Д. Донником [4.3]. Он исследовал вихревой поток воды в тру-
бе диаметром 80 мм и длиной 3+4 м под давлением 30 ат, создаваемого
шестеренчатым насосом. Закрутка потока осуществлялась крыльчаткой
турбины и, меняя параметры (скорость закрутки и расход воды), автор
добивался акустического резонанса в системе. В процессе проведения
экспериментов температура воды на выходе из трубы достигала 100“С и
даже 800°С, а эффективность этого процесса (отношение вырабатывае-
мой тепловой энергии к затраченной электроэнергии) достигала величин
порядка 5 и даже 10. Кроме того, в стенке трубы и в торцевой заглуш-
ке имелись окна из оргстекла, через которые можно было наблюдать за
процессами в ней. Обнаружено, что уже при сравнительно небольших
расходах воды и начальном давлении вдоль оси трубы появляется голу-
бое свечение, а когда расход воды и начальное давление повышались, то
свечение уменьшалось. В этом эксперименте благодаря высокому давле-
нию частично залавливалась газо-паровая каверна на оси вращающегося
столба воды. Голубое свечение напрямую подтверждает колебательное
возбуждение молекул воды с длинами волн 1=0,42+0,49 мкм эквивалент-
но квантам энергии 23829+20424 см 1 (табл. 5.9). В этот диапазон входят
шестые колебательные уровни симметричной и асимметричной моды
молекул Н,О (21648 и 21159 см 1). Уменьшение свечения с ростом давле-
ния и расхода воды в трубе можно объяснить (исходя из очень больших
значений температур и величин выделяющегося тепла) тем, что начи-
нают возбуждаться более высокие колебательные уровни молекул воды
фиолетового и ультрафиолетового диапазона, которое трудно или невоз-
можно наблюдать без специальной аппаратуры.

Приведем еще несколько фактов изменения свойств воды при ее
закрутке. Скандинавские ученые проверили действие завихрений на
количество бактерий в сточной воде. Необработанная вода содержала
640000 бактерий/см3, а после ее закрутки концентрация их уменыпи-
лась до 5000 бактерий/см3 [7.35]. Великий изобретатель В. Шаубер-
гер, об опытах которого с водой более подробно будет изложено в гл.
8, отмечал, что при интенсивной закрутке воды разность потенциалов
между осевой и периферийной частью столба жидкости достигала от
1,5х 104 до 2х 104 В, и наблюдалось голубоватое свечение [7.35].

Исследуя воду реки Хунза, расположенную в горных районах Ки-
тая, ученый П. Фланаган обнаружил, что поверхностное натяжение у
нее при данной температуре составляло 0,068Н/м вместо обычного зна-
чения 0,075 Н/м. Кроме того, он сделал также еще одно наблюдение
- при увеличении скорости падения воды в водопаде этой горной реки
в два раза, концентрация минеральных компонентов в ней возрастала
в 64 раза [6.54]. При этом оказалось, что минеральные компоненты в
воде присутствовали не в виде растворенных солей (ионов), а в форме
суспензии из коллоидных частиц, несущих на себе отрицательный за-
ряд и покрытых слоем органических жиров, источниками которых яв-
лялись отложения минеральных смол. На основании этих исследований
П. Фланаган создал установку - «тангенциальный усилитель вихря», с
помощью которой он получил водный коллоидный раствор с поверх-
ностным натяжением 0,55-Ю,65 Н/м. Исследования П. Фланагана пока-
зали [7.36], что каждый вихрь в жидкой воде имеет свой ритм измене-
ния диаметра и формы, причем эти колебания были стабильными, как у
маятника. Эксперименты с сосудами разной формы позволили сделать
вывод, что наиболее стабильным и оптимальным является вихрь яйце-
видной эллипсоидальной формы с соотношением максимальной длины
к толщине 1:1/2, что совпадает с опытными данными В. Шаубергера.
Оказалось, что внутренние слои вихря вращаются быстрее, чем наруж-
ные, картина вращения похожа на штопор или форму ракушки улитки,
причем с увеличением скорости вихря диаметр его горловины умень-
шается. Измерения электрического потенциала между электродами,
один из которых находился в воздухе над поверхностью вихря, а второй
был погружен в воду, показали, что при угловой скорости около 1000
об/мин, он составлял 104 В. С помощью подобного прибора по закрутке
жидкостей П. Фланагану удалось получить водный коллоидный раствор
с поверхностным натяжением о=0,038 Н/м, которое может сохраняться
годы и даже с о=0,028 Н/м, близким к этиловому спирту.

Вышеприведенные факты влияния закрутки воды на ее свойства
объясняются тем, что благодаря упорядоченному размещению ди-
польных моментов кластеров, возникает слабое переменное магнит-
ное поле, которое вызывает перераспределение колебательной энер-
гии между молекулами Н2О за счет квантово-механических реакций
3.25-5-3.27. Это, в свою очередь, приводит к усилению колебательно-
неравновесных реакций табл. 4.2, рис. 4.2,4.3, существенному увели-
чению запасенной колебательной энергии и концентраций элементов
Н, ОН, О, Н„ О„ О,, Н,О,, Н\ ОН , е . Рост запасенной колебательной
энергии в воде ведет к увеличению дипольных моментов молекул и
укрупнению кластеров, что и вызывает уменьшение ее поверхност-
ного натяжения (см. гл. 6). Повышенное содержание перекиси водо-
рода сдвигает показатель кислотности воды в щелочную область и
увеличивает ее бактерицидные свойства, поэтому содержание микро-
бов в такой воде существенно уменьшается. Повышенное содержа-
ние колебательной энергии и интенсивное переизлучение квантов
света между молекулами вплоть до ультрафиолетового диапазона
значительно увеличивает способность воды растворения минералов
и отрыва их микрочастиц, о чем подробно изложено в гл. 6.

Необычные свойства водяного вихря при сильной закрутке, про-
тиворечащие существующим представлениям законов гидродинамики,
связаны с тем, что запасенная колебательная энергия в молекулах воды
увеличивается по радиальному направлению к оси вихря. Это, в свою
очередь, вызывает укрупнение кластеров и создается упорядоченная
структура концентрических цилиндрических слоев воды (см. рис. 7.31),
трение между которыми существенно уменьшается по сравнению, на-
пример, с хаотически размещенными в обычной воде кластерами. Поэ-
тому тангенциальная скорость вращения внутренних слоев жидкости в
вихре оказывается выше, чем наружных. Взаимное влияние степени ко-
лебательной накачки молекул воды и ее физико-химических свойств и
определяет, казалось бы, необычную гидродинамику вращения вихря.

Таким образом, приведенные опытные данные, где использует-
ся закрутка воды, с одной стороны, хорошо подтверждают вышеиз-
ложенную теорию процессов, происходящих в закрученном столбе
жидкой воды, с другой - сами могут быть объяснены.

ЛИТЕРАТУРА

1.	Под ред. Г'пяминой И.П. Ультразвук. - М.: Сов. Радио, 1979.

2.	Панов А.Ф. Патенты РФ №2160716, 2163821, Активатор жидких сред. Па-
тент РФ №2282593 от 8.12. 2004.

3.	Сергеев Г. А. , Воронцова Ю.В. Биогравитация - прорыв к долголетию. Мо-
сква, Санкт-Петербург, 1998.

4.	СаюдиловА.И.идр. Патенты РФ №2155081,2162513, 2162570, 2162736,2002.

5.	Рекламный буклет НПК «Экология», 2002.

6.	Малышева А. Есть у революции начало. Газета «Комсомольская правда» от
30/11, Реклама «аквадиска», Патент РФ №2182122, №22914, 2001.

7.	Патент РФ №2161997 от 22/12 1999.

8.	Домрачев Г.А. Потери энергии звука при сонолизе воды. ЖФХ, т. 72, №2, 1998.

9.	Маргулис М.А.. Корнеев Ю.А. и др. ЖФХ, т. 68, №5, 1994.

10.	Маргулис М.А. и др. Энергетический выход сонолюминесценции при ка-
витации в потоке. ЖФХ, т. 68, №5, 1994.
11.	Максименко Н.А., Маргулис М.А. Особенности воздействия акустических
волн различных частот на реакцию восстановления брамат-ионов малоновой кис-
лоты. ЖФХ, т. 68, №8, 1991.

12.	Маргулис М.А. О составе кавитационного пузырька при его пульсации.
ЖФХ, т. 71, №6, 1997.

13.	Розин Ю.П., Розина Е.Ю. Влияние структуры и формы кавитационного
облака на протекание физико-химических процессов. ЖФХ, т. 60, №7, 1986.

14.	Диденко Ю. Г, НастичД.Н. и др. Спектры сонолюминесценции воды при
различных температурах. ЖФХ, т. 68, №11, 1994.

15.	Бе%а1С.//5. СЬет. РЬуз. V. 70, 5, 1979.

16.	ВагЬег ВД.И ЫаШге V. 352, р. 318, 1991.

17.	НиИегК.Н РЬуз. Ису. ЬеП. V. 69, р. 1182, 1992.

18.	Диденко Ю.Е. ЖФХ, т. 68, №11, 1994.

19.	Домров Г.А. ЖФХ, т. 66, №4, 1992.

20.	Вакс В.А. и др. «Радиофизика» №1, стр. 149, 1994.

21.	Губарь В.А. Способ обработки призабойной зоны пласта скважины. Па-
тент РФ №2105874, 1996.

22.	Губарь В.А. Способ обработки призабойной зоны пласта скважины. Па-
тент РФ №2105875, 1996.

23.	Арутюнов С.Л., Давыдов В. Ф. и др. Явление генерации инфразвуковых волн
углеводородной залежью. Открытие РФ: диплом №109, приоритет от 22/3. 1997.

24.	Квартальное В. В. Экспериментальное выделение из излучения лазера
компоненты неизвестной физической природы. Лазер-Информ №12, 2001.

25.	Шарков В.Ф. О перспективах применения лазерных технологий для об-
работки нефтепродуктов. Лазер-Информ №20, 2002.

26.	Пак В.И, Вентов Н.Т. О влиянии предварительного прокаливания квар-
цевого стекла на его поверхностную проводимость во влажной атмосфере. Физика
и химия стекла, т. 6, №3, 1980.

27.	Сербин В. В. и др. Калориметрическая установка для определения химико-
акустического КПД в водных и неводных системах. Доклад на конф. «Кавитация
- 85», Славское, 1985.

28.	ВагЬег В.Р., РиПегтап 8Д.Н РЬуз. Иеу. ЬеИ., V. 69. р. 3839, 1992.

29.	Исследование сонолюминесценции. Новости физики в сети Интернет.
УФН, т. 166, №11, 1996.

30.	Серянов Ю.В. и др.// Физика и химия обработки материалов. №6, 1989.

31.	Серянов Ю.В. и др.// Электрохимия. №2, 1990.

32.	Фрадкин Б.З. Белые пятна безбрежного океана. - М. «Недра», 1983.

33.	Зенин С.В. Биологические и энергоинформационные свойства воды. 2000.

34.	Баринов М.М. «Живая» и «мертвая» вода: целебная сила ионов для обнов-
ления клеток. СПб.: ИГ «Весь», 2005.

35.	Бурдыкин Б.Е. Космическая тайна воды. - СПб.: Питер, 2007.

36.	Андреев Ю. Вода - наместник Бога на Земле. - СП.: Питер, 2006.

37.	Масару Эмото. Послание воды: Любите себя - Минск: «Попурри», 2006.

38.	Казанский Л. О чем молчит вода? Тверь, Москва, Сергиев Посад, 2004.
ГЛАВА 8

ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОЛЕБАТЕЛЬНО-
НЕРАВНОВЕСНЫХ ПРОЦЕССОВ, ПРОИСХОДЯЩИХ

В ЖИДКОЙ И ГАЗООБРАЗНОЙ ВОДЕ, В УСТРОЙСТВАХ
И ИЗОБРЕТЕНИЯХ

За последнее столетие во всем мире накопилось громадное ко-
личество патентов и изобретений, в которых в той или иной форме в
качестве рабочего тела используется вода в жидком или парообраз-
ном состоянии, позволяющие решить задачи практического приме-
нения большой важности. К таким задачам можно отнести:

-	нейтрализация вредных примесей в выхлопных газах устройств
без катализаторов;

-	создание паровой турбины, использующей в качестве «топли-
ва» воду;

-	использование жидкой воды или атмосферного азота в каче-
стве топлива для двигателей внутреннего сгорания;

-	разложение воды на водород и кислород с малыми энергети-
ческими затратами;

-	крекинг нефти и водонефтяных смесей;

-	увеличение дебита нефтяных скважин и реанимация старых
нефтяных месторождений;

-	создание теплогенераторов, использующих в качестве «топли-
ва» энергию межмолекулярных и межатомных связей воды;

-	создание генератора механической и электрической энергии с
использованием воды в качестве «топлива»;

-	создание «вечного» двигателя, использующего в качестве «то-
плива» релятивистскую энергию-массу вещества (воды);

-	получение трития за счет протекания ядерных реакций синтеза
в жидкой воде при низких температурах и многие, многие другие.

Инженеры, ученые, изобретатели, из которых можно выделить
наиболее выдающихся таких как, Н. Тесла, В. Шаубергер, Р.Клем,
Стенли ’ейер, Ю.С.Потапов, Аванесян В.П., Болотов Б.В. на осно-
ве этих изобретений и, фактически, интуитивных соображений соз-
давали работающие приборы, устройства и машины, но объяснить
физико-химические принципы их работы на должном научном уров-
не не могли, да и, по-видимому, до конца не понимали этого сами.
Поэтому получалось, что очень часто эти устройства и машины ра-
ботали только «в руках» самих изобретателей, эффект получения
«лишней» энергии терялся при изменении входных параметров, что
вызывало недоверие, как потенциальных инвесторов, так и ученых
от официальной науки. Необходимо отметить, что официальная на-
ука в лице ученых во всем мире с подозрением и недоверием отно-
силась к этим разработкам и не удосужилась объективно, тщательно
разобраться и понять принцип работы хотя бы некоторых из выше
перечисленных изобретений. Автор настоящей книги не нашел в на-
учной литературе, начиная с 30-х годов прошлого столетия по 2007
год, ничего, за исключением может быть книги Л.П. Фоминского
[4.3], посвященного описанию и объяснению физических процессов,
идущим в воде и объясняющим принципы работы таких устройств.
Это связано с тем, что до сих пор не было единого подхода ко всей
совокупности процессов, происходящих в различных фазовых со-
стояниях воды (жидкой, паровой, аэрозольной) при воздействии на
нее различных внешних факторов.

В настоящей главе на основе полной теории таких процессов,
идущих в жидкой и парообразной воде, изложенной в предыду-
щих главах книги, детально описываются принципы работы мно-
гих машин и устройств, включая и вышеперечисленные, в которых
используется в качестве рабочего тела вода в различных фазовых
состояниях. Это позволяет с полным пониманием всех квантово-
механических и физико-химических процессов, происходящих в ра-
бочей зоне, создать на основе этих старых изобретений и патентов
вполне работоспособные устройства и машины.

8.1.	Использование в устройствах и машинах
неравновесных процессов газообразной фазы воды

8.1.1.	Оценка характеристик устройства по
нейтрализации вредных примесей в выхлопных газах
двигателя внутреннего сгорания без катализатора

Продемонстрируем применение вышеизложенной теории в
конкретном устройстве, запатентованном автором [5.24], для орга-
низации самоускоряющихся самоподдерживающихся реакций по
нейтрализации СО и окислов азота в выхлопных газах двигателя
внутреннего сгорания с учетом всех его реальных параметров без
использования катализатора. Схема устройства для дожигания при-
месей показана на рис. 8.1 и представляет собой цилиндрическую ка-
меру сгорания (1), на вход которой подаются выхлопные газы бензи-
нового двигателя с расходом С, и температурой Т, *, а в смесительное
устройство (инжектор) (2) поступает атмосферный воздух (возможно
Рис. 8.1. Схема устройства по нейтрализации вредных при-
месей СО, С, ЫО, без катализатора в выхлопных газах дви-
гателя внутреннего сгорания: I - корпус камеры сгорания:
2 - инжектор; 3 - турбулизатор; 4 - выхлопные газы; 5 -
вдув воздуха; 6 - выхлоп газов [3.24].

с подогревом) с рас-
ходом С2 и темпера-
турой Т2*. В камере
(1) происходит ма-
кросмешение газов
(турбулентных мо-
лей), выравнивание
поля температур и
далее газы проходят
через турбулизатор
(3) с размером ячей-
ки <12, после которо-
го происходит очень

быстрое перемешивание газов на мономолекулярном уровне и соз-

даются условия самоускоряющихся реакций, описанных в гл. 5, воз-
никает фронт пламени, где выгорают остатки углеводородов, СО, С
и нейтрализуются окислы азота.

Произведем расчет параметров такого устройства. На вход (4) по-
ступают выхлопные газы, например, с характеристиками Р *=1,1 = 1,25
ат; Т1*=800+2000°К; 6=30 г/сек; [СО2]=0,13; [Н20]=0,13;°[СО]=0,03;
[О2]=0,01; [ЫОх]= 0,01; [?42]=0,69. В смесительное устройство (2) до-
бавляется воздух (5) (62=10 г/сек; Т2*= 300°К). После макросмеше-
ния в зоне между элементами (2) и (3) характеристики газа будут
таковы: Ро*=1,1=1,2 ат; Т3*=600; 800; 1000; 1500°К; 63=40 г/сек;
У3=50 м/сек. [С02]=0,0975; [Н20]=0,0975; [С0]=0,0225; [02]=0,0575;
[Ы0х]=0,0075; [К2]=0,7175;

Для характерного размера ячейки инжектора б^З мм длина
пути смешения крупных молей (вихрей) определяется формулой
1>=У3с1|2/П=50 мм, где 0=300 см2/сек - коэффициент турбулентной
диффузии.

Возможность протекания самоускоряющейся реакции по сжига-
нию СО полностью определяется скоростью перемешивания на мо-
номолекулярном уровне, которое происходит в турбулизаторе, а ско-

рость микросмешения должна превосходить скорости протекания
реакций и релаксации колебательной энергии. Скорость микросме-
шения зависит от безразмерного числа Дамклера ОА=с122Кр/( 12ОМ),
где <12 - характерный масштаб микросмешения; Кр - скоростной ко-
эффициент химической реакции; Ьм - коэффициент молекулярной
диффузии газов. Характерное время микросмешения определяется
тсм=д22/(12Ом), в том числе для колмогоровского масштаба смеше-
ния или диссипации скалярного поля оно равно тсм=12(кк/^)0'5, где
кк - коэффициент кинематической вязкости и - скорость диссипа-
ции турбулентной энергии газового потока.
Расчетные зависимости изменения концентрации вещества в ре-
зультате химической реакции в зависимости от параметра ^ПО^с^2 и
разных чисел Дамклера приведены на рис. 8.2 [8.1]. Из рисунка видно,
что количество прореагировавшего вещества сильно зависит от числа
Дамклера и оно тем больше, чем выше скорость химической реакции.

Для размеров отверстий в
турбулизаторе (3) и скорости
газов в нем соответственно:
а) д2=1 мм; У4=100 м/сек; б)
с12=0,5 мм; У4=200 м/сек, вре-
мя смешения в турбулентных
молях на мономолекулярном
уровне оценивается форму-
лами тгм~Ег2/Ом, Ц-д /Ке34,
тсм~с!22/Яе3/2/Ом=(с12(рУ4/г|)3)|/2/
Ом, где Ц. - тепловой масштаб
турбулентности; К.е - число
Рейнольдса; Ом - коэффициент
молекулярной диффузии; р, т]
- плотность и вязкость газов.

ства от параметра /=120^(1^ при микра-
смешении газов и химической реакции: 1 -
О=а^К //120^=0,1: 2 - 0=1,3: 3 - 0=10:
4-0= Ь[8.1].

Параметры газов в турбулизаторе после смешения на мономолеку-
лярном уровне приобретают значения Р *=1,1-Ч,2 ат; Т4*=600; 800;
1000; 1500°К; 64=40 г/сек; [С02]=0,0975; [Н20]=0,0975; [С0]=0,0225;
[02]=0,0575; [ЬЮХ]=0,0075; [Н2]=0,7175.

Для определения условий протекания самоускоряющейся реак-
ции окисления СО, изложенных в гл. 5, на основании эксперименталь-
ных значений скоростных коэффициентов колебательно неравновес-
ных процессов и заданных концентраций газов рассчитанные времена
взаимодействия отдельных реакций при разных значениях температу-
ры смеси газов приведены в табл. 8.1. В соответствие с необходимы-
ми условиями протекания самоускоряющейся реакции выгорания СО,
изложенных в гл. 5, они должны быть следующими (5.8):

Т1<Т3; Т1<Т4; Т5<ТР Т6<ТР Т7<Т3’ Т7<ТР Т8<ТР Т8<Т2’ Т8<Т9	(8- О

Анализ выполнения соотношений (8.1) между временами про-
цессов в зависимости от температуры смеси газов, приведенных
в табл. 8.1, показывает, что они в совокупности все выполняются
только в диапазоне температур 300<Т<900оК. Этот простой анализ
возможности существования самоускоряющихся реакций окисле-
ния СО, С и нейтрализации окислов азота при низких температурах
очень хорошо подтверждается многочисленными эксперименталь-
ными данными, приведенными в гл. 5.
№	Время взаимодействия между молекулами, мкс	300“К	400"К	600"К	800°К	1000“К	1500°К
1	Релаксация СО,(у,,у„1), т,	0,395	0,435	0,427	0,405	0,33	0,185
2	Релаксация СО,(у„1,у,), т.	2.1	2,5	3	2,36	1,9	1,22
3	Релаксация 14,(1), т,	330	100	13,6	7,35	3,57	1,2
4	Релаксация СО( 1), т4	370	130	15,9	9,2	4,6	1,6
5	Передача СО,(001 )^14,( 1), т,	0,1	0,14	0,21	0,31	0,37	0,4
6	Передача СО,( 110)^СО( 1), т„	0,2	0,18	0,14	0,13	0,11	0,077
7	Передача 14,(1 )^СО( 1), т,	4,2	3,4	2,4	1,7	1,2	0,6
К	Время основной реакции СО+ОН=>СО,* +Н, т,	0,32	0,37	0,4	0,42	0,41	0,39
9	Время смешения газов в турбу- лизаторе (3). т9;  а)	<1,= 1 мм; У4=100 м/сек  Ь)	<1,=0,5 мм; У4=200 м/сек	0,14  0,035	0,15  0,038	0,2  0,05	0,25  0,063	0,3  0,075	0,62  0,16
Табл. 8.1. Времена протекания процессов реакции горения СО в колебательно- неравновесной среде.							

8.1.2. Химико-газодинамический С0г-лазер на основе
колебательно-неравновесных процессов дожигания
СО при низких температурах

На основе изложенной теории в гл. 5 неравновесного горения СО
при низких температурах можно создать химико-газодинамический
СО2 лазер (ХГДЛ) с физическими и техническими характеристиками
существенно превышающими подобные для обычных термически
равновесных газодинамических лазеров (ГДЛ).

Схема автономного перевозимого комплекса ХГДЛ с мощностью
излучения не выше 100 кВт, запатентованная автором [8.2], показана
на рис. 8.3. Комплекс включает в себя следующие основные узлы
и агрегаты: турбокомпрессор (1), химико-газодинамический лазер
(2,5,6,7,8,9), эжектор (3), выхлопное устройство (4), электрогенера-
тор (11), теплообменник (12), систему охлаждения зеркал (16), блок
автоматики подачи топлива (13), емкость с керосином (17), емкость с
маслом (15), емкость со сжатым воздухом системы автоматики (14),
топливный насос (18), систему формирования излучения (10), систе-
му управления комплексом. Непосредственно сам лазер состоит из
следующих основных устройств: ресивер с камерами сгорания (5),
сопловой блок (СБ) (6), оптический резонатор (7), диффузор (8), га-
зодинамическое окно вывода излучения (9).

Лазерный комплекс работает следующим образом: после выхо-
да на рабочий режим турбокомпрессора (1) сжатый воздух высокого
давления (17-420 ат) подается в камеры сгорания лазера (5) и в фор-
-4-

----- Подача керосина

Подача масла

Подача воздуха низкого давления

----- Подача воздуха высокого давления
----- Подача охлаждаемой воды

------Лазерное излучение

Рис. 8.3. Схема комплекса химико-газодинамического СО,-лазера: 1 - турбокомпрессор:
2 - лазер: 3 - эжектор: 4 - выхлопное устройство: 5 - ресивер с камерами сгорания:
6 - сопловой блок; 7 - оптический резонатор, 8 - диффузор лазера; 9 - газодинамиче-
ское окно; 10 - система формирования изучения; 11 - электрогенератор: 12 - тепло-
обменник; 13 - система управления подачи топлива; 14 - базлон со сжаты.» воздухом;
15 - емкость с маслам; 16 - система охлаждения зерказ: 17 - емкость с керосином;
18 - топливный насос [8.2].

сунки перед его сопловым блоком (6). В камеры сгорания подается
также керосин, где происходит неполное сгорание топлива: в смеси
остается СО, которое затем дожигается в районе критического сече-
ния соплового блока. Благодаря неравновесным процессам горения
в смеси газов при истечении их через сверхзвуковой сопловой блок
запасается колебательная энергия, и на входе в проточную часть ре-
зонатора создается активная среда. Энергия активной среды в опти-
ческом резонаторе преобразуется в излучение, а далее отработан-
ный газ попадает в диффузор, где восстанавливается его статическое
давление, а затем поступает на вход эжектора. В эжектор подаются
отработанные газы турбокомпрессора, и происходит эжекция газов,
выходящих из лазера, через выхлопное устройство в атмосферу. Для
работы газодинамического окна от турбокомпрессора отбирается
воздух низкого давления (2 ат), выхлоп которого также осуществля-
ется в общий эжектор. От турбокомпрессора, кроме того, отбирается
механическая энергия для привода электрогенератора, питающего
электроэнергией все системы лазерного комплекса.

В качестве примера укажем следующие основные конструктив-
ные решения узлов и элементов лазерного комплекса. Турбоком-
прессор можно создать на основе газовой турбины 501-КВ5, про-
изводимой фирмой А1Нзоп Саз ТигЫпез ОМзюп (в настоящее время
она входит в состав компании КоПз Коуз). В лазере применяются ка-
меры сгорания с тангенциальной закруткой воздуха, предваритель-
но нагретого в турбокомпрессоре. Ресивер выполняется с двойными
стенками и охлаждается поступающим воздухом низкого давления,
идущего затем в газодинамическое окно и систему вдува в диффузо-
ре. Сопловой блок набирается из плоских охлаждаемых воздухом и
водой сопловых лопаток. Используется четырехпроходный, шести-
зеркальный оптический резонатор с переворотом пучка излучения
по потоку газа, обеспечивающий равномерное распределение интен-
сивности излучения по площади пучка и минимальную чувствитель-
ность к разъюстировкам оптической схемы. В резонаторе и систе-
ме формирования пучка применяются зеркала с микрокапиллярной
структурой охлаждения. Охлаждение теплоносителя, протекающего
в зеркалах, происходит в теплообменнике (12) за счет теплоемкости
керосина. Для торможения сверхзвукового потока в лазере приме-
няется многоканальный диффузор пространственного торможения
со специальными мерами, обеспечивающими минимальные потери
полного давления потока. Применение в качестве эжектирующего
газа выхлопных газов турбокомпрессора позволяет увеличить эф-
фективность работы диффузора лазера. Система формирования и
управления излучением предназначена для автоматической фокуси-
ровки и наведения луча на объект воздействия.

Такому лазерному комплексу, в принципе, не требуется стацио-
нарного снабжения электроэнергией, газами, водой, топливом, и на
его основе можно создать автономную перевозимую установку, ком-
понуемую на любом транспортном средстве. Физические и некото-
рые главные технические характеристики непосредственно ХГДЛ и
обычного газодинамического лазера (ГДЛ), работающего на смеси
керосин + воздух, приведены в табл. 8.2.

Сравнение характеристик ГДЛ и ХГДЛ в табл. 8.2 показывает,
что для ХГДЛ требуются существенно более низкие температуры,
давление газов в ресивере для запуска диффузора, в нем можно при-
менять более толстые сопловые лопатки из менее тугоплавкого, то
есть более дешевого материала и существенно большую высоту кри-
Наименование параметра	ХГДЛ	ГДЛ
Мощность излучения, кВт	100	100
Требуемая температура смеси газов перед СБ, °К	700-800	1700-1800
Требуемое давление газов перед СБ для запуска диффузора при выхлопе в атмосферу, ат	17-18	25-30
Коэффициент усиления на выходе СБ, м_|	0,8-1	0,4-0,5
Удельная энергия на выходе СБ, кДж/кг	23-25	10-12
Удельный энергосъем излучения, кДж/кг	13-15	4-5
Эффективность резонатора	0,6-0,7	0,25-0,3
Расходимость излучения по 0,9 энергии, мрад	1-1,5	1,5-2
Яркость излучения, Вт/мм2/мрад2	11	6,1
Высота критического сечения сопла бсг, мм	1-1,2	0,25-0,3
Разброс высоты критического сечения сопел после работы соплового блока Аб /б ,%	1-1,5	5-9
Степень раскрытия сопла Ь/бсг	25-30	30-35
Максимальная толщина сопловой лопатки, мм	25-30	9-12
Расход керосина, м3/час	1	7,1
Расход охлаждающей воды, м’/час	-	100
Масса оборудования, т	7	37
Количество транспортных средств	2	5
Стоимость эксплуатации, долл/час	400	2300
Табл. 8.2. Сравнение характеристик ХГДЛ и ГДЛ.		

тического сечения сопла. Эти параметры принципиально позволяют
решить вопросы высокой надежности работы и стабильности харак-
теристик ХГДЛ. Физические характеристики ХГДЛ (коэффициент
усиления активной среды, удельная запасенная колебательная энер-
гия, эффективность резонатора и удельный энергосъем излучения)
принципиально улучшают его энергетические характеристики и по-
зволяют не менее чем в три раза уменьшить требуемый расход воз-
духа от турбокомпрессора и топлива по сравнению с ГДЛ. У ХГДЛ
в два раза улучшается качество излучения (яркость в дальней зоне),
что очень важно при резке и сварке материалов. ХГДЛ снимает все
ограничения и недостатки, характерные для ГДЛ и не позволившие
в свое время создать на его основе технологический лазер - высо-
кая температура газов и связанные с ней трудности охлаждения кон-
струкций, их низкий ресурс, низкий коэффициент усиления и низкий
удельный энергосъем излучения, большие расходы газов.
В настоящее время в различных странах мира существуют для
научно-исследовательского применения экспериментальные образ-
цы СО,-лазеров с мощностью излучения до 20,40, 60 кВт, а промыш-
ленностью выпускаются технологические лазеры для использования
в различных областях техники с мощность излучения только до 10
кВт. Все эти лазеры построены на принципе различных способов
газоразрядного возбуждения активной среды. Анализ характеристик
типового технологического газоразрядного лазера с мощностью 10
кВт показывает следующие его недостатки. Расходимость излучения
у такого лазера достаточно большая, яркость излучения - низкая,
большие расходы дорогостоящего гелия, воды и электроэнергии,
большая масса установки, возможность эксплуатации только в за-
крытом отапливаемом помещении и высокая стоимость эксплуата-
ции (более 300 долл./час). Причем этот тип лазеров принципиально
не позволяет производить масштабирование установок с мощностью
более 10 кВт, поскольку существенно ухудшаются их технические и
экономические характеристики. Тем не менее, в течение последних
лет во всем мире наблюдается устойчивый рост потребления техно-
логических газоразрядных СО,-лазеров мощностью излучения КЮ
киловатт в непрерывном режиме для обработки материалов и других
целей, поэтому предлагаемая схема ХГДЛ поможет принципиально
решить эту проблему.

8.1.3.	Генератор механической энергии на основе
воздушно-паровой турбины

В последнее время на выставках изобретений и инновационных
технологий в России появился экспериментальный феномен в виде
опытных конструкторских установок, называемых авторами «мо-
лекулярными» двигателями, которые требуют пояснений. Согласно
описаниям в книгах и рекламах [8.3,8.4,8.66,8.67] это устройство
включает в себя (рис. 8.4, 8.5): высокооборотный электродвигатель
(11) (1000(Н 12000 об/мин), турбокомпрессор (12), вихревую турбину
(13), редуктор (14), электрогенератор (15). Вихревая турбина состоит
из следующих основных узлов: корпус (1), ротор (2) с лопатками по-
луцилиндрической формы (3), штуцера подводящего воздуха (5) от
турбокомпрессора (12), штуцера отходящего воздуха (8), вал ротора
(9), соединенный через редуктор (14) с электрогенератором (15).

Устройство работает следующим образом. Во входные патрубки
подается воздух с влажностью 4095% при абсолютном давлении
0,01 -4),09 ат и турбина вначале раскручивается струей воздуха (6) от
турбокомпрессора (13), имеющего электропривод (11) с электропита-
нием от внешней сети. На концах полуцилиндрических лопаток тур-
бины образуются

цилиндрические
вихри влажного
воздуха, которые
при определен-
ных параметрах
создают допол-
нительное усилие

На ЛОПаТКИ. Через Рис. 8.4. Внешний вид двигателя с вихревой турбиной Потапо-
НеКОТОрОе время ва Ю.С.(по рекламе НПО «Энергоресурс» г.Москва).
когда турбина выходит на номинальный режим, ее вал через редук-
тор соединяется с электрогенератором, который начинает вырабаты-
вать электроэнергию, идущую на электропитание двигателя турби-

ны и на внешнюю
нагрузку, при этом
внешнее электро-
питание двигателя
турбины может
быть отключено.
Таким образом, это
устройство выра-
батывает электро-
энергию, которая
может использо-
ваться для внеш-
него потребителя.
Результаты испы-
таний устройства,
показанного на
рис. 8.4, 8.5, при-
ведены в табл. 8.3
[8.4].

Не будем об-
суждать теории

автора книг [8.3,
8.4], объясняющие
принцип работы
«молекулярного»
двигателя на осно-

Рис. 8.5. Вихревая турбина [8.4]: / - корпус: 2 - ротор: 3 -ло-
патки: 4 - воздушные вихри: 5 - подвод воздуха; 6 - вход воз-
духа; 7 - подшипники; 8 - вывод воздуха: 9 - вал; 10 - выход
воздуха: 11 - электродвигатель; 12 - турбокомпрессор: 13 -
турбина: 14 - редуктор: 15 - генератор электрического тока:
16- подача воздуха; 17 - внешнее электропитание: 18 - отбор

пектроэнергии на внешнюю нагружу.

ве преобразования

хаотического движения молекул воздуха в направленное с получени-
ем полезной работы - все это не серьезно, а только дискредитирует
подобные разработки.
№ испытания	Т-ра воз- духа на входе, "С	Время разго- на турбины, сек	Время выбе- га турбины, сек	Давление воздуха на входе, ат.	Число обо- ротов, об/ мин.
1	20	5	68	0,01	964
2	20	4	75	0,02	2000
3	21	3,5	87	0,03	4100
4	21	3	ПО	0,04	6080
5	21	2,7	160	0,05	8120
6	22	2	170	0,06	11000
7	23	2	180	0,07	12100
8	23	1,7	190	0,08	14200
9	23	1,5	195	0,09	16700
Табл. 8.3. Результаты испытаний устройства с вихревой турбиной на стен- де [8.4].					

Эти экспериментальные результаты, с одной стороны, прекрас-
но подтверждают изложенную теорию процессов, происходящих во
влажном закрученном вихре воздуха, а с другой - сами эти опытные
данные описываются ею (см. гл. 5). В результате сильнейшей закрут-
ки влажного воздуха в цилиндрических вихрях лопаток турбины
идут процессы развала части молекул воды с выделением водоро-
да и энергии. Большая влажность воздуха (40-^95%) и очень низкое
давление (0,01-4),09 ат) вызывают на оси вихря сильную конденса-
цию паров воды и образование большой концентрации кластеров
и капель субмикронных размеров. Кроме того, низкое давление, в
связи с уменьшением после конденсации концентрации паров воды,
приводит к резкому уменьшению релаксационных процессов коле-
бательной энергии, что, в конечном итоге, обеспечивает высокую
эффективность протекания квантово-химических экзотермических
реакций, подробно описанных в предыдущих главах. Вследствие по-
нижения точки росы на оси вихря, образующиеся аэрозоли под дей-
ствием акустических и механических воздействий будут взрываться
с выделением большого количества лучевой и тепловой энергии. Эта
вся энергия, в конечном счете, перейдет в поступательные степени
свободы молекул газов, то есть в тепло, о чем подробно изложено в
гл. 5. Подвод тепла к дозвуковому газовому потоку приведет к уве-
личению тангенциальной скорости и стремлению цилиндрического
вихря расшириться, то есть возникнет реактивное усилие на лопатку
турбины. Таким образом, в данном случае энергия межатомных и
межмолекулярных связей молекул воды напрямую преобразуется в
механическую энергию.
8.1.4.	Двигатели, работающие на паровоздушной смеси
с получением энергии за счет окисления атмосферного
азота

Еще один двигатель описывает в Интернете изобретатель Боло-
тов Б.В. [8.74]. Этот двигатель представляет собой корпус, в кото-
ром расположены два диска с канавками, вращающимися в проти-
воположном направлении друг относительно друга, причем между
ними устанавливается небольшой зазор. При начальной раскрутке
электродвигателем турбокомпрессора и дисков в зазор между ними
засасывается большой расход атмосферного воздуха при низком дав-
лении (0,1 ат) и после выхода на режим электрогенератор начинает
вырабатывать электроэнергию, которой хватает на работу турбоком-
прессора и внешнего потребителя. В этом случае температура газов
в зазоре между дисками достигает 900°С, скорость газа до 500 м/сек,
а заявляемая мощность такого молекулярного двигателя в рекламах -
50-^100 кВт. Изобретатель Болотов Б.В. считает, что в данном случае
азот «сгорает» в кислороде. В предположении, что такой двигатель
действительно может работать, попытаемся понять, как осуществля-
ется процесс «горения».

Из скудных рекламных данных надо обратить внимание, во-
первых, на низкое давление воздуха в зазоре между дисками (76 Тор),
а, во-вторых, очень большое число оборотов двигателя и высокие
(околозвуковые) скорости газа (-500 м/сек). За счет противополож-
ного направления вращения дисков и сил трения в канавках будут
создаваться вихри газа очень большой интенсивности, а поскольку в
атмосферном воздухе всегда присутствуют пары воды, то на первом
этапе начинают идти колебательно-неравновесные химические ре-
акции, описанное в гл. 5, в табл. 5.1, 5.2, 5.4, 5.7, 5.8 и системам
(5.1,5.2,5.7). Поскольку давление газа низкое, то релаксация колеба-
тельной энергии резко снижается, что интенсифицирует химические
реакции, и в больших концентрациях должны нарабатываться О и
О3. Кроме того, благодаря сильному трению много энергии выделя-
ется в виде тепла и повышение температуры до 1200°К существен-
но увеличивает равновесные составляющие скоростных коэффи-
циентов химических реакций. Далее начинает «работать» реакция
Ы2(у)+О=>МО+М, в результате которой образуется атомарный азот,
причем, если для равновесных условий ее скоростной коэффициент
даже для температуры 1000°К составляет Кр=4,2*10'3 см3/сек/ моль
[4.8], то при колебательном возбуждении молекул азота соответ-
ствующем колебательной температуре первого уровня Ту=3354°К
скоростной коэффициент возрастает до величины Ктн = 1,8><109 см3/
сек/моль [5.21].
Запишем основные реакции «горения азота в кислороде»:
1Ч2(у)+О=>1ЧО+1''1+314,6 кДж/моль,
\+02=>М0+0-134 кДж/моль,

ЬЮ+ЬЮ=>21ЧО,-112,6 кДж/моль,	(8.2)

О+О+М=>О,+М-498,4 кДж/моль.

Первые две цепные реакции Зельдовича ответственны за раз-
множение радикалов О и М, и в общем энергетическом балансе все
четыре реакции дают экзотермический эффект 362,4 кДж/моль, то
есть большое тепловыделение. Здесь необходимо помнить, что зна-
чительная часть радикалов О будет образовываться за счет разло-
жения молекул воды, всегда имеющихся в атмосферном воздухе,
по схемам реакций, которые осуществляются в закрученном потоке
воздуха, подробно изложенных в гл. 5. Таким образом, в этом «моле-
кулярном» двигателе происходят обычные химические реакции по
окислению азота кислородом в колебательно неравновесных усло-
виях. Вырабатываемое химическими реакциями внутри вихря тепло
будет подводиться к газу. При дозвуковых скоростях тангенциальная
скорость будет увеличиваться, вихрь будет стремиться расшириться,
возникнут усилия отдачи, приложенных к стенкам канавок в дисках
и, в конечном счете, распределенная сила ко всему диску, что и бу-
дет приводить его во вращение. Необходимо отметить, что с точки
зрения экологического загрязнения воздуха он просто неприемлем в
эксплуатации.

В книгах [8.41, 8.42], описывается достаточно интересное яв-
ление, по терминологии авторов - «автотермия». Приведем здесь
только экспериментальные факты, на которые ссылаются авторы.
В течение последних 2030 лет при настройке двигателей внутрен-
него сгорания гоночных автомобилей на максимальную мощность
используются следующие приемы: обеспечение предельно бедной
топливно-воздушной смеси, регулировка угла зажигания и мощно-
сти искры, установка катализаторов сгорания. На некоторых маши-
нах (автомобили, мотоциклы) иногда, в какой-то момент неожидан-
но увеличивалась мощность двигателя, существенно превышающая
номинальную, что давало преимущество в скорости, а также в более
редких заправках топлива. Эту практику затем инженеры-механики
начали применять для настройки двигателей обычных легковых ав-
томобилей. Например, Чистов А.В. за двадцатилетний период на-
строил на режим повышенной мощности и экономии топлива около
200 автомобилей, при этом экономия топлива составляла от 30 до
70%, но режим этот был крайне нестабильный и быстро пропадал.

Затем изобретатели й умельцы начали настраивать двигатель ав-
томобиля таким образом, чтобы вообще организовать бестопливный
режим горения самого воздуха, который был получен впервые на ав-
томобиле ВАЗ-2106 на холостом ходу и под нагрузкой на основных
режимах:

-	со скоростью движения 60-70 км/час и числом оборотов дви-
гателя 2000-^2500 об/мин;

-	со скоростью более 70 км/час и числом оборотов более 3500
об/мин;

-	на холостом ходу с числом оборотов двигателя 200-^-1500 об/мин.

Для этих режимов расход топлива (бензина) был нулевым, а
воздух перед подачей в блок цилиндров обрабатывался с помощью
следующих селективных воздействий: постоянным магнитным по-
лем, переменными электрическими и электромагнитными полями,
акустическими волнами и различными твердыми катализаторами.
Бензин в двигатель подавался только на время запуска двигателя и в
переходных режимах, причем было отмечено, что при подаче в дви-
гатель бензина режим «горения воздуха» пропадал. Кроме того, обна-
ружено, что если максимальная температура горения паров бензина в
воздухе в цилиндрах двигателя достигает 210СН2300°К, то для авто-
термии характерны температуры 900-Н000°К, а в составе выхлопных
газов обнаружено повышенное содержание паров воды, углерода в
виде мелкодисперсного порошка графита, кислорода и пониженное
- азота и СО,. Нужно отметить еще один факт - зимой на режим авто-
термии автомобиль настраивается значительно хуже, чем летом.

Эти экспериментальные факты очень хорошо описываются
вышеизложенной теорией без привлечения новых «гиперчастиц»,
с помощью которых авторы пытаются объяснить физику процес-
са «горения воздуха». В цилиндре двигателя, куда воздух с парами
и мелкими каплями бензина засасывается через узкое отверстие с
большими скоростями, естественно, возникают сильные местные
турбулентные вихри большой интенсивности, в которых могут воз-
никнуть колебательно-неравновесные процессы разложения моле-
кул воды и углеводородов, выделяющих при разложении водород,
как подробно описано выше. В процессе химических реакций на-
рабатываются элементы О, О3, ОН, Н, и в какой-то момент начинают
идти реакции окисления азота (8.2) с выделением тепла и развалом
молекул углеводородов, и, на последней стадии, сгорания СО, Н2,
углеводородов, что подробно изложено в гл. 5. Необходимо отметить
точное совпадение диапазона температур 900-Ч000°К горения для
режима автотермии в ДВС и колебательно-неравновесных процес-
сов горения СО с разложением паров воды на элементы Н2 и ОН (см.
гл. 5). Эти факты прямо говорят, что при автотермии, действительно,
идут колебательно-неравновесные экзотермические процессы (в со-
вокупности) развала молекул воды, окисления азота, сгорания СО,
Н, и углеводородов. В этом случае в качестве «топлива» использует-
ся атмосферный азот, небольшое количество углеводородов и пары
воды, имеющиеся в атмосфере. При этом если летом при температу-
ре +25°С и относительной влажности 50% влагосодержание состав-
ляет 10 г/кг атмосферного воздуха, или 1% по массе, то зимой воздух
сухой и влагосодержание снижается в 10<-100 раз.

Предварительная обработка атмосферного воздуха, всегда со-
держащего пары воды, электромагнитными полями, акустически-
ми волнами и катализаторами, как подробно изложено в гл. 4,5,6,7,
позволяет получить уже на начальном этапе колебательно возбуж-
денные молекулы Н,О, О,, 14 а также радикалы О, ОН, О, и суще-
ственно интенсифицировать процессы колебательно-неравновесных
химических реакций в турбулентных вихрях в цилиндре двигателя.

8.1.5.	Устройства для интенсификации горения
углеводородных топлив в воздухе

Существует ряд экспериментальных данных по воздействию
электрических, постоянных магнитных или импульсных электро-
магнитных полей на химические процессы горения углеводородных
топлив в воздухе в присутствии паров воды, приводящих к суще-
ственным улучшениям их характеристик, которые можно использо-
вать на практике с получением большого экономического эффекта с
одновременным улучшением экологии окружающей среды.

Так, в патентах и рекламе авторов [7.4] говорится об экспери-
ментальных данных по воздействию импульсного электромагнит-
ного излучения на различные вещества. Как говорят сами авторы -
магнитоакустическое воздействие на топливный газ и воздух перед
камерой сгорания газовой турбины дает экономию топлива 9,6%,
в печах ТЭЦ при облучении газа и пара - экономия 8+12%, на то-
пливных станциях облучение камер сгорания и форсунок - эконо-
мию 4+5%. Обработка бензина дает экономию 3+4%, уменьшение
вредных веществ в выхлопных газах - на 20+25%. Интенсивность
облучения, как пишут авторы, очень малая - на грани чувствитель-
ности измерения приборов, напряженность магнитных полей не бо-
лее 2* 10'5 А/м, частота излучения около 2 МГц, электрическая мощ-
ность оборудования не более 60 Вт, вес - 2 кг.

В данном случае при облучении смеси реагирующих газов,
воздуха, паров воды, газообразного топлива импульсным электро-
магнитным полем и создаваемым им акустическими колебаниями
газа, а главное, слабой переменной составляющей магнитного поля,
в зависимости от исходных концентраций О2, 14 , Н,0 происходит
прямое постоянное возбуждение колебательных степеней свободы
молекул воды и других газов, а далее начинают идти колебательно-
неравновесные процессы, существенно ускоряющие химические
реакции. Частота воздействующего излучения в 2 МГц кратна соб-
ственной резонансной частоте жидкой воды 1 МГц (см. табл. 3.18),
вследствие чего и достигается такой эффект. При этом значитель-
но ускоряются скорости всех реакций горения, улучшается полнота
сгорания топлива и выделяется дополнительная тепловая энергия за
счет частичного разложения молекул воды на Н2 и О, с последую-
щим дожиганием водорода в атмосферном кислороде.

Существует еще одно, экспериментально обнаруженное, воз-
действие высоковольтного электромагнитного излучения (ЭМИ) на
пламя горелки, которое может найти широкое практическое при-
менение, требующее пояснений. Воздействие переменного высоко-
вольтного ЭМИ на пламя спиртовой горелки исследовал еще Фарадей
[8.6]. Эксперимент заключался в том, что выше пламени горелки на
допробойном расстоянии устанавливался один электрод из огнеупор-
ного материала, а второй внизу в районе начала факела. При подаче
переменного ЭМИ напряжением ~30 кВ пламя горелки из слабого
коптящего преобразуется в очень яркое с существенно большим те-
пловыделением. Подобные эксперименты неоднократно делал автор
работы [8.40], о чем он подробно доложил на форуме в Интернете
[8.43]. Такой эксперимент повторил Аверкиев В.П., и вот что он про-
демонстрировал автору данной книги. Использовалась обычная керо-
синовая горелка с фитилем (настольная лампа), в корпус которой за-
ливалось соляровое масло, один электрод устанавливался снаружи на
уровне среза фитиля (там, где начинается пламя), а второй из графита
устанавливался над пламенем горелки на допробойном расстоянии
(2-^-3 см выше «хвоста» пламени). В обычных условиях пламя такой
горелки слабое и сильно коптит, но когда к электродам приложили пе-
ременное однополярное электрическое напряжение ~30 кВ с частотой
~16 кГц, пламя превратилось в ослепительно яркое и чистое, причем
сила света была такая же, как при электросварке. Пламя стягивается в
жгут диаметром 4-5-5 мм и появляется звук - гудение, как при газовой
сварке. Температура пламени была настолько высокая, что при вне-
сении в него стального предмета он плавился. Наклоном электродов
относительно пламени им можно управлять, изменяя его направление
и интенсивность вплоть до тушения. Характеристики пламени визу-
ально не изменились, когда вместо чистого солярового масла исполь-
зовали его смесь с водой (эмульсию) в соотношении 1:1.

Физика этого явления заключается в следующем: в продуктах
сгорания углеводородного топлива в воздухе обычно содержится
большое количество паров и аэрозолей воды (до 13%). Если воз-
действовать на эти пары и аэрозоли переменным ЭМИ с частотой
равной или кратной резонансным частотам поглощения воды (см.
табл. 3.18) (в данном эксперименте частота 16 кГц кратна величине
резонансной частоте 4,25 кГц примерно в 4 раза), то будет проис-
ходить интенсивная накачка молекул Н,0 колебательной энергией.
При этом принципиально важным является тот факт, что образуется
большая концентрация свободных электронов (экспериментально
подтверждается управлением наклона пламени), а это, в свою оче-
редь, делает ненужной высоко эндотермичную реакцию №2 из табл.
4.2. В таком случае сильно интенсифицируется реакции развала
молекул воды с образованием продуктов ОН и Н2 в парах и класте-
рах воды (табл. 4.2, 5.1, 5.2), причем наиболее полно используют-
ся все радикалы Н. С другой стороны, полностью сгорают СО, С и
все остаточные углеводороды, а, кроме того, дополнительно сгора-
ет водород в атмосферном кислороде, полученный из паров воды и
имеющий наибольшую теплотворную способность. Поэтому, когда
используется смесь солярового масла с водой, то увеличивается кон-
центрация паров воды в пламени, что ведет к росту концентрации и
молекулярного водорода.

На основании научного материала, изложенного в гл. 4, 5, 6, 7 и
посвященного селективным воздействиям на жидкую воду, раство-
ры, электролиты, водонефтяные эмульсии и жидкие углеводородные
топлива, можно предположить возможность создания активаторов
жидких углеводородных топлив (бензин, керосин, соляровое масло),
работающих на принципе воздействия слабых и очень слабых КВЧ
излучений, которые существуют в окружающем пространстве. Такое
устройство создал и уже успешно реализует в течение почти десяти
лет при эксплуатации различных двигателей внутреннего сгораний,
использующих в качестве топлива бензин и соляровое масло, изо-
бретатель Аванесян В.П. (Россия). Описания применения такого
устройства и результаты испытаний приведены в статьях [8.68-^8.71].
Устройство включает в себя пластмассовый корпус с крышкой, в ко-
торый вставляется проволочная антенна, включающая четыре спи-
ральных элемента, и засыпается порошок, состоящий из кристаллов
алюмосиликатных и кремнийсодержащих горных пород, вся кон-
струкция закрепляется эпоксидной смолой (рис. 8.6). Антенна изго-
тавливается из медной проволоки диаметром 0,6-Ю,8 мм, подвергну-
той специальной обработке и меняющей кристаллическую структуру
металла таким образом, чтобы уменьшить ее волновое и омическое
сопротивление. Многолетние испытания различного класса двига-
телей внутреннего сгорания показали следующие результаты. Уста-
новка этого устройства на бензиновый бак, топливный фильтр или
вблизи других узлов двигателя уже через полчаса эксплуатации
дает следующие параметры: резко уменьшается содержание СО
в выхлопных газах (падает, например, с 3,2% до 0,1%); звук рабо-
тающего двигателя становится
глуше; мощность возрастает
не менее чем на 30%; пример-
но на столько же уменьшается
расход топлива на 100 км про-
бега автомобиля; значительно
сокращается расход масла. Не-
однократные проверки работы
ДВИГателеЙ на стендах показа- Рис. 8.6. Активатор жидкого углеводородно-
ЛИ очень значительное увели- го топлива (внешний вид и антенна).
чение (в два-три раза) ресурса эксплуатации узлов двигателя, в кото-
рых имеются вращающиеся и трущиеся детали. При исследовании
под микроскопом поверхностей различных трущихся частей деталей
обнаружили, что они становятся зеркально гладкими, исчезают за-
диры, царапины, ласины. Приведем еще один необычный факт: Ава-
несян В.П., используя в своем автомобиле активаторы углеводород-
ного топлива, уже два года ездит на нем без применения моторного
масла, причем температура нагрева металлических частей двигателя
не превышает 70°С. Автор настоящей книги, получив в подарок от
Аванесяна В.П. такой элемент, проверил независимо его действие
на трех автомашинах (жигули и волга) - полученные результаты их
эксплуатации были даже лучше, чем описанные выше.

Физика воздействия такого устройства на жидкие углеводород-
ные топлива совершенно аналогична описанным изделиям в гл. 7
и применяемым для активации воды. Спиральные проволочные ан-
тенны устройства позволяют принимать КВЧ излучение миллиме-
трового диапазона длин волн с любого направления, которое всегда
имеется в окружающем нас пространстве. Это излучение, резонанс-
но поглощаясь (см. табл. 3.2), воздействует на гидратированные мо-
лекулы воды в кристаллах минералов и переводит их в колебательно
возбужденное состояние заданного аттрактора с соответствующим
набором резонансных частот. Возбужденные молекулы Н2О излу-
чают кванты света, которые поглощаются молекулами воды, нахо-
дящимися в жидком углеводородном топливе и маслах двигателя
внутреннего сгорания, переводя их в тот же аттрактор колебательно-
неравновесного состояния. В воде, находящейся в углеводородном
топливе или в масле в виде капель и гидратных соединений, начина-
ют идти квантово-механические и колебательно-неравновесные цеп-
ные химические реакции (3.25+3.27), табл. 4.2, рис. 4.2 и нарабаты-
ваются элементы ОН, О, Н, Н2О2, О2, Н2, О?, ОН-, Н . е- и т.д. Кроме
того, за счет переизлучений между молекулами воды уже в топливе
начинают колебательно возбуждаться углеводородные молекулы. Все
это в совокупности приводит к значительному уменьшению актива-
ционных барьеров химических реакций разложения сложных угле-
водородов на более простые и сгорания их в цилиндро-поршневом
узле, благодаря чему увеличивается мощность двигателя и уменьша-
ется расход горючего. Наличие колебательно возбужденных молекул
реагентов, вступающих в реакции, а также таких элементов как О,
ОН, Н, О3, Н,, снижает требуемую температуру горения и обеспечи-
вает высокую полноту сгорания топлива. Это, в свою очередь, созда-
ет условия снижения СО и окислов азота в выхлопных газах.

Факт резкого уменьшения трения трущихся деталей автомобиль-
ного двигателя, вследствие чего отпадает необходимость использова-
ния моторного масла, можно объяснить следующим образом. В лю-
бом моторном масле присутствует вода либо в виде изолированных
капель, либо гидратированная. Под воздействием излучения от акти-
ватора в ней начинают идти процессы по разложению на элементы
О, Н, ОН, е_, ОН , Н\ Н, (см. табл. 4.2). Атомы водорода Н и протона
Н+ легко проникают в кристаллическую структуру трущихся поверх-
ностей металлов и происходит «наводораживание» поверхностного
слоя глубиной несколько сотен ангстрем. Твердость и прочность это-
го слоя существенно возрастает, благодаря чему трущиеся поверхно-
сти деталей притираются, шлифуются и полируются. Одновременно
с этим улучшается кристаллическая структура поверхностного слоя
металла, уменьшается число дислокаций, увеличивается прочность.

В качестве прямого доказательства вышеизложенного механизма
воздействия активатора топлива приведем результаты эксперимента
по прямому влиянию его на поверочную газовую смесь (ПГС), исполь-
зуемую в стандартной методике проверки автомобильных газоанали-
заторов (ГОСТ 17.22.03-87). При воздействии активатора на объем
смеси ПГС в 12 литров с исходной концентрацией газов: СО - 1,5%;
О2 - 0,7%; 14, - 97,8% в течении трех суток концентрация СО умень-
шалась до 1,2%, а кислорода увеличилась до 10,7%. Этот опытный
факт можно объяснить только разложением аэрозольной и пленочной
воды, находящейся на стенках сосуда, на водород и кислород.

8.2. Устройства и машины, работающие на основе
неравновесных процессов в жидкой воде

8.2.1.	Устройства электролиза воды с использованием
селективных внешних воздействий малой мощности

В четвертой главе настоящей книги приведены эксперименталь-
ные данные по электролизу воды с использованием в качестве ма-
териала электродов палладия или титана, полученные различными
авторами [2.45,2.46,4.46,4.49-5-4.51]. В этих устройствах при низких
токах (десятки или сотни миллиампер) и напряжении в несколько
вольт в электролите выделяющееся тепло превышало подведен-
ную электроэнергию к электродам в 1,7-5-4 раза. При этом «лишняя»
энергия черпалась за счет межмолекулярных и межатомных связей
молекул воды. Физико-химические процессы, происходящие при та-
ком электролизе и позволяющие получить «лишнее» тепло, подроб-
но описаны в гл. 4, 6. На основании этих теоретических и опытных
данных можно создать устройства по
получению водорода и тепла промыш-
ленного применения.

Опишем устройство высокоча-
стотного электролиза воды, созданного
и запатентованного Стенли Мейером
(США), названного им водяной то-
пливной ячейкой. Патенты на такую
ячейку, ввиду их большой важности,
были засекречены в США не менее 20
лет [8.7]. Конструктивно водяная ячей-
ка (рис. 8.7) представляла собой сосуд
с обыкновенной водопроводной водой.
В сосуде установлены два электрода,
выполненные из нержавеющей стали
Т-304 (по классификации, принятой в
США) в виде параллельных пластин, _ _, „ . ...	„,,

либо коаксиально расположенных тру-
бок. В качестве примера в одном из патентов приведены конкретные
размеры и размещение коаксиальных электродов: трубки длиной
—100 мм, внешний диаметр внутренней трубки 19 мм, зазор между
наружной поверхностью внутренней трубки и внутренней поверх-
ностью наружной трубки 1,5 мм. На эти электроды подавалось пере-
менное однополярное напряжение электрического тока от генератора
импульсного напряжения, электрическая схема которого приведена
в патенте [8.7]. Электрическое напряжение формировалось цугами
из четырех-пяти импульсов в каждом и интервалами нулевого напря-
жения между ними, при этом предпринимались очень тщательные
усилия по ликвидации утечки электронов с электродов. Отметим
здесь также совпадение требования однополярности переменного
напряжения с соответствующим в эксперименте с газовой горелкой.

Результаты экспериментов, проведенных в присутствии неза-
висимых экспертов, дали следующие результаты. Устройство раз-
лагало обыкновенную воду на водород и кислород при среднем
потреблении электрического тока, измеряемого миллиамперами. За-
фиксированный выход газов был достаточным, чтобы показать сго-
рание водорода в кислороде и это пламя мгновенно плавило сталь.
По сравнению с сильноточным электролизом воды отсутствовало
нагревание ячейки, электроды генерировали водород и кислород при
средней силе тока в десятые и сотые доли ампера. Выход смеси газов
увеличивался, когда электроды (плоские) сдвигались более близко,
и уменьшался в случае возрастания расстояния между ними, а раз-
ность потенциалов в импульсе не превышала -10 кВ. Электроды по-
сле 20 мин работы и достаточно большом расходе выходящих газов
оставались холодными, а вода в ячейке исчезала очень быстро, пере-
ходя в газы, аэрозоли и состояла из большого количества пузырьков,
покрывающих внутренние поверхности ячейки. Автор отмечает в
патенте, что процесс электролиза ускоряется, если воду облучать ла-
зерным излучением. Из описаний автором в патентах следует обра-
тить внимание на следующие факты: предпринимались тщательные
усилия по ограничению силы тока импульсного напряжения, чтобы
после его воздействия дать возможность воде перейти из двухфазной
смеси аэрозолей в исходное, жидкое состояние. Эксперты также от-
метили факт: если ток электролиза составляет всего десятки - сотни
миллиампер, то зачем в электрической схеме электропитания стоит
импульсный диод 1141198, рассчитанный на 40 А и 600 В?

Не будем здесь обсуждать объяснений физики явлений, проис-
ходящих в этой электролизной ячейке, приведенных автором в патен-
тах, которые эксперты назвали псевдонаучным жаргоном. Эти экс-
периментальные данные очень интересны и прекрасно описываются
вышеизложенной теорией химических реакций, протекающих в жид-
кой воде. Отметим следующее: максимальная напряженность прило-
женного к воде электрического поля не превышала 105 В/см, которая
не может обеспечить даже диссоциацию молекул воды на радикалы
ОН и Н (см. гл. 2 и табл. 2.6, 2.7). В описаниях патентов автор пишет,
что основная частота импульсного напряжения разности потенциа-
лов, прикладываемых к электродам, соответствует половине длины
волны ЭМИ равной расстоянию между ними, то есть Х=3 мм и (=90
ГГц. Кроме того, благодаря анализам электронных схем электропита-
ния ячейки специалисты-электронщики определили, что базовые ча-
стоты пакетов импульсов высоковольтного напряжения находились
в диапазоне 5-И 5 Гц [8.44]. Тогда второй диапазон модулирующих
частот (нужно умножить на 4-^5) составлял - 20-^75 Гц.

Если теперь сравним эти диапазоны частот с резонансными ча-
стотами поглощения жидкой воды (табл. 3.2, 3.18), то основная ча-
стота 1=90 ГГц близка к Гр=95 ГГц, а для частот пакетов импульсов (с
учетом возможной ошибки точных значений частот, которые были у
автора изобретения [8.7]) имеем в этих диапазонах Гр=4,5; 9,1; 22,5;
25; 86 Гц. Очень важно, что основная частота, которая использова-
лась в устройстве, находится в КВЧ диапазоне, а модулирующая 4,5
Гц кратна частоте 22,5 Гц ровно числом пять. Неясно, знал ли автор
патентов [8.7] о существовании этих резонансных частот, но в дан-
ном случае происходило резонансное поглощение ЭМИ в жидкой
воде, при этом на молекулы Н,0 воздействовала, в основном, пере-
менная магнитная составляющая ЭМИ поля в стоячей волне между
электродами. То есть в условиях минимального рассеяния ЭМИ в
жидкости интенсифицировались процессы накачки колебательной
энергии молекул воды по квантовым реакциям (3.25-^3.27), а затем
ускорялись цепные химические реакции рис. 4.2.

Дальше возникает вопрос: почему автор для электролиза вообще
использовал импульсное высоковольтное напряжение до 10 кВ, а не
постоянное? На этот вопрос дает ответ эксперимент, проведенный
еще Н. Тесла - он заменил электропитание рентгеновской трубки по-
стоянным током на переменное высоковольтное короткими импуль-
сами, что снизило время экспозиции фотоснимков. Но это означает,
что ток эмиссии электронов из материала (металла) катода суще-
ственно увеличился. Поэтому, когда электролиз воды осуществля-
ется с помощью переменного высоковольтного электропитания, то,
благодаря увеличению эмиссии выхода свободных электронов с по-
верхности металлических электродов, вода насыщается ими в боль-
ших концентрациях. Нужно также отметить, что, благодаря специ-
ально предпринятым мерам в электрической схеме электропитания
электродов, были сведены к минимуму утечки электронов в ней. Все
эти меры в совокупности приводили к сильному насыщению жидкой
воды свободными электронами, а это существенно уменьшало сум-
марный активационный барьер реакции №2 (табл. 4.2) и обеспечи-
вало образование, в конечном счете, газообразных молекул водорода
и кислорода, причем этот процесс происходил явно лавинообразно,
взрывным способам. Кроме того, за счет интенсивной накачки моле-
кул воды колебательной энергией резко ускоряется реакция №2 (табл.
4.2) по наработке свободных электронов в жидкости, что вызывало
большое увеличение проводимости воды и, как следствие - образова-
ние тока короткого замыкания в электрической цепи электропитания.
Поэтому в электрической цепи и стоял диод, рассчитанный на боль-
шой ток, и это явление наблюдалось в эксперименте (об этом пишет
и сам автор изобретения). При облучении жидкой воды лазерным из-
лучением происходила прямая накачка молекул Н2О квантами коле-
бательной энергии, что усиливало все вышеизложенные процессы.

Еще одно устройство по разложению воды на водород и кислород
описано в патенте [8.78], схема конструкции которого показана на рис.
8.8. Конструкция устройства (рис. 8.8) включает в себя: цилиндриче-
Рис. && Схема устройства по разложению воды
на водород и кислород: / - злектрод; 2 - цилиндр
из пористого керамического материала; 3 - вто-
рой пектрод; 4 - метопический корпус; 5 - ре-
бра охлаждения; 6 - подача воды [8.75].

ский металлический корпус (4)
с ребрами воздушного охлаж-
дения (5); металлическую труб-
ку (3), по которой подается вода
(6), являющуюся одновременно
одним из электродов; цилиндр
(2), выполненный из пористого
керамического стекловидного
материала, разделяющего два
электрода.

Устройство работает сле-
дующим образом: вода подает-
ся через трубку (3) и заполняет
в верхней части корпуса (4) по-
лости между электродами. За-
тем на электроды прикладыва-
ется однополярное переменное
напряжение с основной базо-
вой частотой, которая менялась
в процессе поиска оптимально-
го режима в диапазоне от 20 до
200 Гц. Амплитуда этого пере-
менного напряжения модули-
ровалась несущей частотой в
диапазоне от 200 Гц до 105 Гц,
при этом его величина изменя-

лась в диапазоне 0+250 В, а сила тока от нуля до 25 мА. В основном
режиме работы устройства модулирующая частота менялась в диа-
пазоне от 59748 Гц до 66221 Гц со средней величиной 62985 Гц, но
кроме этого, исследовались варианты с основной модулирующей ча-
стотой 3980 Гц и гармониками более высокого порядка: 7960, 15920,
31840,63690 Гц. Нужно также отметить, что вода подавалась импуль-
сно с интервалами через три секунды и по данным описания патента
эффективность разложения воды достигала 80+100%.

В данном устройстве используется тот же принцип воздействия
на жидкую воду однополярным переменным напряжением с высо-
кочастотной модуляцией, как и в ячейке Стенли Мейера [8.7], только
с широким поиском оптимальных резонансных частот, характерных
для жидкой воды. Здесь необходимо отметить, что в диапазон основ-
ной базовой частоты, используемого в устройстве, входят собствен-
ные резонансные частоты воды: 22,5; 25; 86; 156,4 Гц, а модулирую-
щие частоты близки или кратны собственным частотам воды: 2х 103;
2,5хЮ3; 4,25хЮ3; 2хЮ4; ЗхЮ4 Гц (см. табл. 3.18).
Разложение воды на водород и кислород можно осуществлять
и без электролиза, а с помощью интенсивной закрутки электроли-
та, что было сделано и описано в патентах и работе [8.8-^8.10], об

11 1 2 3 45 7 6 8 9 10

Рис. 8.9. Схема водородного генератора: 1 -
корпус (металлический): 2 - диски (диэлектри-
ческие): 3 - ваз; 4 - электролит: 5 - газопаро-
вая полость; 6 - отбор газов О. и 7 - подача
электролита: 8- канаты отбора газов; 9 - элек-
трический ток; 10 - втулки подачи электроли-
та; 11 - выход электролита [8.8+8.10].

этом также много написано в
Интернете [8.46]. Устройство
(рис. 8.9) включает в себя ци-
линдрический корпус (1) с
диэлектрическими дисками (2)
через стенки которых проходит
вал (3), установленный на под-
шипниках и приводимый во
вращение электродвигателем.
В валу ротора имеются два ка-
нала, через один из которых по-
дается электролит (7), а через
второй (8) выводится смесь
газов водорода и кислорода с
парами воды. На валу рото-
ра установлены втулки (10) с
внутренними каналами, через
которые осуществляется ввод
электролита и вывод газов.
Электрическая цепь замыкает-
ся через корпус - электролит -

вал ротора - токосъемник - внешняя электрическая нагрузка (либо
соединение накоротко) - корпус. Внешний вид модельных устано-
вок показан на рис. 8.10.

Работает устройство таким образом: в корпус заливается водный
раствор электролита, например, НВгО3 или Н2$О4, и ротор раскручи-
вается до 7500^40000 об/мин. При этом через электрическую цепь на-
чинает течь ток, а вблизи осевого вала скапливается смесь газов и пара
(О2, Н,, Н,О). По мере работы устройства смесь газов выводится через
один канал в валу ротора, а через другой подается вода или электро-
лит. В процессе электроли-
за происходит охлаждение
электролита, поэтому в состав
оборудования включен тепло-
обменник для подогрева пода-
ваемой в него воды (электро-
лита). Модельная установка
(рис. 8.10) имела параметры:

Рис. 8.10. Фотография .модельных установок по рДДИуС внутренней ПОЛОСТИ
разложению воды на водород и кислород [8.10]. корпуса — 73 ММ, радиус ЭЛСК-
трода ротора - 43,5 мм, высота внутренней полости - 80 мм, объем
заливаемого электролита - 750 см’, температура электролита 30-60’С,
скорость вращения ротора - 6800^-8000 об/мин [8.10]. Согласно экс-
периментальным данным при общем расходе парогазовой смеси 720
л/час в такой установке выход водорода составил 2Н25 л/час.

Попытаемся объяснить происходящие физико-химические про-
цессы в таком устройстве на основе материала, изложенного в гл. 4,
6, 7. Чтобы разложить воду на водород и кислород с большой произ-
водительностью необходимо согласно списка экзотермических (рис.
4.2) и эндотермических реакций (рис. 4.3) обеспечить в ней: а) ин-
тенсивную накачку молекул Н2О колебательной энергией; б) высо-
кую концентрацию радикала Н и иона Н+, в) высокую концентрацию
свободных электронов. Первые два требования обеспечиваются в
таком устройстве за счет очень высоких скоростей раскрутки водно-
го раствора электролита. В этом случае происходит колебательная
накачка молекул Н2О за счет вращения столба воды, интенсивных
кавитационных явлений и сильных звуковых воздействий, которые
всегда присутствуют в подобных машинах. Далее, благодаря коле-
бательному возбуждению молекул Н,О, происходит разрушение
гидратных оболочек ионов и за счет действия центробежных сил
тяжелые отрицательные ионы (8О42 ) отбрасываются к периферии
вращающегося столба жидкости, а легкие (Н’,Н,О ) выжимаются
к оси, вернее в пленку газовой полости, окружающей центральный
вал. Между центральным валом и цилиндрическим корпусом соз-
дается разность потенциалов и, если замкнуть электрическую цепь,
то потечет ток, в раствор электролита будут стекать электроны, что
обеспечит выполнение третьего условия. В такой ситуации начнут
интенсивно идти экзотермические реакции с выделением тепла и
образованием молекулярного водорода (рис. 4.2), но одновременно
будут происходить и эндотермические реакции с поглощением тепла
и выделением молекулярного кислорода (рис. 4.3). Поэтому общий
баланс тепловой энергии может быть и отрицательным, что и на-
блюдается в эксперименте и связано это с большими ее затратами на
разрушение гидратных оболочек ионов.

Здесь нужно подчеркнуть принципиальное отличие в объяснени-
ях разделения зарядов во вращающемся столбе электролита авторов
работ [8.8-^8.10] и данной книге. Авторы работ [8.8^-8.10] считают
само собой разумеющимся такое разделение, но надо помнить, что
в водных растворах электролитов все ионы, особенно двухзарядные,
сильно гидратированы, то есть их масса увеличивается на массу
десяти-двадцати молекул воды (первая и вторая гидратные оболоч-
ки). Вследствие этого массы положительно и отрицательно заряжен-
ных комплексов будут мало отличаться друг от друга, и разделить их
механически невозможно. Принципиально важно в этом случае до-
статочно сильно колебательно возбудить молекулы Н2О, что позволит
разрушить гидратные оболочки ионов, поэтому расход выходящего
из устройства водорода очень сильно зависит от скорости вращения
ротора. Необходимо сказать, что хотя это изобретение известно дав-
но, но на его основе до сих пор не сделано нормально работающей
установки с экономически выгодным выходом водорода. Это связано
с большими техническими трудностями создания высокооборотных
машин большой надежности, опасностью взрыва гремучей смеси га-
зов О, и Н,, а также другими техническими проблемами.

8.2.2.	Использование в двигателях внутреннего сгорания
и в других устройствах в качестве топлива воды

В газетной статье [8.11] рассказывается, что изобретатель Пра-
солов П. сконструировал приставку к двигателю внутреннего сго-
рания, для использования в качестве топлива вместо бензина воды,
и этот двигатель применялся в качестве генератора электрической
энергии. Кроме того, изобретатель аналогичным образом переделал
двигатели на нескольких автомобилях и ездил на них. Из конкретных
технических фактов, приведенных в этой статье, можно отметить
следующие. Вода обрабатывалась СВЧ излучением, в результате чего
происходило ее интенсивное разложение на водород и кислород, и
эта смесь подавалась непосредственно в блок цилиндров двигателя.
Устройство оказалась, как говорит сам автор, пока несовершенным,
работает только «в руках» у автора, а у других водителей двигатель
часто глохнет, вода попадает в систему со смазочным маслом, быстро
выходит из строя поршневой узел, необходимо использовать только
чистую воду, желательно дистиллированную, поскольку забивается
топливная система. Зимой, чтобы не замерзала вода, изобретатель
добавлял в нее гидроксид натрия.

Эти экспериментальные данные можно прокомментировать
следующим образом. Главное в этом устройстве - автору удалось
подобрать резонансную частоту СВЧ, возможно одну из указанных
в табл. 3.18 и мощность воздействия на жидкую воду, при которых
начинают интенсивно идти цепные реакции водородного и кисло-
родного типа рис. 4.2 и 4.3. При этом энергия селективного воздей-
ствия оказывается существенно (на порядки) меньше, чем энергия
связей молекулы Н,О. «Капризность» системы связана, во-первых, с
настройкой частоты на строгий резонанс в зависимости от свойств
используемой воды, а, во-вторых, точно должна быть подобрана ин-
тенсивность или мощность воздействующего излучения.
Процесс разложения воды явно зависит от ее чистоты и содер-
жащихся в ней солей, и использование автором изобретения [8.11]
дистиллированной воды не является оптимальным. Быстрый износ
поршневого узла двигателя внутреннего сгорания, работающего на
этом водородном топливе, связан с высокими температурами горе-
ния смеси газов, присутствием в них озона и атомарного кислорода
(см. реакции табл. 4.2). Кроме того, присутствие в смеси водорода
может приводить к «наводораживанию» поверхностного слоя метал-
лов конструкции поршневого узла, его охрупчиванию с последую-
щим выходом из строя. Здесь необходимо отметить, что при разло-
жении воды на водород и кислород состав смеси этих газов близок
к стехиометрическому соотношению, что важно для процессов горе-
ния, но вопрос этот не тривиальный, и поскольку в камеру сгорания
смесь О, и Н2 подается вместе с парами и мелкими каплями воды, то
требуется дополнительное исследование таких систем.

В статье [6.1] описываются несколько вариантов конструкции
автомобиля, сделанного разными изобретателями в США, работаю-
щего на топливной смеси из 7% бензина и 93% воды, причем отмеча-
ется, что двигатель автомобиля в процессе эксплуатации не ржавеет.
Все изобретатели не разглашают своих ноу-хау по селективному воз-
действию на воду, переводящих ее в состояние, когда начинают идти
процессы по развалу молекул Н2О на водород и кислород, но физика
и химия явлений происходит совершенно аналогично вышеописан-
ному, а небольшое количество бензина требуется для запуска двига-
теля и, возможно, при «перегазовках». Эффект отсутствия ржавчины
на деталях автомобиля связан с тем, что происходит наводоражива-
ние поверхностей, соприкасающихся с активированной водой и вос-
становлением окислов железа до чистого металла.

В Интернете [8.47] приводится информация о том, что пермский
изобретатель Бакаев А.Г. изобрел и изготавливает приставку (около
5000 экземпляров), которой оснащено более 3000 автомобилей, по-
зволяющей вместо бензина использовать обычную водопроводную
воду. Из скупой информации об этом устройстве известно, что в кон-
струкции используются два постоянных магнита и в нем достигается
давление среды до 300 ат, а при добавлении в воду незначительного
количества мочевины (карбамида) эффективность работы пристав-
ки увеличивается. По другой информации для разложения воды на
водород и кислород используются какие-то кристаллы. Отмечено
также, что карбюратор и система зажигания с двигателя внутрен-
него сгорания снимаются. В бак автомобиля заливается всего 20 л
дистиллированной воды, которой хватает на целое лето интенсивной
езды... Бакаев А.Г. давал возможность на своем автомобиле марки
«Жигули», на котором была смонтирована приставка, ездить другим
людям. Отмечают следующие особенности - машина срывается с
ходу, не требуется разогрева двигателя, при движении обгоняет бо-
лее мощные автомобили.

Эти данные можно прокомментировать следующим образом.
Устройство работает на принципе воздействия магнитного поля на
жидкую воду (переменную составляющую можно создать путем дви-
жения жидкости по спиральным каналам) импульсно. По-видимому,
имеется отдельная камера с двумя автоматическими клапанами: вна-
чале открывается один клапан и в нее поступает порция воды, за-
тем он закрывается и на воду воздействует переменное магнитное
поле с заданной резонансной частотой. Далее происходит процесс
разложения воды на водород и кислород, причем он осуществляется
лавинообразно взрывным способом, и в камере создается высокое
давление смеси газов: Н2, О2, О, Н, ОН, О3, Н2О. Потом открывается
второй автоматический клапан, и эта гремучая смесь газов поступа-
ет в камеры сгорания поршневой группы двигателя, где происходит
самовозгорание водорода до образования паров воды и далее цикл
повторяется. Добавление мочевины в воду позволяет ускорить про-
цесс развала молекул Н2О на водород и кислород за счет увеличения
концентраций радикалов ОН и Н. Физико-химические процессы,
происходящие с водой в этом устройстве, полностью описываются
вышеизложенной теорией, и нужно отметить, что взрывной способ
разложения воды хорошо согласуется с экспериментальными данны-
ми Стенли Мейера водной топливной ячейки.

Авторы изобретения [8.72] создали струйно-кавитационный
инжектор для смешения дизельного топлива и бензина с водой и
применили его в эксплуатации двигетелей внутреннего сгорания
автомобилей. Общее количество впрыскиваемой воды составило до
20-25%, при этом повышается октановое число топлива, улучшается
его фракционный состав, повышается детонационная стойкость то-
плива, увеличивается мощность двигателя. Появляется возможность
использования низкооктновых сортов топлива (вместо бензина АИ-
92 можно использовать бензин А-80 при расходе воды 15*20%).
Кроме того, в выхлопных газах концентрация вредных компонентов
снижалась в 1,5 раза. Все эти свойства появляются за счет сильных
процессов образования и взрыва аэрозолей, а также кавитации в
струе жидкости, создаваемой инжектором.

Еще одно устройство, изготовленное в 1971 г. в США, описывает
автор статьи [6.1]. Конструкция состояла из двух герметичных ящи-
ков кубической формы, размещенных друг против друга. Внутри
каждого ящика имелись полые сферы, сделанные из каталитическо-
го материала (вероятно полупроницаемая мембрана с присутствием
металлов Рб и Т1, примечание автора данной книги), вода циркули-
ровала между ящиками снаружи сфер, причем на поверхности одной
из сфер выделялся водород, поступающий в нее, а вторая обеспечи-
вала выделение кислорода, который также подавался внутрь своей
сферы. Автор пишет, что водная среда в первом ящике, где выра-
батывался водород, была щелочной, а во втором - кислотная. Ког-
да воды из обоих ящиков смешивались, то образовывалась обычная
вода с нейтральной степенью кислотности. Водород и кислород из
сфер по трубкам поступали на горелку и сжигались. Устройство ста-
бильно работало длительное время и в данном случае здесь напря-
мую используется вода в качестве топлива, где в стехиометрическом
отношении имеются горючее и окислитель.

В этом изобретении применена очень оригинальная схема раз-
дельного получения водорода и кислорода при разложении воды.
В первой емкости с выделением водорода за счет каталитического
воздействия материала вода переводится в устойчивое состояние ко-
лебательного возбуждения и протекания экзотермических реакций
водородного типа (рис. 4.2) с получением колебательной энергии и
запасанием ее на колебательных уровнях остальных молекул Н,0
(нижняя область (3) состояния воды на рис. 4.4). Эта энергия и под-
держивает постоянно происходящие подобные процессы, то есть
здесь работает система с устойчивой положительной обратной свя-
зью. Во втором ящике этого устройства ситуация совершенно дру-
гая: даже при наличии катализатора независимо эндотермические
цепные реакции кислородного типа (рис. 4.3) не пойдут, посколь-
ку требуется подвод энергии извне (верхняя область (1) состояния
воды на рис. 4.4). Поэтому и осуществляется смешение воды из пер-
вой емкости с водой во втором ящике, в этом случае колебательно
возбужденные молекулы Н,О, прошедшие цикл водородоподобных
реакций, с помощью, в основном, излучения отдают свою энергию
другим молекулам воды, и для колебательно возбужденных реаген-
тов начинают идти эндотермические реакции кислородного типа
рис. 4.3 с выделением О,.

На принципе микровзрывов воды под действием высоковольтно-
го электрического разряда были созданы и запатентованы двигатели
с получением механической энергии. Так, в авторском свидетельстве
[8.12] вода вспрыскивается в камеру сгорания, к ней подводится вы-
соковольтный разряд, она взрывается и далее газовая - паровая - во-
дяная смесь подается на лопатки турбины. В патенте [8.13] примерно
также сделано, как в предыдущем изобретении, только разряд в воде
делается несколько ранее перед подачей рабочей смеси на лопатки
турбины. Аналогично работает двигатель по авторскому свидетель-
ству №1796776, созданному в КБ «Салют». В этом устройстве на ста-
торе сделаны выемки с тангенциальным выходом к ротору, в которых
расположены разрядные электроды, кроме того, электроды размеще-
ны также по ободу ротора, а между ротором и статором находится
вода. При последовательных взрывах воды импульс усилий передает-
ся на лопатки ротора, приводя его во вращение. Во всех этих устрой-
ствах, сделанных в натуре, было показано, что выделяющаяся энер-
гия существенно превышает подведенную электрическую. Физика
этого явления подробно описана в гл. 4 и заключается в образовании
в процессе импульсного электрического разряда в воде большой кон-
центрации свободных электронов, обеспечивающих лавинообразное
протекание колебательно-неравновесных цепных химических реак-
ций рис. 4.2 с выделением большого количества энергии.

8.2.3.	Генераторы тепловой энергии, использующие эффект
закрутки и кавитации воды

Вот уже более 25 лет во многих странах, включая Россию, Укра-
ину, США и т.д., изобретатели и инженеры создают генераторы те-
пловой энергии (теплогенераторы), основанные на прокачке жидкой
воды через замкнутый контур, в который входит устройство, где вода
закручивается в цилиндрической емкости с сильным участием кави-
тационных процессов образования микропузырьков. Многолетний
опыт создания и эксплуатации таких теплогенераторов большим ко-
личеством разработчиков и неоднократно проводимой независимой
экспертизой показал, что получаемая тепловая энергия практически
всегда превышает затрачиваемую электрическую энергию на закрут-
ку воды, процессы кавитации и прокачку ее через контур с учетом всех
тепловых потерь. Это превышение в зависимости от конструктивных
особенностей всех устройств, качества воды, различных типов воз-
действий может составлять от десятков процентов до нескольких раз
и более. Возникает естественный вопрос: откуда берется «лишняя»
энергия. Объяснения физики процессов за счет «энергии физическо-
го вакуума», «гравитационной энергии», энергии «холодного ядерно-
го синтеза», существования «новых» частиц, которые высказываются
многими авторами, не обоснованы, поскольку, с одной стороны, стро-
го количественных расчетов и оценок на основе существующих фун-
даментальных законов физики и квантовой механики не существует
(а только «рассуждения на тему»). Более аккуратно и честно в своей
книге [4.3] этот вопрос освещает физик-ядерщик по образованию
Фоминский Л.П., описывая все возможные ядерные или химические
реакции, которые могли бы протекать в условиях закрутки и кавита-
ции воды, но конкретных численных расчетов тепловыделения при
таких воздействиях в воде также не приводит. Само понятие коэф-
фициента полезного действия больше единицы для такой тепловой
машины вызывает насмешки и отрицательное отношение к этим те-
плогенераторам всей официальной науки не только в России, но и во
всем мире, а патентные ведомства всех стран даже не принимают к
рассмотрению заявки на способ или устройство по получению энер-
гии, когда в качестве «топлива» используется вода. Но, тем не ме-
нее, подобные теплогенераторы изготавливаются многими фирмами,
организациями, успешно работают и отапливают тысячи помещений
производственного и бытового назначения по всему миру.

В книге [4.3] приведен достаточно полный обзор таких теплоге-
нераторов с описанием технических и конструкционных характери-
стик, поэтому на основании этих и некоторых других данных сведем
их в единую таблицу 8.4. В таблице освещена не вся информация
по изготовленным теплогенераторам. Насколько известно автору, по-
добные установки делают в России в Сибири, на Дальнем Востоке,
в Санкт-Петербурге, в Белоруссии, странах Прибалтики, в Крыму
на Украине, некоторых европейских странах и т.д. Практически для
всех установок величина вырабатываемой тепловой энергии боль-
ше затрачиваемой электроэнергии в 1,09<25,3 раз.

Как указывают многие изобретатели и разработчики этих тепло-
вых машин, сильное воздействие на характеристики оказывает ча-
стота и амплитуда ультразвуковых колебаний, а в дренажной систе-
ме постоянно идет сильное газовыделение (в основном водорода).
Кроме того, после многих часов эксплуатации в стальных трубопро-
водах и соединительных фитингах отсутствуют следы ржавчины, и
поверхность изделий покрывается черной прочной пленкой, как при
воронении стали.

Многие авторы отмечают следующие особенности работы этих
тепловых машин: добавка в пресную воду 10% морской воды увели-
чивает их эффективность на 10^20%, 5%-я суспензия алюмосилика-
тов в воде увеличивает эффективность почти в два раза, использова-
ние различных масел в качестве рабочего тела либо совсем не дает
выигрыша в тепловой энергии, либо он существенно уменьшается.
Качество воды очень сильно влияет на эффективность работы тепло-
генератора. Авторы устройства №16 из табл. 8.4 пишут, что наиболь-
шую эффективность дает вода, полученная из глубинных скважин,
куда она поступает из пластов горной породы, находящихся ниже
пластов гранита, дистиллированная вода имеет невысокую эффек-
тивность, использование водопроводной воды г. Атланты дает эф-
фективность меньше единицы. Наибольшая эффективность теплоге-
нераторов достигается при температурах на выходе кавитационного
устройства 6О70°С, показатель кислотности рН повышается вплоть
до величин 13-44, и в воде выделяется озон.
№	Изобретатель Руководитель Менеджер	Фирма, марка изделия	Мощн. на- соса, \У.М, кВт	Эффектив- ность, г|э	Литера- тура
1	Потапов Ю.С.	«Юсмар»	2,7-65	1,2-1,55	[8.14]
2	Дж. Григе	«Гидр, помпа»		1,17-1,7	[8.16]
3	Осипенко С.Б.	«Текмаш»		0,98	[4.3]
4	Котельников В.В.	«Гравитон»	2,7-80	1,3-1,8	[8.18]
5	Колесник В.	«Энергоресурс»		~1	[4-3]
6	Мустафьев Р.	«Ангстрем»		1,3-1,7	[8-19]
7	Кладов А.Ф.		51-122	5,65-6,43	[8.20]
8	Павловский П.Я.	«Энергоресурс»	7,5	2,38	[8.22]
9	Осаул А.И.	«Элита-Фонд»		1,3 - 1,7	[8.23]
10	Палевич А.Ф.	«Градиент»		1,2-1,5	[8.24]
11	Курносов Н.Е.	«Темовихрь»	3-3,8	1,5	[4.3]
12	ФедоткинИ.М.,		8	1,6-1,9	[8.25]
13	Донник В.Д.			5-10	[4.3]
14	Скарлыгин В.	«Урал-СВ»	15	1,4	[4.3]
15	Померанцев И.В.			1,607	[4.3]
16	Ю.Перкинс	“Нубгобупагшсз”	3,4-4,6	1,64-7	[8.26]
17	Сярга А.В.		1	3	[8.31]
18	Порсев Е.Г.	НИИ МЭСХ		1-7,3	[8.32]
19	Душкин А.Л.	«Рус.технолог.»	7,2	1,2	[8.33]
20	Петраков А.Д.		45-72	3,52-1,33	[8.34]
21	Мартыненко С.А.	«Термер»	До 400	0,96	[4.3]
22	Головачев П.Г.	«Техприбор»	3,3	6-25,7	[8.36]
23	Потапов Ю.С.	«Инфико-ХХ1»	18; 47	3,12; 2,1	[4.3]
24	Потапов Ю.С.	НТФ «Юсмар»	5-75	1,097	[4.3]
25	Глухов Н.	«ВВТ»ТГШ-11	7,8-8,6	1,44-2,95	[8.37]
26	Потапов Ю.С.	«З-д Дегтарева»	7,5-54	1,16-1,27	Реклама
27	Потапов Ю.С.	«Энергоресурс»	55	1,16	Реклама
28	Потапов Ю.С.	«Энергоресурс»	18-78	2,2-8,8	[8-4]
29	Потапов Ю.С.		27-30	0,82-2,6	[8-4]
30	Потапов Ю.С.		32-36	1,5-2,7	[8-4]
31	Бритвин Л.Н.	НПФ «ТГМ»	5-45	1,3-2	Реклама

Табл. 8.4. Список производителей теплогенераторов. основанных на принципе прокачки
воды, включающий устройство закрутки ее с кавитацией жидкости: эффективность
ц - отношение полученной тепловой энергии но всей затраченной электроэнергии.
Таким образом, с одной стороны, этот громадный эксперимен-
тальный материал, полученный независимо тысячами изобретате-
лей, инженерами и учеными во многих странах мира, подтверждает
выше изложенную теорию протеканий цепных квантово-химических
реакций в чистой воде. С другой - сама эта теория на основании су-
ществующих законов физики и квантовой механики объясняет все
особенности протекающих процессов в этих теплогенераторах.

Закрутка жидкой воды и кавитация приводят к колебатель-
ному возбуждению молекул Н,О, что вызывает интенсификацию
протекания комплексных квантово-механических и колебательно-
неравновесных цепных химических реакций (3.25+3.27), табл. 4.2,
рис. 4.2, рис. 4.3, в воде выделяется дополнительное тепло, молеку-
лярный водород и Н2О,, которые ответственны за большое газовыде-
ление, восстановление Ее из окислов стальных изделий.

Наличие солей в растворе способствует образованию сильных
положительных ионов, которые гидратируют на себя значительное
количество «свободных» молекул, уменьшая релаксацию колеба-
тельной энергии. Присутствие нерастворимых частиц алюмосили-
катов в воде способствует образованию гидратных соединений с
ними, в которых молекулы воды оказываются сильно деформиро-
ваны, а, следовательно, колебательно возбуждены и аккумулируют
на себя значительное количество колебательной энергии, ускоряя
цепные реакции. Вода, полученная из пластов гранитных пород и
горных источников, наверняка содержит значительное количество
окислов 81, поэтому она и обеспечивает наивысшую эффективность
теплогенераторов. Дистиллированная вода в своем составе содер-
жит мало растворенного кислорода и азота и, как показано выше,
уменьшается запасенная колебательная энергия и падает суммарная
скорость цепных реакций. Если в воде много органических соеди-
нений, то практически весь молекулярный кислород и радикалы О,
ОН будут расходоваться на окисление органики, поэтому скорости
цепных реакций могут резко снизиться, а относительно оптималь-
ной температуры процесса подробно говорилось выше. Интересно
также отметить экспериментальный факт присутствия в воде озона,
что подтверждает протекание реакции №8 из табл. 4.2 превращения
двух колебательно-возбужденных молекул О, в О3 и О. Таким обра-
зом, эксплуатация и получаемые характеристики подобных тепло-
генераторов еще раз подтверждают наличие цепных химических ре-
акций типа рис. 4.2 и 4.3 в чистой жидкой воде.

Ввиду большой важности применения подобных устройств ге-
нерирования тепловой энергии с использованием в качестве «топли-
ва» жидкой воды опишем достаточно подробно все их конструкции,
применявшиеся на практике различными изобретателями, с изложе-
нием полученных параметров, результатов эксплуатации, а также
описанием физико-химических процессов, происходящих в них.

8.2.З.1.	Теплогенераторы с вихревой трубой

Теплогенератор с вихревой трубой, впервые сделанный Потапо-
вым Ю.С. [8.14] по подобию газовой трубки Ранке, включает в себя
устройства (рис. 8.11): улитку тангенциальной закрутки воды (1), вих-
ревую трубу (2), погружной водяной насос с электродвигателем (3),
бак с водой (4), сетку, обеспечивающую кавитацию воды (5), тормоз-
ные устройства (6), байпасную линию подачи воды, систему подачи
нагретой воды потребителю (8) и возврат ее в замкнутый контур (9).

Подобным образом с теми или иными конструктивными изме-
нениями и усовершенствованиями сделаны теплогенераторы разра-
ботчиков №1,ЗН5, приведенных в табл. 8.4. Вода в теплогенераторе
насосом (3) под давлением 5^6 ат подается в улитку (1) и далее в
виде закрученного потока в вихревую трубу (2), поток доходит до
тормозного устройства (6) (внизу рис. 8.11), где направление скоро-

сти меняется на осевое, и по-
ступает в бак (4). Из бака (4)
с помощью дополнительного
циркуляционного насоса эта
вода поступает, например, в
радиаторы отопления и снова
возвращается в бак (4).

Не будем здесь обсуж-
дать конструктивные особен-
ности установок разных ав-
торов, это подробно сделано
в книге [4.3], а разберемся с
физикой процессов, проис-
ходящих в вихревой трубе.
Кроме описанных явлений
закрутки воды в теплогене-
раторе используются также
эффекты влияния кавитации
в воде, усиливающей колеба-
тельное возбуждение молекул
Н2О, для чего устанавливают
тормозные устройства (6) и
сетку (5). Важным условием

Рис. 8.11. Схема вихревого теплогенератора:
1 - улитка закрутки: 2 - вихревая труба: 3 -
погружной насос: 4 - бак с водой: 5 - сетка;
6-тормозное устройство: 7 - байпасная линия;
8 - подача нагретой воды к потребителю [4.3].

повышения эффективности является настройка системы узлов тепло-
генератора и его режима работы на резонансные частоты звуковых
и ультразвуковых колебаний в жидкости в вихревой трубе для чего
служит байпасная линия (7).

Колебательное возбуждение молекул воды в закрученном столбе
воды в трубе (2) осуществляется существенно неоднородно, причем
значительное влияние оказывают релаксационные процессы, связан-
ные с сильной турбулентностью потока жидкости. Поэтому в схеме
теплогенератора используется накопительный бак (4), где поступаю-
щая вода перемешивается (с малой интенсивностью турбулентно-
стей), а попавшая в него часть воды (даже, возможно, и очень малая)
с высокой степенью колебательного возбуждения создает условия
протекания экзотермических цепных химических процессов и коле-
бательной накачки молекул Н2О, подробно описанных в гл. 4, 6, 7,
во всем объеме воды. В воде, находящейся в баке (4), происходит
выделение энергии экзотермических реакций за счет разложений ча-
сти молекул Н,О, которая запасается, в основном, на колебательных
степенях свободы молекул воды. Затем, когда такая вода прокачива-
ется через систему труб и теплорадиаторов отопления, то, в связи
с малыми скоростями течения в них и развитой поверхностью ме-
таллических стенок, столкновения колебательно возбужденных мо-
лекул Н2О с ними приводят к релаксации колебательной энергии и
превращения ее в поступательную энергию молекул, то есть в тепло.
В такой схеме отбора тепловой энергии от теплогенератора в случае
малого теплоотвода от теплорадиаторов может оказаться, что стати-
ческая температура воды на входе в теплогенератор (9) будет боль-
ше, чем на выходе из него (8) (рис. 8.11). Такой эффект на подобной
установке на выставке «Архимед 2002» в Москве демонстрировал
Котельников В.В. [8.18].

Многие изобретатели в качестве рабочей жидкости в теплогене-
раторе типа, показанного на рис. 8.11, кроме воды пробовали другие
жидкости: различные масла, тосол, другие антифризы. На основании
этих работ можно сделать общий вывод: в случае использования чи-
стых обезвоженных масел всегда получали отрицательный результат
(эффективность преобразования электрической энергии в тепловую
была меньше единицы). С другой стороны, когда использовали мас-
ла с каким-то количеством воды, то иногда эффективность работы
теплогенератора превышала его значения при использовании чистой
воды. На рис. 8.12 приведен график подъема температуры со време-
нем от момента включения, где автор работы [8.23] использовал воду
и глицерин в теплогенераторе, подобному представленному на рис.
8.11, причем на глицерине была получена эффективность в 1,5-^2
раза больше, чем на чистой воде. Этот опытный факт можно объ-
яснить тем, что в техническом глицерине обычно содержится до 5%
воды, причем ясно, что она там находится в виде изолированных кла-
стеров, капель и в гидратных
соединениях, а «свободных»
молекул нет. Поэтому релак-
сация колебательной энергии,
запасаемой в кластерах, суще-
ственно снижается, поскольку
молекулы углеводородов гли-
церина имеют колебательные

УРОВНИ, Не Совпадающие С КО- Рис. 8.12. График подъема температуры ра-
лебательными уровнями моле- 6очей ж“(>к»ст“ в теплогенераторе: 1 - гли-
~ церин; 2 - вода [8.231.

кул Н2О. В то же время, чтобы

получить в теплогераторе «лишнее» тепло необходимо разложить
небольшое количество молекул воды. Кроме того, второй фактор по-
вышения эффективности устройства связан с увеличением рабочей

температуры термодинамического цикла почти в два раза и сниже-
нием вероятности образования паровой фазы.

В книге [8.4] в описании патента теплогенератора с вихревой тру-
бой, сделанного по схеме, представленной на рис. 8.11, приводятся ре-
зультаты испытаний с различными жидкостями и для двух вариантов
применения схемы, когда для прокачки по системе дальнейшего тепло-
снабжения потребителю от теплогенератора используют дополнитель-
ный насос (с отсосом из теплогенератора), либо без него (табл. 8.5).

Из табл. 8.5 видно, что установка дополнительного отсасываю-
щего насоса из теплогенератора позволяет увеличить его эффектив-
ность Т|э. Это объясняется снижением давления в вихревой трубе и
усилением процессов кавитации, а, следовательно, увеличением сте-
пени колебательного возбуждения молекул воды. Возрастание эф-
фективности теплогенератора при использовании вместо воды тосо-
ла (водный раствор 40% этиленгликоля в воде) и трансформаторного
масла вызвано увеличением рабочей температуры теплоносителя и
меньшей степенью парообразования.

Время работы, мин.	С отсасывающим насосом						Без насоса					
	Вода		Тосол		Трансф. масло		Вода		Тосол		Трансф. масло	
	ТС	’Ъ	ТС		тс	’Ъ	ТС	Ъ	ТС	’Ъ	тс	’Ъ
10	40	1,6	45	1,7	56	2,5	35	1,4	40	1,5	42	1,4
20	60	1,6	67	1,8	80	2,6	55	1,4	60	1,6	64	1,4
30	85	2	93	2,1	99	2,7	67	1,5	85	1,7	87	1,4
40					110	3,8	85	1,8			102	1,4

Табл. 8.5. Результаты испытаний теплогенератора с вихревой трубой (рис.
8.11): 4 = ^/^ [8.4].
Опыт разработок и эксплуатации подобных теплогенераторов
(№1,3+6,9+12,14,15, табл. 8.4) различными авторами и изобретате-
лями за последние 20 лет показал следующие недостатки и пробле-
мы, связанные с ними:

-	низкую эффективность получаемой тепловой энергии по срав-
нению с затраченной электроэнергией, объективно она обычно со-
ставляла не выше 1,3+1,5, и приводимые авторами значения до 2+3
достигались, по-видимому, только в единичных режимах;

-	чтобы получить эффективность теплогенератора больше еди-
ницы, требуется очень тщательная настройка режима течения воды
и постоянная подстройка в процессе эксплуатации установки по па-
раметрам: давления на входе в вихревую трубу и перепада давления,
температуры воды на входе и выходе, резонансных частот звуковых
и ультразвуковых колебаний в вихревой трубе, контроль кавитаци-
онных явлений;

-	сильная зависимость эффективности теплогенераторов от ка-
чества, чистоты, наличия различных примесей в воде, часто замена
воды приводила к заметным ухудшениям характеристик установок,
которые невозможно было объяснить;

-	сильное влияние различных конструктивных особенностей
вихревой трубы и узлов установки;

-	низкий ресурс некоторых узлов и, как следствие, частые пре-
тензии потребителей;

-	отсутствие понимания физических явлений, в связи с чем, не-
возможно понять происходящие процессы с водой в вихревой трубе
и других частях установки, поэтому ее характеристики часто зави-
сели только от эксплуатационного опыта и, может быть, интуиции
разработчика или изобретателя;

-	отсутствие возможности масштабирования установок такого
типа: увеличение диаметра и длины вихревой трубы с одновременным
ростом расхода воды и электрической мощности электропривода приво-
дило к значительному уменьшению эффективности теплогенератора.

Необходимо подчеркнуть, что перечисленные недостатки не яв-
ляются определяющими для полного отрицания таких теплогенера-
торов, а с учетом теории изложенной в данной книге, можно увели-
чить их эффективность до величин 2+3, конструктивно доработать,
обеспечить высокий ресурс, низкую себестоимость изготовления и
использовать в эксплуатации с мощностями электропривода вплоть
до нескольких сотен киловатт.

В связи с этими недостатками за последние годы такие уста-
новки были фактически дискредитированы в глазах потенциальных
потребителей, а отсутствие теории и объяснений, откуда берется
«лишняя» энергия, вызывает неверие в объективность полученных
результатов и негативное отношение к этим проблемам официаль-
ной науки во всем мире. Это не является виной тех изобретателей
и разработчиков, которые, часто не понимая физики происходящих
процессов, годами продолжают конструировать, изобретать и делать
такие установки, отапливающие уже многие частные дома, произ-
водственные помещения, заводы и целые микрорайоны жилых зда-
ний, а официальная наука продолжает считать полученные характе-
ристики недостоверными и не желает заниматься этой проблемой.

Вследствие такой ситуации возникает одна серьезная пробле-
ма: для того, чтобы эксплуатировать подобные установки в жилых
и производственных помещениях, требуется их сертифицировать в
специализированных государственных организациях. Без офици-
альных заключений опять тех же государственных научных инсти-
тутов о физических характеристиках теплогенераторов, наличия
пресловутого «лишнего» тепла и разрешения к эксплуатации госу-
дарственные организации и частные фирмы, занимающиеся проек-
тированием и строительством жилых и производственных зданий,
даже не принимают заявки на применение подобных устройств в
отопительных системах. Поэтому из-за отсутствия теории, основан-
ной на законах физики, химии и квантовой механики, описывающей
процессы в подобных теплогенераторах, задерживается их широкое
использование на практике.

8.2.З.2. Роторные теплогенераторы

Из второго поколения теплогенераторов - роторных, основан-
ных на использовании эффектов колебательного возбуждения мо-

лекул воды в мелких вихрях и
сильной кавитации в жидкости и
имеющих самые разнообразные
конструкции, приведены в табл.
8.4 (№2, 7, 8, 13, 16-25). Впер-
вые такую установку сделал и
испытал американский изобре-
татель Григе [8.16, 8.17] и назвал
ее гидросонной помпой, схема
конструкции которой приведена
на рис. 8.13. Устройство включа-
ет в себя цилиндрический корпус
(1) закрепленный на опорах, сво-
бодно вращающийся в нем ротор
(2), сделанный из сплошного ме-
талла, в котором по поверхности

Рис. 8.13. Схема генератора Григса: 1 -
корпус; 2 - ротор: 3 - углубления: 4 - кон-
струкция уплотнения: 5 - ват. 6,7 - выход
и вход воды [8.16, 8.17].
обода насверлены углубления (3) диаметром 10 мм и такой же глу-
бины. Ротор устанавливается на валу (5), соединенным с электро-
приводом, уплотнение между корпусом (1) и вращающимся валом
(5) осуществляется с помощью устройства (4). Зазор между цилин-
дрической поверхностью ротора (2) и корпусом (1) составляет около
1 мм. Вода под давлением подается во входное отверстие в корпусе
(7), проходит через зазор между вращающимся ротором (2) и корпу-
сом (1), попадает в углубления (3), где происходит ее интенсивная
закрутка и кавитация, а затем выходит через отверстие в корпусе
(6) к потребителю. Это устройство нагревало воду до 8(Н88°С при
начальной температуре 20+60°С, причем температура выходящей
воды была тем больше, чем меньше ее расход. Эффективность на-
грева воды, то есть отношение полученной тепловой энергии к за-
траченной электроэнергии, как указано в его патентах, журнальных
публикациях и тезисах докладов на международных конференциях,
достигала величины 1,7.

Другой теплогенератор или, как его называют сами авторы, ки-
нетический нагреватель воды, запатентованный в США [8.26+8.30],
представлен на рис. 8.14. Он включает в себя ротор (1) с радиальны-
ми каналами (6) и вставленными в них устройствами (7), обеспечива-

Рис. 8.14. Кинетический нагреватель Пар-
кинса и Поупа: 1 - ротор; 2 - корпус; 3 - вал;
4 - уплотнения: 5 - байпасная линия: 6 - ра-
диальные каналы: 7 - ультразвуковой свисток:
8, 9- вход и выход воды; 10- проход воды через
каналы ротора [8.26].

ющими генерацию ультразву-
ковых волн; цилиндрический
корпус (2); вал с электропри-
водом (3); уплотнительное
устройство (4); байпасную ли-
нию (5). Вода подается через
отверстие (8) в осевой зоне
корпуса (2), попадает в каналы
(6) ротора (1), проходит через
них (10) и через ультразвуко-
вой свисток (7) выбрасывается
с ободу корпуса (2), далее че-
рез отверстие (9) нагретая вода
поступает к потребителю. Вся
история создания этого нагре-

вательного устройства и результаты испытаний в течение двадцати
лет описаны в статье [8.26]. Было изготовлено несколько модифика-
ций такого теплогенератора, измерение их характеристик произво-
дилось в нескольких фирмах. При этом потребляемая электродвига-
телем электрическая мощность составляла 3,38+4 кВт, температура
воды на выходе обычно была 83°С, но в некоторых испытаниях до-
стигала 315°С. Величины эффективности получаемой тепловой энер-
гии по сравнению с затрачиваемой электроэнергией в различных ис-
пытаниях были: г)э=1,19, 1,27, 1,32, 1,38, 1,5, 1,64, 1,8, 2, 2,95, 3,1,
3,4, 7. Испытывалось не менее восемнадцати различных конструк-
ций алюминиевых роторов со стальными вставками, все они были
подвержены эрозии за счет кавитации, имели локальные оплавления
и покрывались пленкой цвета меди совершенно аналогично гальва-
ническому покрытию, причем в состав пленки входили элементы А1
- 73-74%; Ее - 13-15%; 2п - 7,7-7,8%; Са - 1-2,7%; Си - 0,6-1%;
К - 0,15-4),55%. Сильное влияние на эффективность установки ока-
зывало качество воды. Наилучшая вода - добытая из глубинных ис-
точников (более 100 м глубины), находящихся ниже пластов гранита,
дистиллированная вода давала невысокую эффективность, при ис-
пользовании водопроводной воды города Атланты эффективность
оказалась ниже единицы. Использование вместо воды различных ма-
сел, нефтепродуктов, тормозной жидкости показало, что эффектив-
ность теплогенератора меньше единицы. Авторы статьи упоминают,
что сильное влияние на эффективность теплогенератора оказывают
ультразвуковые колебания, создаваемые в проточных каналах ротора,
но вместо двенадцати свистков работало только два.

Еще один тип конструкции теплогенератора представлен на
рис. 8.15а [8.32], которая подобна устройству электрической воз-

душной сирены и состоит из
следующих узлов: ротор, вы-
полненный в виде колеса цен-
тробежного насоса (1), имею-
щего радиальные профильные
лопатки (5) и цилиндрический
обод с прорезями (3), цилин-
дрический корпус (4) с закре-
пленным внутри цилиндриче-
ским ободом со щелями (2),
вал с электроприводом (6) и
конструкцией уплотнения (7).
Вода поступает в центральное
отверстие корпуса (8), с по-
мощью вращающихся лопа-
ток ротора (5) отбрасывается
к ободу (3), затем через про-
рези в ободе и щели в ободе
статора (2) проходит в про-
странство между статором (2)
и корпусом (4), откуда далее
с помощью отверстия (9) уже
нагретая вода поступает по-

Рис. 8.15. Теплогенератор Порсева: а) I - ро-
тор: 2 - обод статора: 3 - обод ротора;
4 - корпус: 5 - радиальная лопатка ротора:
6 - вал: 7 - уплотнения; 8, 9 - вход и выход
воды: б) зависимость эффективности от ча-
стоты звуковых волн [8.32].
требителю. Изобретатель этого теплогенератора приводит в описа-
нии экспериментальный график зависимости эффективности пре-
образования затрачиваемой электроэнергии в тепловую энергию
от частоты звуковых колебаний (рис. 8.156), при этом наилучший
диапазон частот составляет 3,8^4,8 кГц, а максимальное значение

эффективности достигает величины т| =7,3.

Теплогенератор А.Ф. Кладова (рис. 8.16) состоит из корпуса

(1), в котором установлены четыре секции активаторов жидкости,
включающих в себя: ротор (2) с цилиндрическим ободом (3) и ра-

Рис. 8.16. Теплогенератор Кладова: 1 - кор-
пус: 2 - ротор: 3 - обод ротора с прорезями:
4 - обод статора с прорезями: 5 - радиальные
лопатки ротора: 6 - ват: 7 - уплотнения: 8,9-
вход и выход жидкости [8.20,8.21].

диальными лопатками (5),
цилиндрический обод статора
(4), вал с электроприводом (6),
уплотнительные устройства
(7). В ободе ротора (3) и ободе
статора (4) имеются прорези,
через которые проходит жид-
кость. Жидкость поступает в
патрубок (8), проходит через
четыре секции активатора и
выходит из теплогенерато-
ра через отверстие (9) [8.20,
8.21]. Результаты испытаний

генератора на различных жидкостях приведены в табл. 8.6, где эф-
фективность равна отношению полученной тепловой энергии к за-
траченной электроэнергии. Следует обратить внимание на высокие

Жидкость	Т  ВХ’  “С	Р , вх’  МПа	кВт	ч>	значения эффективно- сти получаемой тепло- вой энергии, особенно для водного раствора суспензии с алюмоси- ликатным порошком, которое является еще одним прямым под- тверждением суще- ственного повышения запасенной колеба- тельной энергии в воде в присутствии алюмо- силикатов. По данным, приведенным в описа- нии патента, теплоге- нератор А.Ф. Кладова является мощным ис-
Вода	20	2,5	51,6	5,74	
Вода	22	2,3	79,2	6,43	
Вода	22	2,3	122,4	5,65	
Суспензия (А1п81)	20	1,6	72	11,61	
Газойль	ПО	0,5	11	1,54	
Газойль	140	1	17	2,26	
Турб. масло	80	0,7	11,8	2,6	
Раствор 0,5% Г1С'1	20	0,8	8,2	1,98	
Раствор 0,5% 1лС1	20	0,8	9,4	2,85	
Раствор 0,5% ПС!	20	0,8	10	3,1	
Таб.1. 8.6. Опытные данные теплогенератора Кладова: Тв<. Рнх - температура и давление на входе. IV -мощность электродвигателя; р =					
точником ультразвукового излучения, которое достигает примерно
1 МВт/м2 и с учетом того, что общая наружная площадь близка к 1
м2, ультразвук уносит в окружающую среду до 1 МВт мощности,
при том, что в тепло преобразуется 500+800 кВт и для потребляемой
мощности электродвигателем 150 кВт получается превышение эф-
фективности г, более, чем в 10 раз.

Теплогенератор - насос Петракова А.Д. устроен таким образом
(рис. 8.17): электроприводом приводится во вращение ротор (3) с изо-
гнутыми лопастями, который пересекает струи воды, подаваемой (7)

во входную камеру (9) и
проходящей через отвер-
стия первого диска (2)
[8.34, 8.35]. Далее вода
через отверстия второ-
го диска (2) попадает в
выходную камеру (8) и
затем в систему потре-
бителя горячей воды. В
этом устройстве вода,
проходя различные от-
секи, поступает в зоны

Рис. 8.17. Теплогенератор - насос Петракова: 1 - кор-
пус: 2 - диски с отверстиями: 3 - ротор с лопатками:
4 - ват: 5 - подшипники с уплотнениями: 6, 7 - выход
и вход воды: 8 - выходная камера; 9 - входная камера
[8.34, 8.35].

повышенного и пониженного давления, что приводит к ее вскипанию
и интенсивному образованию пузырьков, то есть создаются условия
кавитации. Кроме того, такая система разбивающихся струй воды вы-
зывает сильные местные гидравлические удары в жидкости и аку-
стические колебания. Все это в совокупности позволяет возбудить
колебательные степени молекул Н,О и протекание экзотермических
квантово-химических реакций типа рис. 4.2. Но, с другой стороны, в
такой системе потока струек воды должна происходить сильная тур-
булизация и как следствие - интенсивная релаксация колебательной
энергии. Результаты испытаний такого теплогенератора в зависимо-
сти от температуры воды показаны в табл. 8.7.

Анализ данных табл. 8.7 показывает, что для этой машины су-
ществуют несколько критических значений температур. Для первого
- 35+46°С происходит резкое уменьшение потребляемой мощности
электродвигателем, для второго значения 60+65°С скачком возраста-
ет тепловыделение, для третьего значения 86+92°С тепловыделение
уменьшается. Эти опытные данные объясняются следующим обра-
зом: при достижении первой критической температуры вместо чи-
стой воды образуется двухфазная пароводяная смесь (вода насыщена
большим количеством пузырьков), вследствие чего резко уменьша-
ются гидравлические потери и поэтому - потребляемая мощность
электроэнергии. Второе критическое значение температуры связано
№ опыта	Время работы, мин.	Т-ра воды, •'С	кВт	XV,, кВт	п,	с оптимумом процес- сов по наработке в ре- зультате химических
1	10	15	70,4	94	1,33	реакций № Н4 (табл. 4.2) ионов и электро- нов в воде, а также противоположных им процессов релак-
2	20	25	66,9	94	1,4	
3	30	35	63,6	94	1,48	
4	40	46	53,9	103,6	1,92	
5	50	57	51,7	103,6	2	сации колебательной
6	55	63	48,2	113	2,34	энергии. Для третье- го критического зна- чения температуры процессы релаксации колебательной энер-
7	60	69	48,2	113	2,34	
8	65	77	48,2	150	3,11	
9	70	86	48,2	169,5	3,52	
10	75	92	45,4	131,9	2,9	гии начинают преоб-
Табл. 8.7. Результаты испытаний теплогенерато- ра - насоса Петракова: р =	[8.34, 8.35].						ладать, и уменьшается выделяемая тепловая
						энергия.

Схема конструкции теплогенератора автора книги [8.4] (описа-

ние патента) показана на рис. 8.18. Он состоит из цилиндрического
корпуса (2), закрепленного на станине, в котором размещен ротор,
включающий в себя два диска (1), установленных на валу (4), со-

4 6 8	1 2 5 3 7

Рис. 8.18. Теплогенератор дисковый: 1 - диски
ротора: 2 - статор: 3 - углубления: 4 - вал:
5 - вставка; 6 - подшипник; 7. 8- вход и выход
воды [8.4].

единенного с валом электро-
двигателя. Диски (1) ротора
устанавливались относительно
стенок статора (2) и проставки
(5), закрепленной на нем, с за-
зором 1-ИО мм. На плоскостях
дисков (1), внутренних стенках
статора (2) и стенках проставки
насверлены углубления диаме-
тром 5+10 мм и глубиной около
одного калибра. Вода поступа-
ет во входное отверстие корпу-
са (7), проходит через зазоры
между вращающимися диска-
ми и стенками корпуса (про-
ставки) и выходит через другое
отверстие в корпусе (8).

При прохождении воды в
зазорах мимо углублений в них
происходит интенсивная за-
крутка микровихрей воды, а на
кромках при их срыве возникает сильная кавитация в жидкости. Ав-
тор приводит данные, что за один проход жидкости от входа до выхода
происходит более 600000 местных циклов ее сжатия и расширения,
при этом развиваемое давление на выходе теплогенератора достигает
2 ат. Результаты испытаний этого устройства приведены в табл. 8.8.
Видно, что при температуре 62°С происходит резкий скачок уменьше-

№ п/п	Время, мин	Т-ра воды, °С	кВт	кВт	Пэ	ния гидравлического сопро- тивления ротора, и потребляе- мая электрическая мощность уменьшается примерно в че- тыре раза. Эта критическая
1	10	27	78	172	2,2	
2	20	40	78	173	2,2	температура совпадает с тако-
3	30	54	75	172	2,3	вой и для установки Петрако-
4	36,7	67	20	169	8,4	ва А.Д [8.34, 8.35].  Если сравнить таблицы 8.7 и 8.8, то в них наблюда- ются значительные несоот-
5	46,7	71	20	170	8,5	
6	56,7	85	19	169	8,8	
7	66,7	98	18	156	8,7	ветствия. В табл. 8.7 с ростом
Табл. 8.8. Результаты испытаний диско- вого теплогенератора: г) = IVУН' [8.4].						температуры вырабатываемая тепловая мощность увеличи-
						вается от значения 94 до 169,5

кВт при Т=86°С и затем уменьшается. Так и должно быть в соот-
ветствие с выводами вышеизложенной теории получения «лишней»
энергии из воды, а также на основании большого количества других
независимых экспериментальных данных для подобных установок.
В то же время, полученная в диапазоне температур 27-^85°С тепло-
вая мощность, представленная в табл. 8.8, практически постоянна
(изменение в пределах ошибки измерений - 1,7%), а при дальней-
шем росте температуры уменьшается, чего не должно быть. Резкий
скачок эффективности автор получает только за счет уменьшения
электропотребления и, как он пишет в книге, при замыкании кон-
тура теплоносителя выходного патрубка на входной измеренное
значение эффективности составило приблизительно 14. Кроме того,
при определении потребляемой мощности электроэнергии для дви-
гателя, почему-то вместо паспортного значения величины со8<р=0,85
использовали меньшее значение 0,68 [8.4]. Поэтому данные табл. 8.8
требуют серьезной проверки.

Более интересные данные представлены в книге [8.4] по изме-
рениям характеристик теплогенераторов, конструктивно выполнен-
ных аналогично устройству Григса [8.16,8.17] (рис. 8.12). Здесь для
одного варианта изготавливали корпус (статор) в виде отрезка трубы
с внутренним диаметром 370 мм, внутри которого размещался ротор
с наружным диаметром 369 мм, причем на его внешней цилиндри-
Материал ротора	Жидкость	кВт	кВт	П,
Сталь СтЗ	Вода	27	64,4	2,3
Сталь СтЗ	Нефть	30	77,5	2,5
Сталь СтЗ	Тр.масло	29	72	2,4
Сталь СтЗ	Тосол	28	75,4	2,6
Чугун СЧ 18-36	Вода	27	67,2	2,4
Железо-армко	Вода	27	61,6	2,2
Алюминий АЛ2	Вода	27	42	1,5
Алюминий АЛ2	Нефть	29	48	1,6
Дюралюминий Д16	Вода	27	36,4	1,3
Дюралюминий Д16	Тосол	28	43,5	1,5
Цинк	Вода	27	36,4	1,3
Медь М1	Вода	28	23,2	0,8
Медь М1	Нефть	30	27,9	0,9
Латунь ЛК80-ЗЛ	Вода	28	24,6	0,85
Латунь ЛК80-ЗЛ	Тосол	29	28,5	0,95
Бронза ОЦС 3-12-5	Вода	28	23,8	0,82
Табл. 8.9. Влияние материала ротора и жидкости на				
эффективность теплогенератора: г; = 1			7^.47.	

ческой поверхности было насверлено 180 углублений диаметром 10
мм и глубиной 10 мм. Ротор вращался с частотой 3900 об/мин. Че-
рез это устройство
воду подавали с
помощью вспомо-
гательного насоса
и проводили изме-
рение теплотехни-
ческих и электри-
ческих параметров
системы нагрева
воды. Результаты
испытаний раз-
личных жидкостей
и материалов, из
которых был изго-
товлен ротор, при-
ведены в табл. 8.9.

Одновремен-
но для подобной
конструкции те-
плогенераторов
проводили испы-

тания с разными материалами, из которых был изготовлен ротор,
разными жидкостями и влиянием дополнительно устанавливаемого
отсасывающего насоса в системе потребителя тепла. Результаты
этих опытов приведены в табл. 8.10.

Стальной статор и алюминиевый ротор						
Жидкость	Насос после генератора			Насос перед генератором		
	кВт	\УГ кВт	п>	кВт	\УГ кВт	Пэ
Вода пресная	26	39	1,5	27	35,1	1,3
Вода морская	26	41,6	1,6	27	37,8	1,4
Тосол	27	45,9	1,7	28	42	1,5
Стальной статор и стальной ротор (Ст. 3)						
Вода пресная	26	70,2	2,7	27	62	2,3
Нефть	30	84	2,8	30	77	2,56
Трансформа- торное масло	19	75,4	3,8	29	72	2,48
Табл. 8.10. Влияние материала ротора, жидкости и степени разряжения на эффективность теплогенератора: г/.= И7[8.4].						
Второй тип теплогенераторов испытывали те же разработчики
[8.4]. Его конструкция отличалась от предыдущей тем, что ротор
состоял из пяти дисков, выполненных из металла или сплава, ука-
занных в табл. 8.11. Диски имели наружный диаметр 369 мм и тол-
щину 20 мм и, отделенные друг от друга втулками, были насажены
на стальной вал. На внешней цилиндрической поверхности каждого
диска было высверлено 36 углублений диаметром 10 мм и глубиной
10 мм, кроме того, каждый диск имел 6 сквозных отверстий в попе-
речном направлении диаметром 10 мм. Результаты испытаний этих
теплогенераторов с роторами, изготовленных из разных материалов,
и для разных жидкостей представлены в табл. 8.11.

Материал ротора	Жидкость	\УЭЛ, кВт	\УГ кВт	Пэ
Сталь 10	Вода	33	85	2,5
Сталь 10	Нефть	36	100	2,7
Сталь 45	Вода	33	86,7	2,55
Сталь 40Х	Тр. масло	35	93,5	2,6
Нерж. Сталь 0Х18Н1 ОТ	Вода	32	79,2	2,4
Нерж. Сталь 0Х18Н1 ОТ	Тосол	34	91	2,6
Никель	Вода	32	85,8	2,6
Жаропрочный сплав	Вода	33	81,6	2,4
ЭП-220	Тр. масло	35	90	2,5
Кобальт	Вода	34	94,5	2,7
Нерж. Сталь 1Х18Н9Т	Вода	32	59,4	1,8
Нерж. Сталь 1Х18Н9Т	Нефть	35	68,4	1,9
Титановый сплав ВТ6	Вода	33	54,4	1,6
(ГОСТ 190013-71)	Тосол	34	59,5	1,7
Дюралюминий Д16Т	Вода	32	49,5	1,5
Алюминий А1,	Вода	32	52,8	1,6
Алюминий А1	Тосол	34	59,5	1,7

Табл. 8.11. Влияние материала ротора и жидкости на эффективность те-
плогенератора: г]э= [8.4]. 

На основании табл. 8.8-^8.11 можно сделать очень важные выводы:
на эффективность теплогенератора сильно влияет материал ротора:
для магнитных и ферромагнитных материалов она максимальная, па-
рамагнетиков - промежуточная и диамагнетиков - минимальная. Эти
обширные экспериментальные данные еще раз подтверждают, что на
процессы, происходящие в воде при ее разложении с выделением энер-
гии, сильно влияют даже очень слабые переменные магнитные поля.

В данном случае при вращении ротора из магнитных, ферромаг-
нитных (Ге, ЬИ, Со) и парамагнитных металлов в геомагнитном поле
земли и слабых окружающих электромагнитных полях, существу-
ющих вокруг нас, создаются слабые переменные магнитные поля,
воздействующие на воду. Если сравним частоту вращения ротора
(о=3900 об/мин =65 Гц, с резонансной частотой воздействия пере-
менного магнитного поля 2,5 Гц (см. табл. 3.18) на жидкую воду,
то их кратность составляет ровно 26 раз. Это означает, что при воз-
действии на воду с частотой 65 Гц можно перевести ее в аттрактор с
резонансными частотами 2,5; 22,2; 25 Гц. В этом состоянии активи-
рованная вода будет в большей степени колебательно возбуждена, и
пойдут интенсивнее экзотермические квантово-химические реакции
по разложению молекул воды.

Второй эффект влияния материалов, из которого изготовлен
не только ротор, но и статор связан с процессами излучательно-
поглотительных перераспределений, излучаемых молекулами воды
квантов колебательной энергии. Как уже говорилось выше, основным
процессом колебательной накачки молекул Н,О в условиях кавита-
ции является сонолюминесценция - излучение, идущее от молекул
воды, составляющих пленку пузырька, и поглощающееся в осталь-
ной массе воды. Наибольшая интенсивность этого излучения лежит в
ультрафиолетовом диапазоне 3850046900 см '=4,77^2,1 еу (см. табл.
3.16). В этом же интервале находятся значения работы (энергии) вы-
хода электрона многих металлов и, если величина излучаемого кван-
та молекулой Н2О будет совпадать с энергией выхода электрона для
данного металла, то этот квант будет резонансно в нем поглощаться.
Такая ситуация приведет к резкому снижению колебательной накач-
ки молекул воды, а, следовательно, уменьшению эффективности эк-
зотермических квантово-химических реакций по выделению тепла в
среде. В табл. 8.12 представлены значения работы выхода электронов
для некоторых металлов (различных типов кристаллов) и величины
излучаемых квантов с седьмого по одиннадцатый колебательный уро-
вень симметричной и асимметричной мод молекулы воды. Сравнение
таблиц 8.9-^8.12 показывает, что для таких металлов как А1, Си, МЬ,
А§, Хп имеются резонансные совпадения частот и поэтому для тепло-
генераторов, у которых ротор был сделан из таких металлов (или их
сплавов) эффективность получения «лишней» энергии снижается су-
щественно. В то же время для железа и углерода нет совпадающих
значений энергий, и поэтому достигалась максимальная эффектив-
ность (для данного организованного процесса воздействия на воду).

Использование нефти, тосола (раствор 40% этиленгликоля в воде)
и трансформаторного масла в теплогенераторах дает такие же величи-
ны эффективности, что и воды - это связано, как уже излагалось выше,
с присутствием в них связанной и растворенной воды и возможностью
поднять рабочую температуру, повысив предел парообразования.

Остальные типы теплогенераторов, представленные в табл. 8.4,
сделаны аналогично конструкциям либо Григса или Е.Г. Порсева,
Металл	Ре	А1	Ве	Си	Мо	№	ЛЬ	8п	Рд
им-еу	4,31  4,62  4,67  4,68	4,25  4,41  4,06  4,24	3,92	4,4  4,59  4,48  4,53	4,3  4,53  4,55  4,5	4,5  5,22  5,04  5,35	3,99  4,36  4,29  3,95  4,18	4,38	4,8  5,6
Н2О	Кванты излучаемые молекулой Н2О (ур у,, у3)								
Уровень	(11,0,0)		(0,0,11)		(10,0,0)		(0,0,10)		(9,0,0)
Цш>’еу	4,51		4,59		4,16		4,24		3,79
Металл	Р1	РЬ		И	С	Сг	2п	Аи	
Чр еу	5,32  5,7	4,0	4,3  4,64  4,52  4,74	3,95	4,7	4,58	4,24  4,9	5,1  5,47  5,37  5,51	
нг°	Кванты излучаемые молекулой Н,О (ур у,, у,)								
Уровень	(9,0,0)	(0,0,9)		(8,0,0)		(0,0,8)	(7,0,0)	(0,0,7)	
	3,79	3,87		3,41		3,48	3,02	3,09	
Табл. 8.12. Работа (энергия) выхода электронов некоторых металлов 11 и [1.6] и кванты, излучаемые молекулой Н2О (еу)									

причем некоторые изобретатели [8.31] ставили, например, несколько
каскадов роторно-статорных устройств, показанных на рис. 8.15.

Одной из важных технических проблем роторных теплогенера-
торов является их высокая шумность при работе, поскольку в их кон-
струкцию входят электродвигатель большой мощности, да и сам гене-
ратор также сильно шумит. Эта особенность теплогенераторов также
препятствует их широкому внедрению в практику, в особенности, для
отопления жилых помещений, коттеджей и т.д. В этом плане фирмой
НПФ «ТГМ» (Москва) под руководством Бритвина Л.Н. был разрабо-
тан типоряд таких установок, в конструкции которых электродвига-
тель установлен в одном корпусе вместе с теплогенератором и напря-
мую охлаждается водой. Подобный теплогенератор с электрической
мощностью 5,5 кВт показан на рис. 8.19. Его испытания показали,
что для разных условий он обладает эффективностью преобразования
электрической энергии в тепловую в диапазоне г|э=\У1/\Ум= 1,3^2, а
интенсивность шума составляла 60 Дб при фоновой на стенде 50 Дб.

В статье [8.36] авторы приводят описание результатов испытания
теплогенераторной установки роторного типа. В качестве рабочей
жидкости использовали дистиллированную воду высокого давления
с добавкой 3,5% тяжелой (дейтериевой) воды, кроме того, в кавитаци-
онном устройстве осуществляли высокочастотные искровые разряды
Рис. 8.19. Теплогенератор «бесшу-
мный» \У.Х1~5,5 кВт (№31, табл. 8.4).

с помощью ВЧ-генератора высоко-
вольтных импульсов напряжением до
100 кВ и мощностью до 0,3 кВт, ко-
торые усиливали кавитационные эф-
фекты и увеличивали концентрацию
свободных электронов. Мощность
электропривода кавитационного
устройства составляла 3 кВт, макси-
мальная температура жидкости на вы-
ходе теплогенератора была 95°С, после
теплообменника - 70°С, полученная
тепловая мощность регулировалась в
пределах 2(Н85 кВт, а максимальная
эффективность преобразования всей
электрической энергии в тепловую
достигала величины 25,7!. Измерения
показали, что показатель кислотности
жидкости рН достигает 13-44, в рас-
творе присутствует озон. Для данного
теплогенератора получены уникаль-
ные результаты по тепловыделению

и эффективности преобразования электрической энергии в тепловую.
Основное влияние на процессы, происходящие в воде, здесь оказыва-
ет высоковольтный разряд, с помощью которого удается обеспечить в
среде большой избыток свободных электронов, что на порядки уско-
ряет экзотермические реакции разложения молекул воды (табл. 4.2), а
добавка дейтериевой воды не оказывала влияния на эти процессы.

Во всех устройствах теплогенераторов работают три эффекта ко-
лебательного возбуждения молекул воды: закрутка ее в микрообъемах,
кавитационные процессы образования микропузырьков и ультразвуко-
вое воздействие, причем два последних явления связаны между собой,
и эффективность преобразования энергии электропривода в тепловую
энергию сильно зависит от конструктивных особенностей отдельных
узлов непосредственно самого теплогенератора. Воздействие всех
данных факторов, приводящих к колебательной накачке молекул Н2О,
протеканию квантово-механических и колебательно-неравновесных
цепных химических реакций (3.25^-3.27), табл. 4.2, рис.4.2, образова-
нию в воде элементов Н, ОН, Н,О,, Н2 подробно описано в гл. 4, 6, 7,
но в данных устройствах (если основываться на достоверности изла-
гаемых авторами результатов испытаний) иногда возникают условия
очень сильного разложения воды с выделением энергии.

Очень хорошим экспериментальным подтверждением протека-
ния таких химических реакций, совершенно аналогичных идущим при
электролизе в воде, служат данные о гальваническом покрытии метал-
лических деталей, соприкасающихся с активированной водой, приве-
денные в работе [8.26]. Благодаря разности потенциалов, создаваемых в
цилиндрических устройствах закрученным столбом воды, наличию ще-
лочной среды (рН достигает значения около 10), большой концентрации
ионов ОН , Н*, малому расстоянию между «электродами», функцию
которых могут выполнять элементы металлических конструкций рото-
ра и статора, а также возможного получения больших электрических
токов при стекании их с острых кромок деталей, действительно, про-
исходит электролиз, и металлические детали покрываются гальваниче-
ской пленкой металлов и их окислов. На основании этих данных можно
сделать вывод, что в растворе воды присутствуют следующие ионы ме-
таллов АР+, Ре24, Ре3+, Хп2', Са2+, Си2+, К*, одни из которых вследствие
эрозии переходят с металлических деталей в раствор, другие, такие как
Са2+ и К+, образуются из солей, находящихся в растворе воды (см. под-
робное изложение в гл. 6). Эти ионы, с одной стороны, могут усиливать
местные электрические поля, а с другой - за счет гидратации молекул
воды оказывать влияние на протекающие химические реакции за счет
увеличения запасенной колебательной энергии.

В подобных конструкциях теплогенераторов происходит силь-
нейшая турбулизация потока воды с большими затратами энергии,
что приводит к интенсивной релаксации колебательной энергии, и
поэтому найти оптимальный вариант устройства без знания теории
происходящих процессов крайне трудно. К недостаткам всех выше
рассмотренных теплогенераторов следует отнести:

-	низкий ресурс некоторых узлов и ненадежность работы высо-
кооборотных устройств в условиях высоких температур теплоноси-
теля (до 100°С и выше);

-	мощные ультразвуковые колебания, создаваемые вращающи-
мися узлами, требуют особых мер по безопасности эксплуатации и
размещения оборудования;

-	сильная зависимость эффективности преобразования энергии
от качества воды, настройки параметров (давления, температуры,
диапазона ультразвуковых частот) и конструктивных особенностей.

Все перечисленные недостатки связаны только с конструктив-
ным исполнением, которое осуществляли изобретатели - любители,
которые, естественно, не являются специалистами по конструиро-
ванию и созданию высокооборотных, энергетически нагруженных и
сложных устройств. После отработки конструкции, технологии про-
изводства и эксплуатационных характеристик таких теплогенерато-
ров на специализированных предприятиях можно создать вполне
работоспособные устройства, которые помогут радикально решить
проблему отопления зданий и помещений всех типов.
Здесь необходимо осветить еще одну проблему, связанную с вы-
шеописанными теплогенераторами - это измерение их теплотехни-
ческих параметров и эффективности преобразования затраченной
электрической энергии в тепловую. Обычные методики определения
выделяющейся энергии в теплоносителе тепловых машин включают
в себя измерения его расходных характеристик и разности темпера-
тур на входе и выходе устройства с помощью термопар или разного
вида термометров. Эти методики дают хорошую точность измере-
ний для термодинамически равновесных процессов, протекающих
в теплоносителе, и совершенно непригодны для колебательно-
неравновесных процессов в жидкой воде подобных теплогенерато-
ров. С этим и связаны многочисленные факты по вышеперечислен-
ным теплогенераторам, когда для одних и тех же устройств получали
величины эффективностей преобразования электрической энергии в
тепловую меньше единицы и значительно больших единицы.

В состав теплотехнических устройств по выработке тепла с ис-
пользованием теплогенераторов должна обязательно входить про-
межуточная емкость достаточно большого объема (4) (рис. 8.11),
куда поступает вода после теплогенератора и откуда она с помощью
дополнительного насоса подается в теплорадиаторы отопления или
другим потребителям тепла. После прохождения через теплогенера-
тор вода частично нагревается за счет превращения механической
энергии в тепло, но, кроме того, часть молекул Н2О оказывается
колебательно возбужденными. Термопара или термометр измеря-
ют только кинетическую энергию молекул, то есть поступательную
температуру воды, а колебательная энергия оказывается неучтенной.
Кроме того, за счет сильной кавитации вода после теплогенератора
оказывается насыщенной пузырьками воздуха, образуется двухфаз-
ная смесь, и измерения расходов с помощью типичных расходоме-
ров могут существенно отличаться от таковых для обычной воды.
Принципиальная особенность таких теплотехнических устройств
заключается в том, что теплогенератор обеспечивает только частич-
ное колебательное возбуждение молекул воды, переводя ее в данный
аттрактор с заданным набором резонансных частот, а основная часть
колебательной энергии за счет развала межатомных и межмолеку-
лярных связей вырабатывается в промежуточной емкости с водой.
Эти процессы достаточно длительные и могут занимать от десятков
минут до нескольких часов времени. Далее, когда такая вода про-
качивается через теплорадиаторы с развитой внутренней поверх-
ностью металлических стенок за счет малых скоростей воды в них
и частых соударений колебательно-возбужденных молекул Н2О со
стенками происходит релаксация колебательной энергии в поступа-
тельную энергию молекул, то есть в тепло.
В соответствие с изложенными колебательно-неравновесными
процессами в теплоносителе таких теплотехнических устройств
с использованием вышеописанных теплогенераторов может быть
рекомендована следующая методика измерения выделяемого тепла
и эффективности преобразования. Теплотехническое устройство,
включающее в себя теплогенератор, промежуточную емкость с во-
дой, теплорадиаторы со всеми трубопроводами и системами про-
качки теплоносителя помещается в специальную теплоизолирован-
ную камеру, обеспечивающую измерение всех тепловых потоков,
приходящих на ее внутренние стенки. В зависимости от мощности
электродвигателя теплогенератора и общего объема воды в системе
он включается на определенное время, чтобы вода в емкости нагре-
лась до температуры 6(Н80°С, и при этом измеряется с учетом всех
потерь электрическая энергия, затрачиваемая на привод электродви-
гателя. Далее после отключения теплогенератора в течение после-
дующих нескольких часов, а возможно и суток (пока температура
теплоносителя в емкости не снизится до ее начального значения),
измеряется энергия тепловых потоков, идущих от теплоносителя
и всех устройств. Отношение этой измеренной тепловой энергии к
затраченной электрической и будет определять полную эффектив-
ность преобразования теплогенератора. Большие времена измерения
тепловых потоков вплоть до нескольких суток связаны с длитель-
ными процессами перехода аттрактора колебательно-возбужденной
воды в «квазиравновесное» состояние, экспериментальные примеры
которых в большом объеме приведены в гл. 3, 6, 7.

8.2.4.	Экспериментальные данные свойств воды при ее
закрутке, полученные В. Шаубергером

Гениальный австрийский ученый-самоучка Виктор Шауберер
(1895-^-1958) создал большое количество устройств и машин от «ле-
тающих тарелок», которые с успехом использовались Германией во
второй мировой войне против самолетов англо-американских войск,
до простых нагревателей воды (более семидесяти патентов) [8.38].
В этих изобретениях использованы физико-химические процессы,
идущие в водяных и паровоздушных вихрях. Исчерпывающих объ-
яснений данным, полученным В.Шаубергером, фактически, в на-
учной литературе до сих пор нет. На основе его научного наследия
другими изобретателями и учеными создаются новые устройства и
машины. При этом В. Шаубергер открыл лишь то, что давно было из-
вестно инкам, монголам, древним жителям о. Крит, жрецам древнего
Египта, тибетским монахам: в естественных водотоках движущаяся
вода стремиться к завихрениям и при этом ее свойства существенно
меняются - она становится в современном представлении активиро-
ванной, самоочищающейся, обладающей целебными свойствами и
насыщенной дополнительной энергией.

Так во дворце Кносса на о. Крит обнаружили водопроводную
систему, возраст которой не менее 4000 лет. По ней вода поднима-
лась без насоса из долины к вершине горы, где стоял дворец. Водо-
провод состоял из коротких терракотовых труб конической формы,
вставлявшихся одна в другую, причем направление течения было от
широкого конца к узкому, из которого вода истекала, как из форсун-
ки. Точно также и в древнем Египте могли поднимать воду без насо-
сов на высокие вершины. Благодаря вихреобразованию воды в таких
трубах эффективно предотвращалось образование солей карбонатов
на их стенках. В каналах для сточных вод, спускавшихся с гор, на о.
Крит использовались направляющие элементы (лопатки) для завих-
рения воды, аналогичные тем, которые впоследствии использовал
В. Шаубергер. Инки в Южной Америке для водоснабжения дворцов
строили крытые каменные каналы квадратного и прямоугольного се-
чения, где вода могла при течении завихрятся в прохладной темноте.
Для сохранения «жизненной» энергии воды при водоснабжении и
поливном земледелии, которая бралась с горных источников, в Сред-
ней Азии с древнейших времен вместо открытых каналов и арыков
строили подземные тоннели- кязиры, располагавшиеся в зависимо-
сти от рельефа местности на глубине от нескольких метров до 400 м.
Так, в Иране, например, протяженность таких тоннелей составляет
более 160000 километров.

Опишем вкратце некоторые экспериментальные факты по изме-
нению свойств жидкой воды под воздействием ее закрутки и темпе-
ратуры окружающей среды, полученные В. Шаубергером, которые
хорошо изложены в статье [8.45]. В. Шаубергер, будучи по профес-
сии лесничим, наблюдал природу и, особенно, все, что связано с во-
дой с такой тщательностью, на которую редко кто способен. Первое
свойство воды, которое обнаружил он, заключается в том, что вода не
«любит» солнечного света. Так, в лесу, который он наблюдал, давно
существовал источник ключевой воды закрытый от солнца крытой
хижиной из камня. Позже она обрушилась, источник оказался от-
крытым прямым солнечным лучам, и вскоре он иссяк. Когда над ним
вновь построили каменный навес, то источник воды вновь забил. К
этому факту надо добавить, что еще в древнем Риме источники воды
всегда закрывались каменными плитами с небольшой круглой на-
садкой в качестве емкости для воды, в которую вставлялась отводная
труба таким образом, чтобы в нее не попадал воздух. Все открытые
родники обычно находятся либо в густом лесу или в глубоких рас-
селинах скал.
В. Шаубергер наблюдал также, что поднимающаяся высокая
вода паводка во время оттепели создает отмели из донных наносов,
которые часто в холодные ясные лунные ночи смываются сами со-
бой. Он обнаружил, что подъемная сила воды увеличивается при
уменьшении ее температуры и свободном течении в русле реки или
ручья. Впервые это было доказано зимой 1918 году в горах на Приль-
гербирге, где имелось много спиленного леса и не хватало достаточ-
ного количества больших ручьев, по которым можно было бы его
сплавить. Шаубергер выбрал для сплава маленький горный ручей и
ранним утром, когда вода имела минимально низкую температуру,
залил из него лес водой, и за одну ночь весь сплавной лес объемом
16000 фейстметров был спущен в долину. Позже В. Шаубергер ста-
нет известен своими сплавными устройствами.

Следующий феномен, наблюдаемый В. Шаубергером и не объ-
ясненный до сих пор, заключается в поведении форели и лосося в
сильных струях горных ручьев, когда они, фактически, не двигая плав-
никами и хвостом, удерживаются на месте против сильного течения.
Причем этот эффект проявляется тем сильнее, чем ниже температура
воды и больше скорость течения. Он провел эксперимент по влиянию
температуры воды в ручье на поведение рыб: нагрел объем воды в 100
л и вылил ее выше того места, где стояла форель в струе течения. Такое
количество нагретой воды не могло сильно изменить температуру воды
в ручье, но, тем не менее, через некоторое время форель стала прояв-
лять беспокойство, чаще работать плавниками, с трудом удерживаясь
против течения, а вскоре была смыта вниз по течению. Он наблюдал,
как форель без движения парит в падающей струе водопада и вдруг с
силой бросается в водный поток. Она использует яркий световой канал
внутри водной струи, который можно наблюдать у водопадов.

В. Шаубергер видел еще одно невероятное явление: лунной хо-
лодной зимней ночью в водоеме, образованном горным ручьем, где
создавались вертикальные водовороты, округлые камни размером
до 15 см в диаметре, вращаясь, поднимались со дна водоема на по-
верхность воды. Причем поднимались камни только отшлифованной
яйцеобразной формы, а угловатые подобного же размера лежали на
дне. Этот опытный факт может проверить каждый: если в круглом,
тонком, высоком сосуде, наполненном холодной водой, положить ку-
риное яйцо и сильно закрутить воду, то оно отрывается от дна, всплы-
вает на поверхность и держится наверху, пока существует вихрь.

Шаубергер создал систему лотков для спуска бревен с гор в до-
лину, которые в поперечном сечении имели форму, подобную тупому
концу куриного яйца, устанавливались по природной трассе горной
долины или ущелья, по которой течет ручей, и имели направляющие
лопатки дугообразной формы для закрутки водяного потока. Все это
создавало условия струям воды в лотках течь по винтообразным ли-
ниям тока, и такая система лесоспуска позволила огромным бревнам
плавно двигаться по лоткам, обеспечивая ее бесперебойную работу
и высокую производительность. В. Шаубергер при создании такой
системы лесоспуска опирался не только на собственные наблюде-
ния, но и на знания своей семьи, накопленные несколькими поко-
лениями. Еще отец его учил, что вода под лучами солнца становит-
ся «уставшей» и «ленивой», в то время как ночью и, особенно, при
лунном свете - свежей и «живой». И дед, и отец умело направляли
водяные лесоспуски так, что благодаря ритмически меняющимся
поворотным направляющим вода местами поднималась в гору.

Много труда и времени В. Шаубергер посвятил проблеме очист-
ки рек естественным и дешевым способом. Он обратил внимание,
что там, где ручьи и реки текли под защитой леса по берегам и есте-
ственными природными ложбинами с водоворотами и местными за-
вихрениями, на дне не было наносов, вода была чистой и холодной,
а сильное таяние снегов в горах или сильные дожди не приводили к
наводнениям. В том случае, когда леса по берегам рек вырубались,
русла рек спрямлялись, а берега укреплялись камнем и бетоном, то
происходило постоянное заиливание дна, резко увеличивалось ко-
личество наносов, вода становилась грязной, повышалась ее темпе-
ратура, часто случались наводнения. Шаубергер предложил ставить
в русле реки направляющие лопатки таким образом, чтобы смеши-
вать холодные донные струи воды с поверхностными теплыми и,
тем самым, понизить температуру верхних слоев. Одновременно
эти устройства обеспечивали завихрения воды большой интенсив-
ности и позволяли реке или ручью очистить русло на каком-то участ-
ке. Это изобретение было им проверено в Стейерлингском ручье у
себя дома. Когда устройство было установлено в ручье, то в течение
одной ночи он очистился настолько, что сотни кубометров песка и
наносов попали в пескоуловитель, а ложе ручья опустилось вплоть
до скалы. Этот метод Шаубергера был испытан в 1989 г. в институте
г. Кальмара (Швеция) и подтвержден в лабораторных условиях.

В соответствие с выводами Шаубергера: «...для нормального «об-
мена веществ» в воде должно происходить «позитивное изменение
температуры» (под этим он понимал понижение температуры воды до
+4°С), при этах условиях и одновременном циклоидальном спиральном
движении (завихрении) энергия воды увеличивается. Она становится
свежей и «живой», так как благодаря «эмульсии» образуется «новая»
вода, в которой «кислород растворяется водородом». При «негативном»
изменении температуры (нагревание свыше +4“С) наблюдается сни-
жение энергии воды, ее биологически плохое качество, она утрачивает
свою подъемную силу, в ней появляются патогенные эмбрионы».
В. Шауберегер одним из первых понял необходимость конструи-
рования приборов, которые бы обеспечили человека питьевой водой,
качественно не отличающейся от ключевой источника. Он в 1930 г.
сконструировал свой первый аппарат по улучшению качества воды,
в котором она обтекала тело в форме яйца и закручивалась в вихрь.
Сегодня существуют различные разработки приборов по принципу
завихрения, одним из которых является, например, прибор У1ТА
УОКТЕХ.

Некоторые выводы В.Шаубергера были проверены независимы-
ми экспертами. Технический институт г. Штутгарта провел в 1952 г.
опыты, которые однозначно показали, что правильно закручиваемая
вода в состоянии компенсировать силу трения потока*. Эти данные
были подтверждены в 1981 г. в Королевском Техническом институте
г. Стокгольма.

Подведем итоги вышеизложенного материала опытных данных,
полученных В.Шаубергером. При закрутке столба жидкой воды,
охлажденной до температуры около +4°С, у нее появляются следую-
щие новые свойства:

-	она насыщается дополнительной энергией;

-	увеличивается подъемная сила, действующая на тело, поме-
щенное в вертикально закручивающийся поток воды;

-	если тело находится в горизонтальном закрученном потоке
воды, то также возникают силы, приложенные к этому телу и на-
правленные против течения;

-	вода становится химически активной и очищается от органи-
ческих веществ;

-	при течении воды в суживающемся конусообразном канале
перепад давлений между входом и выходом создается большим по
величине, чем потери на сопротивление потока;

-	при облучении воды прямыми солнечными лучами энергиза-
ция молекул Н2О уменьшается, а под лунным светом увеличивается.

Попытаемся объяснить приведенные экспериментальные факты
с позиции теории квантово-механических и физико-химических про-
цессов, протекающих в закрученном потоке воды, изложенной в гл.
4, 6, 7. Как уже говорилось, в закрученном потоке воды существенно
увеличивается запасенная колебательная энергия молекул Н2О, ко-
торая черпается за счет энергии межмолекулярных и межатомных
связей жидкой воды. С уменьшением температуры воды снижается
релаксация колебательной энергии в кинетическую энергию моле-
кул, то есть в тепло. Вода становится активированной, увеличива-
ется концентрация таких элементов как: ОН, О, Н, Н,О2, О2, Н2, О3,
ОН’, Н+, е~ и т.д., пример такой закрутки воды показан на рис. 8.20.
За счет колебательного возбуждения молекул воды и реагентов ор-
Рис. 8.20. Закрутка воды, осущест-
вленная сынам В. Шаубергера [8.45].

ганических веществ резко в 103~^1015
раз при низкой температуре увели-
чиваются скорости химических ре-
акций по развалу их на газообразные
компоненты, удаляющиеся из воды в
атмосферу, и твердый минеральный
осадок, выпадающий на дно. Сильное
влияние низкой температуры, под-
черкнем при закрутке жидкой воды,
связано с тем фактором, что за счет
снижения кинетической энергии мо-
лекул Н,О и кластеров быстрее, лег-
че и эффективнее устанавливается
упорядоченная структура кластеров
в закрученном потоке. С уменьшени-
ем температуры будет снижаться ам-
плитуда колебаний кластеров около
своего среднего положения, опреде-
ляемого скоростью закрутки потока.
В таких условиях напряженность

электромагнитного поля, создаваемого упорядоченными макроди-
полями, существенно возрастает по сравнению с высокой темпе-
ратурой воды. Этот эффект приведет к интенсификации квантово-
механических и колебательно-неравновесных реакций по выработке
радикалов, ионов, электронов и запасенной колебательной энергии.
Таким образом, за счет удаления органических веществ, происходит
самоочистка воды, присутствие перекиси водорода, радикалов и ио-
нов убивает и препятствует росту микробов, образованию органиче-
ских соединений, росту водорослей и т.д.

Обладая широким спектром от длинноволнового излучения до
ультрафиолетового с большой энергией квантов солнечный свет, по-
падая в воду, создает условия не только колебательной накачки моле-
кул Н2О, но и интенсивной релаксации ее в тепло (нет резонансно-
го совпадения для большинства квантов солнечного света видимого
диапазона и квантов колебательной энергии молекулы воды). Свет от
луны - отраженный солнечный в видимом диапазоне существенно
теряет свою интенсивность, но остаются фотоны ультрафиолетового
диапазона, которые и накачивают энергией молекулы Н2О (см. табл.
3.4). Поэтому если родниковый источник воды облучается прямыми
солнечными лучами, то в молекулах Н2О уменьшается запасенная
колебательная энергия, концентрация радикалов и ионов, что благо-
приятствует развитию микроорганизмов растительного и животного
происхождения, которые нарастают на стенках пор, трещин и микро-
каналов породы, через которую просачивается грунтовая вода, за-
бивают их, и родник прекращает функционировать. В случае, когда
родниковый источник воды закрыт от прямых солнечных лучей, вода,
прошедшая через большие площади горных пород, в которых при-
сутствуют окислы кремния или алюмосиликаты, оказывается насы-
щенной колебательной энергией, степень кислотности ее сдвигается
в щелочную область, что обеззараживает ее и предохраняет от разви-
тия в ней организмов растительного и животного происхождения.

Когда на оси закрученного потока воды находится какое-либо
твердое тело - рыба в горизонтальном вихре или округлый камень
в вертикальном водовороте, то на задней стороне тела относительно
общего потока воды за счет пониженного статического давления вбли-
зи твердой поверхности тела образуются кавитационные пузырьки.
Стенки этих пузырьков всегда подвержены деформации, происходит
их бифуркация (деление) и дробление. Эти пузырьки взрываются (что
подробно описано в гл. 3 и 7), возникают кумулятивные струйки тока
пароводяной смеси очень большой энергии, направленные в сторону
от стенки твердого тела и передающие этому телу импульс движения.
При этом процесс взрыва пузырьков интенсифицируется благодаря
повышенному уровню запасенной колебательной энергии в воде, осо-
бенно при низкой температуре. Таким образом, на твердую поверх-
ность тела, находящегося в закрученном водяном потоке действует
интегральная сила от взрывающихся кавитационных пузырьков, на-
правленная против осевого течения. Этим явлением и объясняется
способность рыб удерживаться в потоке холодной воды против тече-
ния, не работая плавниками и хвостом. Причем нужно отметить один
нюанс в поведении рыб - они стоят так в закрученном потоке воды
не для «развлечения», а ради жизненно необходимых потребностей:
очистки чешуи и кожи от нарастающих на них микроорганизмов рас-
тительного и животного происхождения, благодаря опять тем же ка-
витационным явлениям. Если теперь повысить температуру воды, то
уровень запасенной колебательной энергии в ней уменьшается, что
приводит к снижению вероятности взрыва кавитационных пузырьков
на поверхности тела и, как следствие, к уменьшению интегральной
силы на него. В вертикальных водоворотах вода всегда засасывается
вниз на дно водоема, и на лежащий камень действуют снизу такие же
импульсы движения струек паровоздушной смеси от взрывающихся
пузырьков. Но в данном случае большое значение имеет форма камня
с точки зрения минимального поверхностного трения его о воду, рав-
новесия сил тяжести и подъемной силы. Этот же эффект подъемной
силы использовался В. Шаубергером при спуске бревен с гор по лот-
кам, заполненных водой с усиленным завихрением в них с помощью
специальных приспособлений.
Самоочистка рек и ручьев с помощью завихрителей Шаубер-
гера происходит следующим образом. Ил на дне рек представляет
собой смесь глинистых и песчаных частичек, связанных между со-
бой остатками органических соединений, в основном, от сгнивших
растений. Когда в потоке воды устанавливается завихритель, то об-
разующаяся закрученная струя с повышенным содержанием коле-
бательной энергии служит источником излучения квантов света, в
основном, ультрафиолетового диапазона, за счет перехода колеба-
тельно возбужденных молекул Н2О на нулевой или первый уровень.
Эти кванты света абсолютно резонансно поглощаются окружаю-
щими молекулами воды, переводя их в возбужденное состояние, и
рядом находящаяся вода переходит в новое устойчивое состояние
(аттрактор) с повышенным содержанием колебательной энергии и
элементов ОН, О, Н, Н2О2, О2, Н2, О3, ОН , Н+, е и т.д. В свою оче-
редь, эта вода течет вниз по течению и служит источником колеба-
тельной энергии и излучаемых квантов света для создания нового
аттрактора других слоев воды. В такой воде происходит ускоренное
окисление и разрушение органических частиц, частицы ила на дне
реки начинают разваливаться на составляющие легких фракций гли-
ны (лесс) и тяжелых - песка, которые без связи между собой легко
уносятся речным потоком воды, а русло реки или ручья очищается.

При движении потока воды в суживающемся конусообразном ка-
нале он всегда закручивается (как в воронке). В такой ситуации при
обтекании шероховатых стенок конуса (терракотовые трубы на о.
Крит) водой с большой скоростью будет возникать кавитация - схло-
пывание и взрыв пузырьков (острые выступы микрошероховатостей
служат центрами образования пузырьков). Кумулятивные пароводя-
ные струйки врывающихся пузырьков, обладающие большой кинети-
ческой энергией, будут создавать дополнительный скоростной напор,
интегральный вектор которого с учетом сноса струек основным пото-
ком воды будет направлен в сторону его осевого движения. Посколь-
ку невозможно сделать длинную конусную трубу для использования
в водопроводе, то изготавливали короткие отрезки конусов одинако-
вого размера, которые вставлялись один в другой - узким горлом в
широкое по направлению потока воды. В этом случае используется
еще один эффект: инжектирование высокоскоростной закрученной
струи в поток воды с меньшими скоростями, что позволяло сразу за-
кручивать воду в следующем конусе по движению воды. Необходи-
мо подчеркнуть, в такой системе труб по мере продвижения воды
по отдельным конусам запасенная колебательная энергия воды будет
увеличиваться, переходя постепенно в энергию скоростного напора,
что и обеспечивало подъем воды на большие высоты без насоса. При
этом еще раз напомним, что эта «лишняя» энергия образуется в воде
за счет энергии межмолекулярных и межатомных связей, а сама вода
приобретает свойства чистой родниковой. Кавитация пузырьков на
стенках труб создает еще один эффект: препятствует отложению кар-
бонатных и других солей на них (см. рис. 7.21).

8.2.5.	Использование эффекта закрутки жидкой воды в
опытных устройствах другими изобретателями

Приведем примеры экспериментальных разработок других
изобретателей, использующих закрутку жидкой воды для получе-
ния дополнительной энергии. Так Никола Тесла, кроме разработок
электрооборудования, занимался конструированием, изготовлением
и испытанием машин, основанных на принципе закрутки жидкости
(воды). В патентах [8.39] приведены описания работы и конструкция
насоса, а также турбины, основанных на этом принципе.

Конструктивно насос включал в себя корпус цилиндрической фор-
мы с входным каналом в районе осевого вала и выходным каналом в
виде улитки на обечайке корпуса. Внутри корпуса устанавливался вал
с жестко закрепленными на нем круглыми металлическими дисками,
расстояние между которыми составляло ~ НЗ мм. В центре дисков на-
ходились большие отверстия, через которые поступала вода из прием-
ного канала корпуса. За счет сил трения жидкости о стенки дисков при
их вращении и центробежных сил вода закручивалась и отбрасывалась
к периферийному каналу между дисками и корпусом, а далее поступала
в выходную улитку. На струйки тока жидкости при вращении дисков
действуют одновременно тангенциальные силы ее закрутки и радиаль-
ная центробежная сила. Согласно авторскому описанию патента, когда
диаметр дисков, расстояние между ними и скорость вращения подби-
рались оптимальными, то струйки тока текли по спирально раскручи-
вающейся кривой эквидистантно с минимальными потерями энергии
на трение, и эффективность работы такого насоса оказывалась выше,
чем у обычного роторного насоса с изогнутыми лопатками.

Во втором патенте Н. Тесла конструкция турбины была анало-
гична устройству насоса, только вход воды высокого давления осу-
ществлялся через инжекционные каналы, встроенные в обечайку
корпуса, и струи воды поступали в тангенциальном направлении к
вращающимся дискам, закрепленным на валу. Вода проходила меж-
ду дисками, при этом струйки тока закручивались по спиральной
кривой к центру и далее через отверстия в дисках попадали в выход-
ную улитку в центре корпуса. Согласно описания патента, эффектив-
ность такой турбины для оптимальных параметров (диаметр дисков,
расстояние между ними, давление жидкости на входе) оказывалась
выше, чем для обычной турбины с изогнутыми лопатками.
Высокие значения эффективности преобразования кинетической
энергии вращения в потенциальную энергию давления жидкости в на-
сосе и, наоборот, в турбине Н. Тесла связывает со свойствами жидко-
сти: адгезии (прилипание) и вязкости, но остается открытым вопрос:
откуда берется «лишняя» энергия при закрутке жидкости? В свете
вышеизложенной теории можно утверждать, что в таком сильно за-
крученном потоке воды на стенках дисков будет идти интенсивная ка-
витация пузырьков и накачка молекул Н2О колебательной энергией.
Взрывающиеся пузырьки создадут большое количество кумулятив-
ных струек пароводяной смеси с импульсом отдачи, приложенным к
твердой поверхности дисков, что обеспечит дополнительную энергию,
за счет которой и будет осуществляться их вращение. В таком случае
величина этой дополнительной энергии будет определяться балансом
поступления колебательной энергии вследствие химических реакций
типа табл. 4.2, а также потерь ее из-за сильной турбулизации течения,
частого разрыва водородных связей между молекулами в кластерах и,
в конечном счете, релаксации колебательной энергии в тепло.

В 2004 году автор данной книги присутствовал на семинаре в
институте ИОФАН (РАН), где докладывал о своем устройстве изо-
бретатель с Алтайского края Ленев Н.И (демонстрировались слайды
и фильм). Устройство представляло собой плавучую минигидроэ-
лектростанцию, рама которой устанавливалась на поплавках, кре-
пившихся с помощью тросов к берегам речки или якорям. На раме
размещались два колеса с зубьями, соединенных цепной передачей,
к звеньям которой крепились вертикальные лопатки, опущенные в
воду и развернутые под определенным углом к направлению реч-
ного потока воды. Одно из колес через редуктор было соединено с
электрогенератором, установленным на этой же раме. Устройство
имело габаритные размеры примерно 3*0,5*0,5 м и выдавало элек-
трическую мощность около 3,5 кВт. По неоднократным измерениям
автора мощность энергии набегающего потока речной воды на всю
площадь лопаток с учетом скорости течения составляла 1,45+1,75
кВт для различных участков реки. Таким образом, электрическая
мощность, получаемая с этой установки, в 2+2,5 раза превышала
мощность энергии набегающего потока речной воды.

Участники семинара, естественно, не делали попыток найти объ-
яснение такому феномену, а было сразу констатировано, что такого
быть не может, потому что это не соответствует закону сохранения
энергии, а методики измерения скорости потока воды, электрической
мощности и самого изобретателя вежливо высмеяли. Из данного
факта еще раз наглядно видно отношение официальной науки к та-
ким изобретениям и непонятным научным проблемам. К сожалению,
привычная стереотипная реакция на непонятные явления может быть
не всегда верной. Хорошей иллюстрацией к этому замечанию служит
сцена из Козьмы Пруткова - посетитель зоопарка долго смотрел на
жирафу и ушел со словами: «Этого не может быть».

Зигот эксперимент очень наглядно перекликается с опытами В. Ша-
убергера и появление «лишней» энергии объясняется вышеизложенной
теорией. Если рассмотрим картину набегающего потока воды на по-
ставленную под определенным углом к вектору скорости плоскую пла-
стину, то за ней будет образовываться вертикальный вихрь, а на стенке
пластины, которую обтекает этот закрученный поток воды, будут возни-
кать кавитационные пузырьки. Взрываясь, эти пузырьки создадут им-
пульс движения от пароводяных струек, ударяющих в стенку пластины,
в совокупности образующих дополнительную интегральную силу, дей-
ствующую на эту пластину. Здесь еще раз надо напомнить, что лишняя
энергия черпается за счет энергии межмолекулярных и межатомных
связей молекул Н2О, и вода выступает в качестве «топлива».

В пояснение этого эксперимента нужно также добавить: эффект
дополнительных усилий на лопатки может быть получен, во-первых,
для специального их профиля, а во-вторых, при низких температу-
рах воды (около 4°С).

8.3.	Технологии и устройства по воздействию различных
видов излучения на водонефтяные эмульсии и нефть

Большое практическое значение имеют технологии, использую-
щие селективные воздействия на нефть, другие жидкие углеводоро-
ды и водонефтяные эмульсии. Они позволяют с гораздо меньшими
затратами энергии по сравнению с существующими тепловыми воз-
действиями (на порядки) и более высоким качеством достичь необхо-
димых результатов. Эти технологии касаются вопросов переработки
нефти, очистки ее от тяжелых парафинов, очистки нефтегазопрово-
дов и арматуры от загрязнений, разделения водонефтяных эмульсий
или, наоборот, создания водо-мазутных эмульсий и значительного
увеличения дебита нефтяных и газовых скважин, включая и реани-
мацию старых, выработанных обычными методами добычи. Прин-
ципиальная сущность селективных воздействий таких как: электро-
магнитное излучение высокой и низкой частоты, лазерное излучение,
акустические волны инфразвукового и ультразвукового диапазонов,
слабое переменное магнитное поле и т.д. на нефть и другие жидкие
углеводороды связано с тем фактом, что в жидких углеводородах
всегда присутствует вода то ли в гидратированном состоянии, хи-
мически связанном или в виде изолированных включений (капель,
прослоек). Такие селективные воздействия на воду, как подробно
описано в предыдущих главах книги, приводят к колебательной на-
качке молекул Н,О, протеканию квантово-химических цепных реак-
ций (3.25^-3.27), табл. 4.2, рис. 4.2, рис. 4.3, образованию элементов
ОН, О, Н, Н,О,, О„ Н,, О3, ОН ,Н’,е и т.д., излучению квантов света
(в основном, в ультрафиолетовом диапазоне). Под действием таких
излучений, присутствия активных радикалов и колебательного воз-
буждения начинают идти химические реакции уже между углеводо-
родными молекулами, что, в конечном итоге, приводит к разложению
тяжелых фракций на более легкие, включая и газообразные. Все это
в совокупности существенно изменяет свойства жидких углеводоро-
дов: уменьшается вязкость, отделяется вода, твердые осадки выпада-
ют на дно, легче происходит разделение на фракции.

В данном разделе приведены некоторые примеры эксперименталь-
ного применения таких селективных воздействий на нефть и другие
углеводороды, осуществленные на практике различными изобретателя-
ми. Один из авторов изобретений [7.4] рассказал, что заказчики поста-
вили перед ними задачу - отделить от грязной воды, которая остается
после промывки нефтяных цистерн, остатки нефти. В качестве образца
авторы взяли ведро (10 л.) этой грязной воды и воздействовали на нее
очень слабым, как сами говорят, магнитоакустическим излучением от
прибора, весившего всего ~2 кг, в результате чего через некоторое вре-
мя произошло разделение этой смеси на пленку нефти и чистую воду.
Заказчиков это не удовлетворило, и они попросили провести подобное
разделение в бочке объемом 200 л. Облучив небольшой объем воды в
бочке, авторы изобретений [7.4] также получили разделение нефти и
воды. Затем этот эффект с положительным результатом был продемон-
стрирован и на цистерне воды, загрязненной нефтью объемом 60 м3,
причем нужно отметить, что в двух последних случаях облучение про-
изводилось не всего объема, а очень малой его части.

Аналогичный эксперимент демонстрировали в телепередаче
[5.123], проводившийся в лаборатории А. Солодилова (автора изо-
бретений [7.4]): в две колбы наливали водонефтяную эмульсию
черного цвета, которая является отходами нефтедобычи, и к стенке
одной из них вплотную, но без специального прижима, приставля-
ли источник ЭМИ, находившимся в корпусе из нержавеющей стали.
Через четверо суток воздействия часть воды в этой колбе отделилась
и заполнила примерно 1/3 нижнего объема, причем наблюдались
кратерные образования на границе фаз, свидетельствующие о про-
текании процесса разделения. На седьмые сутки разделение воды и
нефти закончилось, и объем воды составил около 2/3 общего объема.
Плотность мощности ЭМИ воздействия на водонефтяную эмульсию
была сопоставима с силой электромагнитного поля, характерного
для сердца человека. В контрольной колбе, стоявшей рядом, ника-
кого разделения воды и нефти не произошло. Здесь нужно отметить
один нюанс - суммарное время процесса в течение семи суток со-
впадает с периодом перехода аттрактора предварительно кипяченой
воды в аттрактор обычной «сырой» воды, что говорит о единообра-
зии квантово-механических и колебательно-неравновесных химиче-
ских реакций в ней.

На выставке в Москве «Архимед 2002» автором изобретения [4.44]
рекламировалась установка, предназначенная для удаления парафи-
на из сырой нефти. Установка имела характеристики: потребляемая
мощность - 10 кВт/час; мощность ЭМИ излучения - 16 ватт; произво-
дительность - 3000 м3/час; вес - 6*7 тонн; габаритные размеры: диа-
метр <1=1,7 м и высота Ь= 1,2 м. Механизм воздействия на нефть автор
дословно объясняет так «...при воздействии инфразвуком на сырую
нефть за счет резонансных явлений образуется ионизированный водо-
род Н1. Далее при взаимодействии двух ионов водорода с парафином
СНЯОН|2 последний - преобразуется в газообразное состояние СН|8,
с последующим естественным удалением из нефти. Одновременно с
этим гидрооксидная группа ОН2 выпадает в осадок в виде воды». Та-
кое объяснение можно трактовать как псевдонаучный жаргон.

По предположению автора настоящей книги, в двух последних
устройствах на нефть и водонефтяную смесь воздействовали ин-
фразвуковыми колебаниями низких частот, находящихся в диапазо-
не 0*20 Гц резонансных частот поглощения в жидкой воде (см. табл.
3.18). Эти воздействия осуществлялись пластиной из пьзокристал-
лического вещества, по-видимому, титаната бария.

Авторами [8.73] создана установка по уменьшению вязкости
тяжелых нефтей, масел, мазута с частичным разложением на более
легкие фракции. Основным узлом её является, так называемый, де-
зинтегратор, представляющий собой сопло с малым критическим
сечением, через которое под давлением 60*80 ат. продавливается
жидкость. Обработка таким образом мазута позволяет уменьшить
его вязкость в 1,5* 1,7 раз при температуре 100° С, снизить темпе-
ратуру замерзания с +25° С до -(2*6)° С, повысить теплотворную
способность топлива на 1,5*3%. При этом температура вспышки в
открытом тигле повысилась с 110° С до 162° С, что косвенно служит
подтверждением образования в мазуте легких фракций, температура
воспламенения которых выше, чем у тяжелых углеводородов с длин-
ными цепями. Обработанный по такой технологии мазут сохранял
свои свойства длительное время (более четырех месяцев).

Принцип влияния на мазут, масла и нефть такой технологии
зключается в сильнейшей закрутке потока жидкости в канале кри-
тического сечения сопла, образования аэрозолей и кавитационных
процессов. В результате таких воздействий в каплях воды, находя-
щихся в углеводородном топливе, начинают идти процессы по на-
качке молекул колебательной энергией, образованию элементов О,
ОН, Н, Н2О2, ОН-, Н+, е , что, в конечном счете, вызывает развал тя-
желых углеводородных молекул на более легкие.

В патентах и газетной статье автора [8.5] описываются устрой-
ства, которые опускались в нефтедобывающую скважину и генери-
ровали некое излучение малой мощности, позволяющее увеличить
дебит нефти на 85%, в 5 и 10 раз, причем ноу-хау изобретений яв-
ляются вид излучения и его спектральные характеристики. Эти экс-
периментальные работы проводились на нефтяных месторождениях
Суматры (Индонезия) и в России (Шкаповское в Башкирии, Сутер-
минское в Сибири). На основании такого большого прироста дебита
в течение длительного времени можно сказать, что излучение рас-
пространяется на большие площади нефтеносных пластов горных
пород. Единственным излучением, распространяющимся в пластах
земной коры с минимальными потерями, являются низкочастотные
инфразвуковые волны [8.48], но создать чисто инфразвуковое излу-
чение в приборе малых габаритов невозможно, поскольку требуется
резонатор длиной около сотни метров. Поэтому можно предполо-
жить, что прибор излучал, по-видимому, низкочастотные электромаг-
нитные колебания (ультразвук очень сильно поглощается в разных
веществах). Поскольку такое применение воздействий на нефтяной
пласт горных пород имеет очень большую важность с точки зрения
практического применения, дадим достаточно развернутое объясне-
ние физики этого явления.

Согласно справочных данных ([1.6], стр. 1182) магнитная вос-
приимчивость разных горных пород составляет: магматических и
метаморфических от 100 до 4000* 10’9 м3/кг, осадочных - до 600* 10’9
м3/кг, а намагничиваемость достигает 0,32 А/м, в то же время маг-
нитная восприимчивость большинства чистых диа- и парамагнети-
ков в 10-5-1000 раз меньше ([1.6], стр. 594-5-604) и, например, намаг-
ничиваемость чистого железа равна 0,02816 А/м. И только для таких
веществ как ЕиС12, ТЬ2(8О4)3 и Ее(ОН)2 магнитная восприимчивость
равна соответственно 119; 129 и 124,6* 10"9 м3/кг, но первые два очень
редко встречаются в горных породах, и содержание элементов Ей и
ТЬ в земной коре составляет, соответственно, 7* 10'4% и 10'4%, а же-
леза существенно больше - 4,2% ([1.6], стр. 1182). Поэтому можно
сделать вывод, что за высокую магнитную восприимчивость и намаг-
ничиваемость горных пород ответственны гидратированные окислы
железа, которые распространены повсеместно практически во всех
породах. При длительном воздействии переменного электромагнит-
ного поля низкой частоты в забое нефтяной скважины на окружаю-
щие породы, содержащиеся в них магнитные домены (гидратные
молекулы Ее) постепенно из хаотического расположения перейдут в
ориентированное по направлению силовых линий магнитного поля
и создадут дополнительное свое магнитное поле, которое будет да-
лее воздействовать на все более удаленные пласты горных пород.
Горные породы будут намагничиваться и долго сохранять это состо-
яние, возникает как бы естественный магнитопровод, по которому
электромагнитная волна будет распространяться от устья скважины
во всех направлениях. Здесь нужно обратить внимание на высокую
намагничеваемость горных пород (0,32 А/м) которая значительно
выше даже величины одного из наиболее сильно намагничиваемого
металла - железа (0,02816 А/м).

Кроме предложенной теории, возможно использование автора-
ми изобретений [4.44, 8.5] в своих устройствах генераторов излуче-
ния инфразвуковых колебаний плотности жидкости, основанных на
вибрациях пьезокристаллической пластины, опущенной непосред-
ственно в нефть и водонефтяную смесь (в забое скважины). Диапа-
зон этих инфразвуковых частот у автора изобретения [4.44] был от 0
до 20 Гц и включал 10 резонансных частот поглощения излучения в
жидкой воде (см. табл. 3.18).

В нефтеносном пласте горной породы в ее порах и трещинах
всегда присутствует вода. Кроме того, и в самой нефти, представ-
ляющей собой смесь различных классов углеводородов, молекулы
СпНт могут быть гидратированы. При воздействии даже слабого пе-
ременного магнитного поля, например, с напряженностью Нв=0,08
А/м и резонансными частотами (см. табл. 3.17) на капли и кластеры
воды, находящейся в нефти и трещинах горной породы начнут идти
процессы по колебательному возбуждению молекул Н2О и экзотер-
мическим цепным реакциям разложения водородного типа рис. 4.2,
подробно описанных в гл. 3, 4, 6. В результате образования радика-
лов О, ОН, Н начнутся реакции и по разложению тяжелых парафи-
нов на более легкие фракции и воду, кроме того, начнут разрушаться
гидратные соединения углеводородов и образовываться газообраз-
ные фракции Н2, О2 и СпНт. Эти процессы приведут, во-первых, к
уменьшению вязкости нефти и воды, а, во-вторых, образующиеся
газообразные фракции, увеличат внутрипластовое давление в нефте-
носной горной породе, что и обеспечит существенное увеличение
дебита нефтяной скважины.

В рекламе РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина (Москва) описы-
вается технология вибросейсмического воздействия на нефтеносный
пласт горной породы при добыче нефти из скважины. Устройство
представляет собой наковальню, устанавливаемую на дне забоя сква-
жины, по которой с определенной частотой ударяет массивный молот,
в процессе эксплуатации скважины и откачки водонефтяной смеси из
нее оно работает постоянно. В рекламе описаны следующие допол-
нительные эффекты, которые появляются в результате ударного воз-
действия на пласт породы: раскрытие старых и образование новых
микротрещин, разрушение отложений на поверхности перфорацион-
ных каналов, тиксотропное разрушение глинистых включений, раз-
рушение и дезинтеграция кольматирующего материала - ослабляется
его связь с породой, облегчается перенос частиц потоком жидкости
по поровым каналам, уменьшается блокирующее действие остаточ-
ных фаз газа, нефти и воды. Кроме того, в пласте инициируются и ин-
тенсифицируются процессы массообмена, усиливается капиллярная
пропитка, вовлекаются в работу целики нефти и пропластки, улуч-
шаются фильтрационные свойства призабойной зоны, повышается
продуктивность и, в конечном счете, все это приводит к увеличению
нефтеотдачи пласта. Существенно уменьшается доля воды в выкачи-
ваемой из скважины жидкости. Например, до установки этого устрой-
ства дебит скважины был ~100 м3/сутки при степени обводненности
270%, а после установки соответственно 175 м3/сутки и 95%.

Из этих описаний видно, в пласте происходят не только меха-
нические разрушения но, главное - идут новые физико-химические
процессы. Частота ударов явно низкая - менее 1 Гц и может совпа-
дать, например, с резонансной частотой для жидкой воды - 0,078 Гц.
Акустические волны и волны упругих колебаний среды (жидкости и
горной породы) переводят водонефтяную смесь в новое устойчивое
состояние (новый аттрактор). Волны сжатия и разряжения, в тече-
ние длительного времени, проходя по среде, способствуют разрыву
водородных связей в эмульсии, встряске отдельных кластеров воды
и постепенному выстраиванию их электрических диполей в относи-
тельно упорядоченное состояние вдоль силовых линий геомагнит-
ного поля земли. Вследствие этого в некотором пространстве около
забоя повышается напряженность электромагнитного поля, которое
начинает воздействовать на воду, увеличивая степень колебательно-
го возбуждения молекул Н2О, а дальше начинают идти процессы по
образованию газовых фракций и уменьшению вязкости жидкости,
подробно описанные выше.

8.4.	Экспериментальные данные по созданию
«вечного» двигателя с использованием эффекта
распада капель жидкости

До настоящего времени не нашли объяснения с научной токи
зрения некоторые уникальные экспериментальные данные о двига-
телях по выработке механической и электрической энергии, непре-
рывно работавших длительное время (часы, недели, месяцы, годы)
без заправки топливом, причем официальная наука считает их про-
сто бредом ненормальных людей. Тем не менее, такие двигатели
действительно существовали и требуют объяснений. Автор в дан-
ном разделе собрал три описания таких устройств, созданных в свое
время независимо тремя изобретателями в США, Австрии и СССР
и попытался сформулировать достаточно разумную теорию, объяс-
няющую реальные физические процессы, идущие в них.

8.4.1.	Двигатель Роберта Клемма

Рис. 8.21. Схема двигателя Р. Клемма: 1 - конус
с винтовыми каналами: 2 - форсунки; 3 - гер-
метичная камера; 4 - винтовые каналы; 5 - пу-
стотелый вал; 6 - теплообменник; 7 - насос;
8 - фильтр; 9 - трубопровод; 10- стартовый
электродвигатель с разъемной муфтой; 11 -
шкив; 12 - рабочая жидкость [4.3].

В книге [4.3] описана история, которая была опубликована фир-
мой «Скиф» (г. Воронеж) в Интернете на сайте «Альтернативная
энергетика». В США в 1972 г. инженер Ричард Клемм, работавший
оператором тяжелых машин в Далласе, обратил внимание, что по-
сле отключения электропитания отдельных типов насосов они про-
должали работать некоторое время. На основании этого опыта и, как
говорил сам, некоторых безумных идей он изобрел двигатель мощ-
ностью 350 лошадиных сил, который работал автономно, не потре-
бляя топлива, а рабочей жидкостью в нем было растительное масло.
Принципиальная схема конструкции этого двигателя показана на
рис. 8.21. В герметичной камере (3) находится конус («турбина») (1)
с винтовыми каналами (4), которые на основании конуса заканчива-
ются форсунками (2). Рабочая жидкость (12) охлаждается в теплооб-
меннике (6) и с помощью семиступенчатого насоса (7) через фильтр
(8) и трубопровод (9) подается
в пустотелый вал (5). Насос
механически соединен с кону-
сом (1), а для первоначальной
раскрутки двигателя служит
стартовый электродвигатель с
автоматической муфтой разъ-
единения (10) и шкив пере-
дачи вращения (11). Двига-
тель весил около 200 фунтов,
в качестве рабочей жидкости
использовалось растительное
масло, рабочая температу-
ра которого была 150°С. Чем
больше давление жидкости,
тем быстрее вращается конус
и больше скорость жидкости
в винтовых каналах, причем
жидкость подается в пустоте-
лый вал под давлением 24^40 ат. При длительной работе двигателя
жидкость перегревается и поэтому требуется теплообменник (6). В
процессе начальной раскрутки, когда скорость вращения вала дости-
гает 1800^-2300 об/мин конус (2) начинает вращаться самостоятель-
но, и приводной двигатель отключается.

Р. Клемм говорил, что использовал растительное масло потому,
что его двигатель работает при температуре 150°С (300°Е), при кото-
рой вода выкипает, а обычное моторное масло разрушается. Двига-
тель был проверен корпорацией «Вешйх» путем подсоединения его к
динамометру для измерения мощности на валу. Измерения показали,
что двигатель устойчиво вырабатывал мощность 350 лошадиных сил
непрерывно в течение девяти дней. Это поразило инженеров фирмы,
и они пришли к выводу, что источник, который может вырабатывать
столько энергии в закрытой системе в течение столь длительного
времени может быть только ядерным. Когда умер Клемм, его ма-
стерскую посетили представители властей, все записки и рисунки
изъяли, но его сын забрал и отвез один действующий двигатель на
ферму близ Далласа, там он залил его бетоном на глубине 10 футов и
двигатель продолжал работать в течение нескольких лет.

В 2004 году в Интернете появилась статья [8.49] с описанием
двигателя Р. Клемма, установленного на автомобиле. По старым га-
зетным материалам за 1972 г. приведены некоторые беседы Р. Клем-
ма с журналистами, фотографии его рядом с автомобилем, на кото-
ром установлен этот двигатель и фотография узлов двигателя (рис.
8.22), которая была опубликована самим Р. Клеймом вместе с при-
близительным описанием в брошюре. Из этой статьи можно извлечь
некоторую дополнительную информацию. Автомобиль ездил со ско-
ростью до 103 миль/час, одной заправки растительного масла в 9 гал-

лонов должно было хва-
тать на 115000-^-150000
миль (как говорил он
сам). Живые свидете-
ли, знавшие Р. Клемма,
подтверждают, что ав-
томобиль с его двига-
телем действительно
ездил, но испытаний на
длительный пробег не
проводилось. В каче-

Рис. 8.22. Двигатель Р. Клема: 1 - конус с винтовыми СТВе ИСТОЧНИКа ЭЛеКТрО-
каналаии; 2 - форсунки; 5 - пустотелый вал [8.49] энергии ДЛЯ Начального
электропривода по раскрутке двигателя служила аккумуляторная ба-
тарея с напряжением в 12 В. По словам Р. Клемма, после раскрутки
двигателя батарею можно было выбросить, хотя сам он в автомобиле
ее использовал для освещения и звуковой сигнализации. По словам
самого Р. Клемма: «... устройство состоит из семиступенчатого на-
соса и преобразователя энергии. Насос используется для движения
топлива (подсолнечного масла) под давлением от емкости хранения
к преобразователю, где энергия преобразуется в энергию вращения,
затем далее подает его в емкость хранения и «энергия циркулирует в
цикле». В преобразователе акт циркуляции топлива подобен такому
же для турбины, но это не турбина».

Попытаемся прокомментировать эту невероятную историю. Дви-
жущей силой, приводящей во вращение основной элемент двигателя
- конус, являются не центробежные силы, создаваемые импульсом от-
дачи жидкости, вылетающей из форсунок, как пишут многие исследо-
ватели, - для этого принципиально не нужны форсунки, создающие
дополнительное сопротивление, а, как это делают в «сегнеровом ко-
лесе», плавно изогнутые каналы. Но в такой схеме, как показывают
аккуратные оценки всех сил, «вечного двигателя» не получается и
энергия первоначальной раскрутки двигателя за счет трения в течение
некоторого времени рассеивается в окружающем пространстве.

Форсунки в основании конуса на выходе винтовых каналов
нужны для того, чтобы интенсивно раздробить жидкость на капли
субмикронных размеров (для этого и нужно такое большое давле-
ние в подводящем канале конуса 24-^40 ат). Вследствие сильной
неустойчивости, создаваемой трением турбулентного потока в око-
лозвуковом сопле и акустических волн, образующиеся капли будут,
фактически, взрываться (время распада водяной капли по вышепри-
веденным экспериментальным данным - Ю’-НО"6 сек, см. гл. 5). За
счет взрыва капель создается импульс отдачи, который, воздействуя
на стенки сопла форсунок, и приводит во вращение конус.

Сделаем простые оценки для определения полного импульса
взрывающейся водяной капли на основании вышеприведенных экс-
периментальных данных, взятых из монографии [2.7]. Для радиуса
водяной капли г,=4 мкм ее масса составляет т=2,7х1013 кг, а коли-
чество таких капель в 1 г воды будет Н=О,37*1О10, скорость разлета
мелких кластеров и молекул определим величиной У^^-г^/тМО3 м/
сек, где г2 =1 мм - радиус образовавшейся сферы, т=10'6 сек вре-
мя разлета частиц. Тогда полный импульс движения, создаваемый
одной каплей, составит ту=2,7х1010 кгм/сек, а для 1 г воды будет
т^] кгм/сек. Давление или сила тяги, создаваемая расходом воды в
1 г/сек и скоростью истечения 103 м/сек, будет около 1 кгм/сек2. Если
примем радиус основания конуса (1) равным 0,15 м и угловую ско-
рость вращения - 1800 об/мин, чтобы получить мощность двигате-
ля 350 л.с. требуемый расход жидкости через все форсунки составит
0,93 кг/сек. В общем, получаются достаточно приемлемые цифры,
хотя оценки довольно грубые, но отличия от истинных значений бу-
дут составлять разы, а не порядки.

Подача жидкости по винтовым каналам вдоль боковой поверх-
ности конуса нужна не только для создания большого давления перед
форсунками, а главное - для закрутки ее в них с большой скоростью.
Такое воздействие на жидкость будет совершенно аналогично вы-
шеописанному для вихревой трубы теплогенератора - на оси будет
возникать воздушная каверна, интенсифицируются кавитационные
явления, молекулы жидкости будут колебательно возбуждаться и
начнутся неравновесные цепные химические реакции, усиливаю-
щие эти процессы. Эти явления приведут к существенным неустой-
чивостям образующихся в форсунках капель жидкости, дроблению
крупных до субмикронных размеров и распаду (взрыву) последних.

Здесь необходимо сделать отступление и разобраться с рабочей
жидкостью - растительным маслом. Неясно, обладают ли молекулы
углеводородных соединений такими же свойствами, как молекулы
воды - таких сведений в научной литературе крайне мало и опреде-
ленных выводов сделать нельзя. С другой стороны, прямые экспе-
рименты по использованию различных осушенных масел в теплоге-
нераторах дали отрицательные результаты (эффективность их была
меньше единицы, см. выше). В то же время, использование влажных
масел приводило даже к возрастанию эффективности преобразова-
ния электрической энергии в тепло по сравнению с чистой водой за
счет повышения рабочей температуры. Характерным примером под-
тверждения этого вывода является работа [8.23], где в теплогенера-
торе с вихревой трубой (рис. 8.11) использовался влажный глицерин,
который позволил повысить рабочую температуру с 95 до 150°С.
При этом эффективность преобразования электрической энергии в
тепловую увеличилась в 1,5-^2 раза по сравнению с чистой водой (от-
метим не случайное совпадение рабочих температур).

Разберем, как работает двигатель Р. Клемма. Вначале с помо-
щью стартового электродвигателя (10) и насоса (7) конус (1) при-
водится во вращение и через его каналы (4) продавливается рабочая
жидкость под давлением 25^40 ат. Молекулы воды и углеводородные
молекулы (брутто формулу органических соединений масел можно
записать СтНпОр), проходя через вращающиеся каналы, колебатель-
но возбуждаются, и начинают идти цепные реакции по разложению
молекул с выделением колебательной энергии. Далее жидкость,
попадая в форсунки (под очень большим давлением), дробится на
капли, причем крупные капли вследствие неустойчивости будут раз-
валиваться до субмикронных размеров. В результате колебательной
накачки молекул, сильных механических и акустических воздей-
ствий в каплях лавинообразным способом протекают цепные реак-
ции (3.25-^3.27), табл. 4.2, рис. 4.2, и капли взрываются, отдавая свой
импульс движения стенкам форсунок и увеличивая скорость враще-
ния конуса. В образовавшейся парогазовой смеси будут присутство-
вать молекулы и кластеры воды, масел, радикалы: ОН, О, Н, СпНт,
СО, С, НО,, Н,О,, О,, СО,, Н, ионы, электроны, причем молекулы
будут колебательно возбуждены. По мере увеличения концентрации
всех этих элементов в парогазовой смеси с, одной стороны, ионы
и радикалы, являющиеся ядрами конденсации паров, обеспечат об-
разование капель, стекающих в жидкость. С другой - над зеркалом
жидкости будут происходить процессы рекомбинации ионов в ней-
тральные радикалы и молекулы, рекомбинация радикалов в моле-
кулы, которые, конденсируясь в капли, также будут стекать на дно
герметичной камеры (3). Эти процессы будут интенсифицироваться
при высоком давлении газовой фазы, что и обеспечивается в цикле.
Раскрутка конуса стартовым двигателем и прокачка жидкости насо-

сом продолжается до тех пор, пока давление насыщенных паров ма-
сел и воды над зеркалом жидкости в камере (3) не достигнет 24^40
ат, а время раскрутки будет составлять, по-видимому, от минуты до
десятка минут.

Схематично эти переходные процессы, происходящие с моле-
кулами жидкости, можно представить в виде схемы, показанной на
рис. 8.23. В фазе №1 в жидкости идут цепные реакции типа рис. 4.2
и осуществляется колебательное возбуждение молекул. Далее в фазе
№2 происходит дополнительная колебательная накачка молекул, а в
фазе №3 жидкость за счет большого перепада давления на форсунке
и сильных турбулент-
ных пульсаций дробится
на капли. Затем в фазе
№4 благодаря сильно-
му колебательному воз-
буждению молекул идут
цепные реакции, капли
взрываются, и в фазе №7
происходит отбор меха-
нической работы от си-
стемы. В фазе №5 нака-
пливается паровая фаза,

повышается панление ?ис' Схема движении рабочего тела в двигатете
повышаем давление р	г4зЛ49}

выше уровня давления
насыщенных паров при данной рабочей температуре, а образующие-
ся из молекул кластеры за счет переизлучения от плазмы развалива-
ющихся капель накачиваются колебательной энергией, и происходит

1)	Нижняя часть
камеры (3). Коле-

2)	Винтовые ка-
налы (4). Допол-

батедыюе воэбуж- шетелькое коле*

дение молекул

бательное воз-
буждение

3)	Форсунки (2).
Дробление жид-

костя на каляи.

6) Верхняя часть
камеры (3). Реком-
бинация ионов,
радикалов, кон-
денсация капель.

5) Верхняя часть
камеры (3). Паро-

лы, ионы.радика-
яы, электроны.

4) Форсунки (2).
Образование
пара, молекул,
ионов, радика-
лов, электронов

7) Отбор
механичес-
кой работы
гидратация ионов. В фазе №6 осуществляется рекомбинация ионов в
нейтральные радикалы и молекулы, радикалов в молекулы и конден-
сация капель жидкости, которые переходят в фазу № 1.

Здесь рабочая жидкость совершает последовательный кругообо-
рот по отдельным стадиям аналогично тому, как это происходит в
обычном холодильнике, только от горячего тела отбирается не теп-
ло, а механическая энергия. Но в этом цикле существует принци-
пиальная особенность: если конденсация паров воды и масел про-
исходит обычным образом, то на «испарение» жидкости благодаря
резонансным явлениям затрачивается существенно меньше энергии,
чем при ее нагреве. Работа в этом двигателе совершается за счет
выделения энергии межмолекулярных, межатомных связей, а так-
же ионизации атомов и молекул, которая образуется за счет цикла
квантово-механических (3.25-^3.27) и колебательно-неравновесных
цепных реакций табл. 4.2, рис. 4.2 и 4.3. Принципиально важно,
что большая часть энергии запасается на колебательных степенях
свободы молекул, радикалов и обеспечивает развал (взрыв) капель
в форсунках с малыми энергетическими затратами благодаря резо-
нансным явлениям. Так энергия межатомных связей, участвующих в
этом процессе элементов составляет: С-С - 260^760 кДж/моль; С-Н
- 360 кДж/моль; С-О - 300-^-1500 кДж/моль; О-Н - 460 кДж/моль. В
процессе взрыва капель происходит разрыв этих связей с выделени-
ем энергии, при этом потенциальный барьер химических реакций по
большей части обходится тунеллированием благодаря резонансным
явлениям вследствие колебательного возбуждения реагентов, всту-
пающих в реакцию, о чем подробно говорилось в гл. 4 и 5. Далее
в паровой фазе радикалы и молекулы ОН, О, Н, СпНт, СО, С, НО2,
Н2О2, О3, СО2, Н2 в основной массе снова рекомбинируют в молеку-
лы воды и масла, при этом они оказываясь колебательно возбужден-
ными, конденсируются в капли и оседают в объем жидкости. Откуда
берется «лишняя» энергия этого вечного двигателя будет изложено
в разделе 8.4.4.

8.4.2.	Всасывающая турбина В. Шаубергера

По-видимому, пионером в изобретении устройства подобного
тому, которое создал Р. Клемм, является В. Шаубергер. Это, так на-
зываемая им самим, всасывающая турбина, первый образец которой
был изготовлен в 1921 году [8.38,8.45]. На основании принципов
работы такой турбины впоследствии он сконструировал генераторы
для выработки электрической энергии, один из которых работал у
него дома и обеспечивал эффективность (то есть отношение полу-
ченной энергии к затраченной на привод) более 10. Во время вто-
рой мировой войны В. Шаубергер на этом же принципе разработал
приводные двигатели для самолетов и ракет. Был ли создан полно-
масштабный летательный аппарат, двигатели которого работали по
принципу всасывающей турбины неясно, но документально зафик-
сирован факт, что модельный экспериментальный образец, весив-
ший 135 кг с начальной приводной мощностью 0,05 л.с. при полете
во время испытаний пробил крышу фабрики.

Вот что пишет сам В. Шаубергер о принципе работы такой тур-
бины: «...если воду или воздух (влажный, примечание автора на-
стоящей книги) заставить двигаться циклоидально (по спирали) под
действием высокооборотных вибраций, то это ведет к образованию

«структуры из энергии» или высококачественной «тонкой материи»,
которая левитирует с невероятной силой, увлекая за собой корпус
генератора. Если доработать эту идею согласно природным законам,

то получится идеальный самолет или идеальная подлодка, и все это

почти без затрат на производственные материалы».

На рис. 8.24 приведены две фотографии: В. Шаубергера рядом с
работающей моделью генератора электроэнергии и открытого блока

турбины с винтовыми каналами подачи рабочего тела, выполненны-

ми в виде навитых трубок. На основании имеющихся материалов

можно описать конструкцию этой всасывающей турбины. Устрой-

ство включает в себя
следующие основные
узлы: непосредственно
саму турбину (подоб-
ную газовой или паро-
вой) в цилиндрическом
корпусе с валом и наса-
женным на него рабочим
колесом с лопатками (на
рис. 8.24 она находится в
цилиндрическом корпу-
се с фланцами), непод-
вижный направляющий
аппарат рабочего тела

Рис, 8.24. В. Шаубергер с моделью домашней электро-
станции на основе всасывающей турбины (1955г.)
[8.45].

(жидкой воды), выполненный в виде винтообразно навитых трубок
(виден в правой части снимка, сверху), форсуночный узел, сделан-
ный в виде диска с насверленными отверстиями или специальными
форсунками, которые направлены под определенным углом к лопат-
кам турбины, а с другой стороны герметично соединены с трубками

направляющего аппарата, электрогенератор с ременным приводом
от вала турбины (в левой нижней части снимка), систему подачи ра-
бочего тела (воды) в направляющий винтовой аппарат.
Фактически, схема этого устройства ничем не отличается от
обычной схемы, например, электрогенератора, работающего от па-
ровой турбины, но вот физические принципы преобразования энер-
гии здесь разные. В качестве рабочего тела, как пишет В. Шаубергер,
используется вода или воздух, только необходимо подчеркнуть, что
воздух должен быть влажным, то есть в смеси с парами воды. Если
в обычной схеме работы паровой турбины потенциальная энергия
давления нагретого пара преобразуется в кинетическую энергию
вращения лопаточного колеса, то в турбине В. Шаубергера принцип
преобразования энергии иной. Вода, проходя через винтовые каналы
направляющего аппарата, интенсивно в них закручивается, что при-
водит к сильной кавитации жидкости, образованию звуковых и уль-
тразвуковых волн. Все эти три эффекта: закрутка воды, кавитация и
воздействие звуковых волн - совершенно так же, как в вышерассмо-
тренных теплогенераторах, приведут к интенсивной колебательной
накачке молекул Н,О. Проходя через форсунки, струи воды дробятся
на капли субмикронных размеров и пароводяные струи ударяют в
лопатки турбины. Вследствие сильного колебательного возбужде-
ния молекул Н,0 эти капли являются крайне неустойчивыми и вры-
ваются (см. рис. 5.136), причем этот процесс наиболее интенсивно
будет происходить вблизи твердой поверхности лопаток турбины.
При взрыве капель на поверхности лопаток им будет передаваться
импульс количества движения пароводяных струек, который создаст
интегральную силу, приложенную к этой поверхности. Как уже гово-
рилось выше, при взрыве капель кинетическая энергия черпается за
счет энергии межмолекулярных и межатомных связей молекул Н,О,
то есть в качестве «топлива» здесь выступает та же вода. В описа-
нии В. Шаубергера нужно также обратить внимание на фразу: «вы-
сокооборотные вибрации», которая означает, что вся конструкция
турбины с направляющим аппаратом рабочего тела должна работать
в резонансе звуковых и ультразвуковых колебаний с собственными
частотами жидкой воды (см. табл. 3.18). В этом случае будет обеспе-
чиваться максимальная колебательная накачка молекул Н2О.

Устройство начинает работать следующим образом. Вначале
вода под давлением от независимого источника (насоса или емкости)
подается в винтовой направляющий аппарат и закручивается в спи-
ральных каналах. Далее под действием только кинетической энер-
гии струй жидкости, вырывающихся из форсунок направляющего
аппарата, начинает раскручиваться лопаточное колесо турбины, вал
которой предварительно отсоединяется от привода электрогенера-
тора. В процессе раскрутки колеса турбины, когда образуется зона
пониженного статического давления между форсунками и лопатка-
ми вращающейся турбины, создаются благоприятные условия для
взрыва капель. В процессе распада водяных капель субмикронных
размеров начинают идти квантово-механические и колебательно-
неравновесные реакции (3.25-^3.27), табл. 4.2, рис. 4.2 и 4.3 (см. гл.
4,5). Молекулы Н2О насыщаются колебательной энергией и излуча-
ют фотоны света, резонансно поглощаемыми такими же молекулами
воды в каплях, переводя их в возбужденное состояние и способствуя
их дальнейшему взрыву, то есть процесс взрыва капель существен-
но интенсифицируется. Уменьшение давления парогазовой смеси
в зоне между форсунками и лопатками турбины ведет к дополни-
тельному отсосу воды из направляющих каналов, и неравновесные
условия распада капель усиливаются (именно поэтому В. Шаубергер
и называл свою турбину всасывающей). Далее, когда колесо турби-
ны набирает мощность и обороты - через разъединительную муфту
подсоединяется привод электрогенератора, от которого электропи-
тание поступает не только к внешнему потребителю, но и на насос,
подающий воду в направляющий аппарат.

По данным автора, если эффективность такого устройства до-
стигала примерно 10, то для системы подачи воды в направляющий
аппарат достаточно было отобрать всего 10% электрической энер-
гии, вырабатываемой им. Неясным остается вопрос: использовал
ли Шаубергер для своего устройства постоянно свежую воду, или у
него был замкнутый контур по рабочему телу? В последнем случае
для конденсации части паров воды требуется повышенное давление
(как в устройстве Р. Клемма) и холодильник. При такой большой
эффективности устройства дополнительные затраты энергии на эти
цели могут быть компенсированы за счет вырабатываемой энергии,
то есть можно осуществить полностью замкнутый цикл по рабоче-
му телу, и это устройство будет вырабатывать энергию «из ничего»
(по Шаубергеру из высококачественной «тонкой материи»). Такие
устройства В. Шаубергер действительно создавал, о чем свидетель-
ствуют сторонние наблюдатели, которые присутствовали при их
испытании [6.1]. На самом деле «лишняя» энергия в такой турбине
создается за счет релятивистских эффектов превращения массы ра-
бочего вещества в энергию, о чем будет изложено ниже.

Нужно отметить, что всасывающая турбина В. Шаубергера кон-
структивно отличается от устройства Р. Клемма в лучшую сторону:
направляющий сопловой аппарат в первом случае неподвижен, а
конструкции высокооборотных лопаточных турбин к настоящему
времени хорошо отработаны. Поэтому с точки зрения конструиро-
вания, изготовления и, особенно, эксплуатации генератор энергии
Шаубергера проще и надежнее, чем устройство Р. Клема.

В случае использования в качестве рабочего тела влажного воздуха,
содержащего аэрозоли воды, направляющий аппарат делается таким,
чтобы обеспечить интенсивную закрутку воздуха с применением венти-
лятора или компрессора небольшой мощности. В этом случае главными
физическими воздействиями на аэрозоли воды, обеспечивающими их
нестационарный взрыв на лопатках колеса турбины, должны быть зву-
ковые и ультразвуковые колебания, создаваемые элементами конструк-
ции, с заданными резонансными частотами и интенсивностями.

Вот что пишет Друнвало Мельхиседек о машинах В. Шаубергера
[6.1]. «Возможно, одним из величайших применений воды, которое
я наблюдал, является ее способность черпать энергию из «нулевой
точки». Используя воду и одну только воду, можно присоединиться
к почти бесконечному источнику энергии. Вам следует тщательно
изучить водяную машину - генератор бесплатной энергии В. Шау-
бергера. Во время второй мировой войны Шаубергер изобрел маши-
ну, содержащую воду, которая не только бесконечно много раз ис-
пользовалась повторно, но и открывала реальную возможность для
космических путешествий. Я видел достаточно, чтобы утверждать,
что устройство Шаубергера реально и что его технология в один пре-
красный день будет использована. Небольшой опытный образец раз-
мером 25x45 см развивает мощность 2000 л.с. и работает вечно! У
нашего правительства свои планы и оно запатентовало главные части
изобретения, чтобы оно было недоступно для нас. Но это неизбежно,
так как это устройство очень простое и однажды технология Шау-
бергера будет принадлежать миру. Лучшее достижение этой машины
состоит в том, что она кажется «живой», и все, что находится рядом
с ней, когда она работает, становится здоровым, чувствует себя пол-
ным и целым. Работа совершается только благодаря движению воды
сквозь Священные геометрические камеры».

Достаточно эмоциональное описание, но, тем не менее, про-
комментируем его. Энергия «нулевой точки», конечно, относится к
релятивистской энергии - массе вещества, откуда ее можно черпать
бесконечно (без использования слова почти) для всего человечества.
Это описание - еще одно подтверждение того факта, что машина
Шаубергера действительно работала и если в двигателе Р. Клемма
из всего расхода жидкости (растительного масла, в котором было на-
верняка не больше 5-40% воды) использовалась малая его доля, то
у Шаубергера применение чистой воды позволило увеличить мощ-
ность в 5,7 раз при меньших габаритах устройства. Необычные ощу-
щения людей, находящихся рядом с работающей машиной, вызвано
сильнейшими излучениями молекул воды, что еще раз подтвержда-
ет изложенные принципы ее работы, а также тот факт, что данный
аттрактор воды (устойчивое состояние) соответствует аттрактору
воды, находящейся в биологических клетках человека и это излуче-
ние благоприятно для него, о чем будет изложено в гл. 9.
8.4.3.	«Вечный» двигатель, созданный в Советском Союзе

Похожее устройство, подобное генератору механической энер-
гии Р. Клемма или всасывающей турбине В. Шаубергера, было так-
же изготовлено и испытано русским изобретателем в СССР. Вот что
рассказал автору данной книги энтузиаст альтернативной энергети-
ки Аверкиев В.П., проживающий на Украине. В 1979 году он служил
срочную службу в одной из воинских частей в Подмосковье и ра-
ботал водителем автомобиля. Начальником у него был заместитель
командира батальона по вооружению капитан Хатьянов А.В., кото-
рого он часто возил в г. Загорск (Подмосковье) к одному изобрета-
телю, фамилию которого Аверкиев В.П., к сожалению, не запомнил.
Этот изобретатель жил в собственном частном доме, в котором была
оборудована лаборатория - мастерская, неплохо оснащенная по тем
временам. Однажды (а потом еще несколько раз) этот изобретатель
вместе с Хатьяновым А.В. в присутствии Аверкиева В.П. проводил
испытания устройства, схема которого показана на рис. 8.25. Она
включала в себя: пусковой электродвигатель (1) мощностью 0,8+1
кВт, обеспечивающий число оборотов вала около 3000 об/мин, не-

посредственно сам генератор
механической энергии (2),
стандартный электрогене-
ратор мощностью -2 кВт от
перевозимой электростанции
АБ-2 (3), электрическую на-
грузку в виде лампочек (220
В) (6) и теплонагревателя
мощностью 2 кВт (7). Все
оборудование устанавлива-
лось на станине (8), которая
стояла на металлическом

Рис. 8.25. Схема компоновки генератора энер-
гии: 1 - пусковой электродвигатель; 2 - гене-
ратор механической энергии: 3 - электрогене-
ратор (АБ-2); 4 - разъединительная резиновая
муфта: 5 - соединительная металлическая
муфта: 6 - электролампочки (220 В); 7 - ТЭН
(2 кВт); 8 - станина.

столе. Генератор механиче-
ской энергии представлял
собой герметически закры-
тое устройство габаритных
размеров -0,3 х 0,3 х0,3 м, из
противоположных стенок ко-

торого выступали два несоосных вала. Один вал был соединен с ва-

лом пускового электродвигателя резиновой муфтой автоматического
включения и отключения (4), а второй вал находился несколько ниже

по уровню относительно первого и соединялся обычной шарнирной
металлической муфтой (5) с валом электрогенератора (3). К элек-
трогенератору в процессе испытаний подсоединялись параллельно
электролампочки (6) и электрический нагреватель (7). К устройству
были подведены только электропровода пускового электродвигателя
и больше никаких других систем электропитания или гидравлики по
шлангам и трубопроводам не было. Не было рядом также сильных
магнитов или других электрических устройств.

Испытания устройства проводились следующим образом: после
включения электропитания сперва раскручивался ротор пускового
электродвигателя вхолостую, затем постепенно включалось сцепле-
ние резиновой муфты (4) и в течение 10-45 сек раскручивался вал
генератора (2). После раскрутки генератора (2) муфта сцепления (4)
отключалась, и первичный вал генератора (2) продолжал вращать-
ся со скоростью ~3000 об/мин, а вторичный - 1500-^2000 об/мин.
Электрогенератор (3) сразу после раскрутки генератора (2) начинал
выдавать электроэнергию, при этом электролампочки не мигали, что
говорило о фиксированной частоте тока в 50 Гц, а общая электриче-
ская нагрузка достигала 2^2,5 кВт. Подобным образом это устрой-
ство после раскрутки в присутствии Аверкиева В.П. работало в раз-
ные дни (5^6 раз) по три-пять часов непрерывно, и с него постоянно
в течение всего времени каждого испытания снималась электриче-
ская нагрузка мощностью 2^2,5 кВт. Причем генератор механиче-
ской энергии (2) был явно не догружен полностью, что изобретатель
демонстрировал следующим образом. Рукояткой молотка он с боль-
шим усилием нажимал на вращающийся выходной вал - при этом
вращение его не замедлялось. По этому поводу изобретатель гово-
рил, что у него будут проблемы с остановкой этого генератора. При
испытаниях наблюдалась еще одна интересная особенность: в тече-
ние всех часов испытаний Хатьянов А. В и изобретатель постоянно
щупали руками корпус этого устройства на предмет его нагрева, но
оказалось, что он практически не нагревался.

Впоследствии Хатьянов А.В. предупредил Аверкиева В.П.,
чтобы он об увиденном на испытаниях никому ничего не говорил,
поскольку изобретатель уже имел много неприятностей и ему при-
шлось уволиться с предприятия, на котором он работал, с формули-
ровкой «...за подрыв фундаментальных основ советской науки». В
этом нет ничего удивительного, а изобретатель в дальнейшем спил-
ся, и он повторил судьбу других подобных талантливых людей.

Обсудим этот экспериментальный факт. По всем внешним при-
знакам это устройство очень похоже на двигатель Р. Клемма и турбину
В. Шаубергера, только двигатель Р. Клемма работал на подсолнечном
масле, и рабочая температура достигала 150°С, а здесь, как и у Шау-
бергера, явно в качестве рабочего тела использовалась жидкая вода и
уровень температур не превышал 60°С. Внутренняя конструкция ге-
нератора механической энергии, по-видимому, также включала в себя
направляющий аппарат в виде скрученных в форме конуса трубок из
нержавеющей стали с внутренним диаметром ~6+8 мм, поскольку, как
рассказывает Аверкиев В.П., у изобретателя в мастерской валялось
много таких полуфабрикатов разного размера и формы. По-видимому,
в этой конструкции генератора энергии были совмещены конструк-
тивные признаки двигателя Р. Клемма и турбины В. Шаубергера: от
первого был взят принцип вращающегося конуса, выполненного из
навитых трубок, а от второго - вода в качестве рабочего тела. В гер-
метичном корпусе устройства за счет раскрутки конуса создавалось
высокое давление кластерно- паровой- газовой среды на выходе тур-
бины, которое обеспечивало большие скорости рекомбинации ионов,
радикалов и конденсации молекул в капли жидкости.

Таким образом, можно сказать, что, по крайней мере, независимо
три изобретателя в разных странах создали и достоверно продемон-
стрировали работу устройств «вечного двигателя», название которого
надо понимать в смысле использования в качестве энергии реляти-
вистское превращение массы рабочего вещества в энергию. Поэтому
можно утверждать, что это не профанация или обман, а очень серьез-
ная перспектива получения человечеством «бесплатной» энергии.

8.4.4.	Теория релятивистских эффектов получения энергии
из массы вещества рабочего тела в двигателях,
использующих эффект врывающихся капель аэрозолей

Использование словосочетания вечного двигателя в данной кни-
ге со всей серьезностью понимается не в смысле эксплуатации его
конструкции, а в том, что в процессе его функционирования можно
обходится без топлива или внешней подводимой энергии в современ-
ном понимании этого слова. В работающих двигателях Р. Клемма и
В. Шаубергера используется энергия-масса вещества в релятивист-
ском смысле квантовой механики и для описания процессов, проис-
ходящих в них, можно воспользоваться теорией, разработанной Л.П.
Фоминским [4.3]. Основная часть теории посвящена закономерно-
стям релятивистских эффектов превращения массы вещества в энер-
гию квантов излучения для двух одинаковых тел, вращающихся друг
относительно друга с угловым ускорением. Автор настоящей книги
сделал попытку применить ее для описания процессов взрыва аэро-
золей, происходящих на периферии сегренева колеса турбин двига-
телей Р. Клемма и В. Шаубергера, описанных выше.

Рассмотрим возможность применения теории относительности
к системе двух энергетически связанных между собой вращающихся
тел, следуя материалу, изложенному в работе [4.3]. Вначале проана-
лизируем вращение одного тела с массой т относительно непод-
вижного второго с массой т2, связанных силами притяжения, на
примере движения планеты относительно звезды.

Для этого напомним вначале теорему вириала, которая гласит,
что во всякой связанной системе движущихся тел, находящихся в со-
стоянии динамического равновесия, средняя во времени энергия их
связи друг с другом по своей абсолютной величине в два раза боль-
ше средней во времени суммарной кинетической энергии движения
этих тел относительно друг друга, т.е. I) =2ик||[|.

Эта теорема, в основном, применяется при расчетах движения
планет и звезд в астрономии.

Рассмотрим движение планеты массой гт^ вокруг звезды с мас-
сой т2 по круговой орбите, в этом случае на планету действует цен-
тробежная сила и сила гравитационного притяжения:

Рц=т,У2/гОР>	(8-3)

ргр=С8т1т2/гор2’	<8-4)

где V - тангенциальная скорость движения планеты по орбите; гор -
радиус орбиты; 0$ - гравитационная постоянная. Из условия равно-
весия сил получаем:

У/=Ст2/гор.	(8.5)

Соответственно, кинетическая энергия планеты и энергия связи
ее со звездой определяются:

иКИН=т|Ч2/2’ ЦН=РГРГОР=Чт1т2/ГОР’	(8.6)

и после подстановки выражения (8.5) в (8.6) получим II =т,У2, то
есть Ысв-2икин.

Поставим теперь задачу определения возрастания полной
энергии-массы системы связанных между собой двух тел с учетом ре-
лятивистских эффектов. Согласно теории относительности с увеличе-
нием скорости V прямолинейного поступательного движения тела его
масса увеличивается на основании следующей зависимости [8.50]:

т=т0/(1-У2/С2)'/2,	(8.7)

где т0 - масса покоя тела, С - скорость света, а энергия-масса реляти-
вистского эффекта определяется и=т0С2. В предположении, что ра-
диус вращения г тела с массой т много больше его размеров, можно в
формуле (8.7) линейную скорость V заменить на тангенциальную ско-
рость вращения V и, обозначив выражение у =(1-У 2/С2)|/2, энергию
связи между вращающимися телами записать в виде формулы:

исв=т0У2/У1.	(8.8)
Кинетическая энергия тела в релятивистской механике опре-
деляется как разность между полной (релятивистской) энергией
1)п=Ц/ут и его энергией покоя 150=т0С2 по формуле [8.50]:

(89)

Если теперь почленно разделить выражение (8.8) на выражение
(8.9), то получим:

-^св^кин^V 2/С2)/(1 -гЖ1Ч)-	(8-10)

Соотношение (8.10) известно давно и его называют релятивист-
ским обобщением теоремы вириала [1.41].

Далее проанализируем суммарную релятивистскую энергию
двух тел одинаковой массы т, связанных между собой силами при-
тяжения и вращающихся относительно оси, проходящей через центр
расстояния между ними перпендикулярно линии связи (рис. 8.26а).
В этом случае кинетическая энергия одного тела определяется также
по формуле (8.3). Сила связи, в связи с тем, что расстояние между
телами в два раза больше радиуса орбиты г, вычисляется по формуле
Рсв= 6вт2/(2г)2, а энергия связи, соответственно:

исв=2Есвг=6 т2/(2г)=2тV2.	(8.11)

Суммарная релятивистская энергия-масса для этой системы
двух вращающихся тел Ц. будет складываться из энергии-массы по-
коя исходных свободных тел 2С10, кинетической энергии тел 21)кин и
вычитания энергии связи тел 1)св:

Ц=2ию+2икИН-исв-	(8.12)

Разберем здесь вопрос: почему энергия связи двух тел вычита-
ется из общей суммы (8.12)? Рассмотрим в начальный момент два
изолированных тела, обладающих поступательной скоростью и сбли-
жающихся друг с другом. В какой-то момент времени при определен-
ных условиях за счет кинетической энергии, которой они обладали
и гравитационных сил при-
тяжения тела могут перейти	*	6 

на устойчивую круговую	21 -

или эллиптическую орбиту ’ * г ’’ ц	\

вращения друг относитель-	А у-т

но друга. То есть из двух	у'

независимых тел образова-

ЛаСЬ уСТОЙЧИВаЯ система, В рис. 8.26, Схема вращения двух тел (а) и макроди-
которой часть кинетической полей вокруг сегнерова колеса (б).
энергии тел преобразовалась в энергию связи. Такой процесс харак-
терен при образовании планетных систем вокруг звезд или системы
двойных звезд. На квантово-механическом уровне можно рассмо-
треть, например, две частицы с противоположными по знаку заряда-
ми (электрон и позитрон), которые в начальный момент сближения
двигались поступательно, а в определенный момент времени за счет
действия кулоновских сил и кинетической энергии начинают вра-
щаться друг относительно друга, образуя систему позитроний. По-
добный процесс также происходит при сближении двух изолирован-
ных атомов с образованием молекулы, или в момент присоединения
электрона к атому.

Как известно, (см. гл. 1, [1.2, 8.66]) сумма энергий двух изо-
лированных частиц (атомная, ядерная, электронная, колебательная,
вращательная, кинетическая) всегда больше полной энергии образо-
вавшегося устойчивого комплекса, например, молекулы или другого
образования. Это связано с общей закономерностью стремления си-
стемы тел и частиц с течением времени к минимуму потенциальной
энергии. Причем образовавшийся излишек энергии может частично
переходить в энергию деформации внутренних электронных орби-
талей атомов, образующих молекулу, частично излучаться в виде
квантов света (например, при рекомбинации ионов, образования
атомов, молекул) или в виде кинетической энергии передаваться в
окружающую среду [8.66]. Поэтому чтобы диссоциировать молеку-
лу, оторвать электрон от атома или, например, развалить позитроний
в общем случае необходимо затратить энергию извне. Таким об-
разом, чтобы организовать связь между двумя телами, то ли на уров-
не кулоновских, ориентационных или дисперсионных сил между
атомами или другими частицами, то ли за счет энергии гравитации
между звездами и планетами необходимо энергию связи отобрать
из энергии исходных свободных объектов и поэтому она в формуле
(8.12) вычитается из общей суммы энергий.

Энергия покоя тела равна и|0=т|0С2, тогда с учетом релятивист-
ской зависимости массы тел от скорости (8.7), подставляя в правую
часть формулы (8.12) величины ее составляющих из формул (8.9) и
(8.11), получим выражение:

Ц=2т|ОС2+2т1ОС2(1-ут)/у-2т1ОУ2/ут,

или после преобразований:

иЕ=2т10С2[ 1 +(1 -ух)/ут-( 1-ут2)/ут]=2т|ОС2ут.

Заменив массу двух тел на их общую массу т0=2т|0, оконча-
тельно можно записать:
1-УДС2)1'2,	(8.13)

и, разделив обе части формулы (8.11) на С2, получим:

тЕ=т0(1-У2/С2)'/2.	(8.14)

Таким образом получили, что для вращательного движения си-
стемы двух связанных тел релятивистский эффект приводит не к
увеличению ее массы, что характерно для прямолинейного поступа-
тельного движения (см. 8.7), а к ее уменьшению.

Далее определим изменение суммарной энергии-массы двух
вращающихся тел при ускорении их вращения. Для этого продиф-
ференцируем по времени правую и левую части формулы (8.13) и
получим:

Л)е/4Й=-[ш0Ут/( 1 -У//С2),/2]^Дй^т0У еТУЛЛ.	(8.15)

Из выражения (8.15) следует, что за счет релятивистских эф-
фектов при любых скоростях и ускорениях двух вращающихся тел,
связанных силами притяжения, происходит заметное с макроскопи-
ческой точки зрения изменение его полной массы-энергии. Причем
в случае ускорения вращения энергия выделяется, а при торможении
- поглощается. Кроме того, согласно теоремы вириала, изменение
энергии связи системы тел при ускорении вращения должно быть по
абсолютной величине в два раза больше, чем изменение кинетиче-
ской энергии вращения.

Проинтегрируем правую и левую часть формулы (8.15) в преде-
лах периода действия ускорения вращения от I до 12, когда ускорение
тангенциальной скорости тел больше нуля бУДбР’О, и получим то
значение энергии-массы, которое можно отобрать от системы:

/2

ди-шо I У/^тДУД^-У2^]/!.	(8.16)

/I

Эта энергия из системы двух связанных частиц на квантово-
механическом уровне может отбираться только излучением. Из фор-
мулы (8.16) видно, что величина излучаемой энергии при высоких
ускорениях вращающихся тел может достигать больших значений.

Полученные результаты для взаимосвязанных вращающих-
ся тел можно применять и для частиц (электрон, ядро атома, атом,
ион, молекула), когда диаметр орбиты вращения много больше раз-
меров частиц. В этом случае в качестве сил взаимодействия нужно
использовать не гравитационное, а, например, кулоновское притя-
жение двух противоположно заряженных (положительно и отрица-
тельно) частиц одинаковой массы, вращающихся друг относительно
друга. Действительно, представим стационарное вращение двух ча-
стиц одинаковой массы относительно общего центра с зарядами д,
и д2 (см. рис. 8.26а) и радиуса г, тогда кулоновская сила притяжения
будет Ек=д1д2/(16лЕ0Е;.г2). Приравнивая Ек по абсолютной величине
центробежной силе, получим выражение т0У12=д|д2/(8лЕ5Е0г). Тог-
да энергию связей между частицами можно найти: исв=2Ркг=д1д2/
(4лЕ!.Е0К)=2т0Уг2, что аналогично (8.11). Для одинаковых нейтраль-
ных частиц, например, молекул воды можно использовать энергию
дисперсионного взаимодействия исв=ЗЬуа2/(4г6) и, по аналогии с
вышеприведенными примерами, получаем: исв=ЗЬуа2/(4г6)=2т0Ут2,
здесь у - частота колебаний осциллятора; а - коэффициент поляри-
зации электронной оболочки.

Необходимо подчеркнуть, что вышеизложенная теория справед-
лива строго для двух единичных тел (частиц) и распространять ее на
сплошное вращающееся тело нет оснований, поскольку необходимо
учитывать взаимодействие всех частиц (кристаллов, атомов, моле-
кул) между собой. В то же время категоричного заключения также
делать нельзя и подобный случай требует отдельного исследования.
Второй важный вывод касается способа отбора энергии-массы от
вращающихся тел (частиц): как правильно отмечено в книге [4.3],
отбор такой энергии при ускорении вращающихся частиц можно де-
лать только с помощью излучения, когда они ее постоянно получают
и тут же должны излучать. Кроме того, ясно, конечно, что подоб-
ная энергия должна квантоваться и самый «удобный», простой и
квантово разрешенный способ веществу «сбросить» лишнюю энер-
гию это излучить ее с возбужденных электронных и колебательно-
вращательных уровней атомов и молекул.

Рассмотрим теперь, какие физические процессы происходят в
двигателях Р. Клемма и В. Шаубергера. Когда на выходе из форсу-
нок взрываются образовавшиеся капли жидкости субмикронных
размеров, то в движущемся потоке газовой фазы эти образования,
имеющие положительно заряженное тяжелое ядро (жидкость) и от-
рицательно заряженную легкую оболочку (молекулы, электроны,
ионы) деформируются. Эти образования в начальный период дви-
гаются ускоренно, легкая оболочка сдувается потоком газа в хвосто-
вую часть, и в среднем происходит разделение положительных и от-
рицательных зарядов, что хорошо видно на фотографии (рис. 5.1 Зв)
разваливающегося водного аэрозоля при движении в воздухе. Таким
образом, образуется макродиполь с вектором, направленным против
потока окружающей газовой среды. При вылете таких взрывающих-
ся капель из форсунок сегренева колеса образующиеся макродиполи
располагаются по окружности вокруг его, создавая замыкающиеся
кольцевые слои, показанные на рис. 8.266. Создается интенсивное
импульсное электромагнитное поле (макродиполи движутся), кото-
рое, воздействуя на окружающие молекулы жидкости, радикалы и
т.д., дополнительно колебательно возбуждает их.

Рассмотрим взаимодействие двух таких макродиполей, распо-
ложенных на противоположных концах линии диаметра сегренева
колеса. В предположении идеально симметричной картины раз-
мещения макродиполей на окружности интегральное воздействие
остальных макродиполей на два выбранных, находящихся на концах
диаметра окружности, будет взаимно компенсироваться. Тогда энер-
гию взаимодействия двух макродиполей, находящихся на концах ли-
нии диаметра сегренева колеса 2г можно определить (1.21) Цв= ц2/
[4ле0(2г)3], где ц - их дипольный момент. Приравнивая абсолютные
значения сил взаимодействия - центробежной Е^п^У^/г и электро-
статической между макродиполями Есв=ц2/[4ле5е (2г)4], получаем
2т1Уг2=ц2/[4лЕ5Е0(2г)3] и, следовательно, йсв=2т|У12, что аналогично
выражению (8.11). Таким образом, выводы, полученные о реляти-
вистском эффекте энергии-массы для случая гравитационного взаи-
модействия двух вращающихся тел, применимы и для данной систе-
мы электростатического взаимодействия макродиполей.

Сделаем оценки для типичных параметров вращающихся тур-
бин двигателя Р. Клемма и В. Шаубергера, при которых возможно
использование такой модели макродиполей. Для радиуса исходной
капли воды около 0,1 мкм, радиусе сегренева колеса г=0,1 м и тан-
генциальной ее скорости равной V =3 м/сек, соответствующей угло-
вой скорости вращения колеса 1800 об/мин, получаем центробеж-
ную силу Гц=3,8><1016 Н. Для того чтобы сила притяжения между
диполями по абсолютной величине была такой же, необходимая ве-
личина дипольного момента должна быть |1=0,8* 10‘14 м, и при длине
диполя ~5 мм (размеры этих образований из взрывающихся капель
составляют несколько миллиметров [2.7]) из всего количества мо-
лекул капли требуется ионизировать только 7%. На самом деле эта
оценка существенно завышена по величине центробежной силы, по-
скольку плотность взрывающейся капли будет существенно меньше
по сравнению с плотностью воды.

При взрыве капель скорости разлетающихся кластеров и моле-
кул по самым скромным интегральным оценкам составляют ~1 ООО
м/сек (см. гл. 5), что соответствует числу Маха ~2. В газовой фазе
при микровзрывах скорости молекул могут достигать чисел Маха
около десяти, т.е. ~5000 м/сек, а ускорение в этом случае будет 5x10’
м/сек2. В таких условиях кинетическая энергия одной молекулы
воды будет 2,5х 1019 Дж, а, например, массы в 1 грамм - 8,33 кДж.
Эти молекулы очень сильно колебательно возбуждены и, согласно
экспериментальных данных [2.7], излучают кванты света большой
интенсивности. Поэтому в данном случае мы имеем практически
идеальную схему движения образований, состоящих из колебатель-
но возбужденных молекул, обеспечивающих излучение квантов све-
та, и систему частиц строго соответствующих условиям применения
к ним выше рассмотренной релятивистской теории. Во-первых, за-
пасенная колебательная энергия, релаксируя, переходит напрямую
в кинетическую энергию движения молекул воды взрывающихся
капель, которые частично отдают свой импульс движения стенкам
сверхзвуковой части сопла форсунок и приводят во вращение конус
или лопаточное колесо турбины. Во-вторых, релятивистская энер-
гия превращения массы вещества в энергию излучается в виде фото-
нов света при переходе колебательно возбужденных молекул Н2О в
равновесное состояние. В-третьих, часть излучаемой энергии моле-
кулами в газовой фазе резонансно поглощается такими же молеку-
лами, как в той же газо-паровой фазе, так и в жидкой. Эта энергия
фактически без потерь сразу возбуждает их колебательные степени
свободы, активизируя и усиливая все те колебательно неравновес-
ные процессы, которые происходят с рабочим телом в двигателе,
описанные выше. Эффективность такого процесса получается очень
высокой с минимальными тепловыми потерями, поэтому в таком ре-
жиме, например, теплообменник (6) двигателя Р. Клемма (рис. 8.21)
может быть отключен, что и происходило на практике.

Сделаем оценки по величине излучаемой энергии в двигателе
Р. Клемма, которая в дальнейшем за счет резонансного поглощения
ее молекулами воды переходит в их колебательную энергию с по-
следующим релаксацией в кинетическую энергию и передачей им-
пульса движения форсункам вращающейся турбины. По расчетам,
проделанным выше, для того чтобы он развивал мощность 350 л.с.
или 258 кВт необходимо иметь расход жидкости (примем для расчета
воды) ~1 кг/сек. Количество молекул в 1 кг воды будет 3,33* 1025 и
необходимая колебательная энергия каждой молекулой должна быть
0,77х 1О-20 Вт, но запасенная колебательная энергия, например, моле-
кулой Н2О на нижнем колебательном уровне асимметричной моды
(3850 см1) составит 7,6><10 20 Вт. Таким образом, для того, чтобы
мощность двигателя составляла 350 л.с. требуется всего 10% мо-
лекул воды с минимально возможным уровнем колебательного воз-
буждения. Здесь мы рассмотрели инфракрасный диапазон излучения
молекул воды, на самом деле основная часть плотности излучения
при взрыве аэрозолей лежит в ультрафиолетовом участке 0,340 мкм
эквивалентном энергии кванта 29400 см 1 (излучение Дике) (см. гл.
5). Мощность этого излучения составляет 58,1x1020 Вт, что приво-
дит к необходимости наличия колебательно-возбужденных молекул
воды из общего их количества всего 1,3%. В рабочем теле двигателя
Р. Клемма (подсолнечное масло) связанной воды содержалось не ме-
нее 5-Н0%, поэтому такое рабочее тело можно использовать в цикле
двигателя, позволяющего повысить температуру и уменьшить релак-
сацию колебательной энергии. Оценки также показывают, что при
непрерывной работе этого двигателя с мощностью 350 л.с. в тече-
ние года израсходуется всего 0,09 грамм вещества - в данном слу-
чае воды. Поэтому действительно можно сделать вечный двигатель,
который надо понимать в смысле потребляемого топлива и что самое
важное - такие прототипы уже существовали и успешно работали.

8.5.	Коротковолновое излучение, ядерные реакции и
возможность получения трития в жидкой воде

Для того чтобы каким либо образом объяснить образование
«лишнего» тепла в теплогенераторах, которые уже 25 лет изготав-
ливают и эксплуатируют во всем мире, ученые, занимающиеся этой
проблемой, пришли к выводу, что энергия выделяется вследствие
протекания холодного ядерного синтеза (ХЯС) в воде. Очень под-
робно эта теория изложена Л.П. Фоминским, являющимся физиком-
ядерщиком по образованию и уровню знаний, в его книге [4.3].
Автор настоящей книги не является специалистом в этой области
и поэтому не имеет морального права на ее критику. Тем не менее,
поскольку этой проблеме посвящено достаточно много самых раз-
ноплановых работ, и все они проводились с использованием воды
или водных растворов, то отмахнуться от явных экспериментальных
фактов нельзя, а нужно каким-то образом их объяснить на основе су-
ществующих физических законов без привлечения «потусторонних»
явлений и новых элементарных частиц. Единственным подтвержде-
нием экспериментальных данных о ХЯС в воде является наличие в
некоторых экспериментах, как считают эти ученые, у- излучения и
потока нейтронов. С другой стороны, эти же опытные данные мож-
но интерпретировать и несколько по-другому. Попытаемся провести
непредвзятый анализ экспериментальных измерений, будем назы-
вать их, коротковолновых излучений, которые наблюдаются в закру-
ченном столбе воды в вихревой трубе теплогенератора и в других
устройствах.

Подобные измерения коротковолнового излучения около рабо-
тающей установки «Юсмар», схема которой аналогична, показанной
на рис. 8.11, проводились автором книги [4.3] с помощью бытово-
го дозиметра «Ратон-90» (ДБГБ-01). Этот прибор предназначен для
определения экспозиционной дозы в пределах от 10 до 10000 мкР/
час в энергетическом диапазоне ионизирующего излучения от 0,1 до
3 Мэв, причем время экспозиции должно составлять 60 сек. В соот-
ветствие с рис. 8.11 теплогенератор «Юсмар» был сделан с вихревой
трубой диаметра 75 мм и длиной 0,8 м. Измерения коротковолнового
излучения проводили (см. рис. 8.11) в непосредственной близости к
оси трубы около нижней заглушки (точка №1), с боковой стороны
трубы в нижней ее части (точка №2) и на оси трубы вблизи ее верх-
ней заглушки (точка №3). Результаты измерений в процессе работы
теплогенератора и после его остановки приведены в табл. 8.13.

Из этой таблицы видно, что, действительно, наблюдается уве-
личение показаний дозиметра излучений, но в пределах фоновых и

До работы	При работе установки					После работы	
1,мин	0	1	15	20	30	35	60
Т,°С	20	20	55	60	90	90	80
1) Ри, мкР/час	6-8	14-15	14-15	7-8	15	14-15	12-14
2) Ри, мкР/час	6-8	8+10	8-10	10-12	-	-	8-10
3) Ри, мкР/час	6-8	8	8-10	10+12	-	8-10	12-14
Табл. 8.13. Температура воды в вихревой трубе теплогенератора «Юсмар» и интенсивность коротковолнового излучения вблизи ее [4.3].							

каких не ясно, а в книге [4.3] об этом ни слова не сказано (спектраль-
ный состав не измерялся). Но подобным прибором можно измерять
не только у-излучение, но и рентгеновское, причем диапазоны длин
волн этих видов излучения широко перекрываются: рентгеновское -
0,01+1 О'6 мкм, соответствующее диапазону энергий 0,124+1240 кэВ,
у-излучение - 2><10'5+10'8 мкм с энергией квантов 2482+48000 кэВ.
Обратим здесь внимание еще на две особенности эксперимента. Во-
первых, существует некоторая критическая температура ~60°С, при
которой интенсивность коротковолнового излучения падает, фак-
тически, до фоновой в одних точках пространства вокруг трубы и
увеличивается в других. Во-вторых, после выключения установки в
течение длительного времени (более часа) интенсивность этого из-
лучения остается такой же большой, как и во время работы. Экспери-
мент повторялся несколько раз, и результаты опытов подтвердились.

Автор работы [8.20, 8.21] проводил измерения коротковолново-
го излучения непосредственно рядом с активатором теплогенератора
(рис. 8.16), а также у стенки промежуточной емкости с жидкостью
(он называет его у и 0 излучением) с помощью радиометра и детек-
тора, а также потока нейтронов с помощью нейтронного радиометра.
Для чистой воды уровень коротковолнового излучения не превышал
фонового (2+4 кванта/сек), а нейтронное излучение отсутствовало.
В случае воды, насыщенной углекислым газом, количество импуль-
сов достигало девяти в секунду, кроме того, увеличивалась доза ко-
ротковолнового излучения при добавлении в воду 1Ча2СО3 и бензина.
Нейтронное излучение появлялось, когда в воду добавлялось 0,5%
хлористого лития и достигало 60 сек ', притом, что фоновое значе-
ние его было 0,01 <-0,05 сек '.

В книге [4.3] автором приведено подробное описание экспе-
риментальных работ, проведенных в работах [8.51, 8.52] на тепло-
генераторной установке марки «Юсмар», показанной на рис. 8.11,
по измерению трития, регистрации потока нейтронов и коротко-
волновых излучений в условиях ХЯС. Использовалась установка
с диаметром вихревой трубы 50 мм, мощностью электродвигателя
насоса 4 кВт и производительностью 12 м3/час, объем воды в си-
стеме составлял 10 л, давление в системе достигало 10 ат и тем-
пература до 100°С. Регистрация наработки трития в воде осущест-
влялась путем отбора проб по 50 мл жидкости из вихревой трубы
до и после проведения эксперимента, а также измерения удельной
Р-активности проб по жидко-стинциляционной методике, аттесто-
ванной стандартным раствором с использованием сцинцилятора
ЖС-8И. Вначале были взяты и исследованы пробы водопроводной
воды, предназначенной для экспериментов в теплогенераторе, а так-
же воды из подобного теплогенератора, проработавшего в течение
десяти месяцев в режиме многократных включений. Измерения по-
казали, что р-радиоактивность была на уровне фоновой 0,5 Бк/мл.
Затем приготовили смесь из 10 л обычной воды с добавлением 70
мл тяжелой воды, удельная р-активность ее была 28±0,5 Бк/мл. По-
сле работы теплогенератора на этой смеси в течение однократного
включения 12 мин Р-активность ее стала 33±0,5 Бк/мл, а после вто-
рого интервала работы в двенадцать минут - 34±0,5 Бк/мл. Таким
образом, после первых двенадцати минут работы вихревой трубы
зарегистрировано увеличение удельной Р-активности жидкости на
20% (на 5±0,5 Бк/мл), и скорость наработки трития в смеси обычной
воды с добавкой тяжелой 0,7% была примерно 40x109 атомов/сек.
Учитывая, что в обычной воде концентрация примеси тяжелой воды
составляет 0,015%, скорость наработки трития в ней будет 0,8x109
атомов/ сек. Поток нейтронов определялся по двум каналам, содер-
жащим шесть счетчиков СНМ-51 на 3Не в плексигласовом блоке для
регистрации медленных нейтронов, (первый канал), и шесть таких
же счетчиков без замедлителя для регистрации быстрых нейтронов
(второй канал), чувствительность обоих каналов была 1%. Каждое
измерение нейтронного потока осуществлялось в течение двух ми-
нут и результаты по обеим каналам суммировались. Многократные
измерения потока нейтронов вблизи вихревой трубы, работающей
на обычной воде, показали, что он не превышает фонового значения
(10,2±25,5 нейтронов в течение семнадцати минут). Поток нейтро-
нов стал превышать естественный фон, только когда начали рабо-
тать на смеси 3%-ой тяжелой воды с обычной, которая имела удель-
ную Р-активность 3,5 кБк/мл. В экспериментах с такой водой после
двухкратного включения установки на девять минут работы было
зарегистрировано 38,5±12,3 нейтронов. Кроме того, при некоторых
экспериментах, когда в воду добавляли бромистый литий, сернокис-
лый никель и тяжелую воду, излучение нейтронов регистрировалось
не только во время работы установки, но и после ее остановки, про-
должавшееся с краткими перерывами полтора часа.

Авторы работ [8.51,8.52] проводили также эксперименты по
определению Р-активности радиоуглерода |4С при работе теплогене-
ратора на тосоле. Рабочий объем теплогенератора заполняли тосолом
марки А40М, содержащим 53% этиленгликоля и 47% обычной воды.
Предварительная проверка его пробы после перемешивания в гидрав-
лической системе установки показала Р-активность 1,6±0,02 Бк/мл.
После семикратного включения установки на время от 1,5 до 10 мин
каждого периода за 1,5 часа работы на тосоле его Р-активность воз-
росла до величины 4,6±0,02 Бк/мл. Таким образом, общее увеличение
Р-активности составило 3±0,02 Бк/мл и, как делают вывод авторы,
это происходит за счет ядерных реакций образования углерода |4С. К
этой работе нужно сделать замечание, что достоверность определения
Р-активности во всех опытах была на уровне ошибок измерений.

В статье [8.36] авторы приводят описание результатов испыта-
ния теплогенераторной установки роторного типа, причем рабочие
поверхности кавитационного аппарата были покрыты интерметал-
лическим покрытием, в состав которого входили элементы 2Н(О)
и 6Ы. В качестве рабочей жидкости использовали дистиллирован-
ную воду высокого давления с добавкой 3,5% тяжелой (дейтерие-
вой) воды, кроме того, в кавитационном устройстве осуществляли
высокочастотные искровые разряды с помощью ВЧ генератора вы-
соковольтных импульсов напряжением до 100 кВ и мощностью до
0,3 кВт, которые усиливали кавитационные эффекты и увеличива-
ли концентрацию электронов. Вблизи теплогенератора авторы за-
регистрировали коротковолновое излучение (они называют его у и
Р-излучением), но величины его значений по сравнению с фоновыми
не приводят. В статье приводятся следующие возможные ядерные
реакции, которые могут протекать в жидкости:

2О+2О=>3Не+п+3,26 МэВ	(8.17)

6Ы+2О=>4Не+4Не+22,37 МэВ	(8.18)

Приведем экспериментальные данные по исследованию тече-
ния жидкостей через тонкий фильер под большим давлением, полу-
ченные А.И. Колдамасовым [8.53-^8.56,4.3]. Опытная установка, так
называемая ячейка Колдамасова, приведенная на рис. 8.27, включает
в себя: шестеренчатый насос (1), отрезки металлической трубы (2,6),
кусок трубы, выполненной из прозрачного диэлектрика (3), в кото-

рый вставляется
цилиндрический
вкладыш из диэ-
лектрика (4) с
тонким отверсти-
ем фильера (5).
Поток жидкости
(вода, керосин,
масло) (7) пода-

Рис. 8.27. Ячейка А. Колдамасова: 1 - шестеренчатый насос;
2, 6 - металлическая труба; 3 - труба из прозрачного диэлек-
трика; 4 - вставка из диэлектрика; 5 - фильер: 7 - поток жид-
кости; 8, 9 - газо-паровые полости в виде тора; 10 - шлейф
кавитационных пузырьков [8.56].

ется шестеренча-
тым насосом (1) в
трубу (3) на вход
фильера (5) и да-
лее он выходит

в трубу (6). Параметры устройств и жидкости (дистиллированной
воды) были в эксперименте следующими: внутренний диаметр тру-
бы (3) и вставки (4) - 22 мм, диаметр отверстия фильера - 1,2 мм, его
длина - 27 мм, материал диэлектрика вставки (4) - эбонит, оргстекло,
асбоцемент, перепад давления между насосом и выходной трубой (6)
составлял (3^5) МПа, частота пульсаций жидкости между насосом
(1) и вкладышем (4) поддерживалась в диапазоне Н5 кГц, скорость
воды в фильере около 90 м/сек, дистиллированная вода имела удель-
ное сопротивление Ю14 Ом.См.

Согласно протокола испытаний, приведенного в книге [4.3],
измерение рентгеновского излучения (а не у-излучения, как пишет
везде автор книги [4.3]) и нейтронного излучения проводились с по-
мощью переносного прибора РУП-1, при этом приемный датчик раз-
мещался на расстоянии 19 мм от зоны свечения тора (8). Потенциал

диэлектрического вкладыша относительно земли измерялся статиче-
ским киловольтметром, а электрический ток между отрезком трубы
(6) и землей микроамперметром. Регулировка частот пульсаций жид-
кости осуществлялась изменением числа оборотов насоса и началь-
ным давлением на его входе таким образом, чтобы она находилась в
резонансе с собственными звуковыми колебаниями объема жидкости
между насосом (1) и вкладышем (4). При течении воды через филье-
ру она закручивается не только в торроид перед отверстием, но и по
винтовой линии относительно его оси, а на выходе образуется второй
торроид (9) и шлейф кавитационных пузырьков (10).

Совокупные результаты измерений и возникающих явлений
можно свести к следующим. При условии интенсивных резонанс-
ных колебаний в диапазоне Н5 кГц, создаваемых насосом в перед-
ней полости перед вставкой (4), возникает кавитация в жидкости,
и перед отверстием фильера образуется торроидальная газопаровая
полость (8). Эта полость интенсивно светится в видимом диапазоне
длин волн, причем наибольшая интенсивность свечения достигается
для эбонитового вкладыша (4) и оно имеет голубой оттенок. В слу-
чае использования вкладыша из оргстекла свечение имеет желтый
цвет, а для асбоцемента - розовый. Пирометрия (энергия кванта) по-
казала, что эквивалентная температура близка к -10000°К=6950 см ',
а плотность энергии в ней ~104 Дж/см3. Вкладыш из диэлектрика
(4) заряжался положительным потенциалом с напряжением относи-
тельно земли 200+300 кВ, а электрический ток при замыкании от-
рицательного потенциала отрезка трубы (6) на землю не превышал
1 мкА. Измерение рентгеновского излучения дали наивысшую дозу
3600 мкР/час при энергии 300 кэВ, а наибольший поток нейтронов
достигал 40+50 нейтронов/см2/сек с энергией 3 МэВ. Кроме того, с
помощью специального сосуда, установленного на расходной емко-
сти стенда, за 100 часов непрерывной работы собрали 0,01 г гелия.
Определенная по току микроамперметра ионизация водяного потока
за дроссельным устройством составила 3%.

Этот эксперимент А.И. Колдамасов повторил в 2002 году [4.3],
создав новую установку, которая отличалась, от приведенной на рис.
8.27, тем, что вместо небольшого по размерам шестеренчатого насо-
са использовали шиберный насос с большой байпасной линией. Этот
насос не создавал пульсаций давления в водяном потоке, и поэтому
сделали специальный пульсатор-прерыватель, устанавливаемый на
входе в ячейку и приводимый во вращение гидравлической турби-
ной. Эксперимент с обычной дистиллированной водой показал, что
голубоватое свечение тора перед отверстием фильера возникает во
всех режимах, а рентгеновского и нейтронного излучения не наблю-
далось. При добавлении в обычную воду тяжелой воды в объемном
отношении сначала 0,5%, а затем 2% рентгеновское и нейтронное
излучение также не было зарегистрировано.

Подобную установку создал и проводил на ней испытания так-
же Д.С. Баранов [8.57], причем в качестве жидкости он использовал
трансформаторное масло (в объеме установки циркулировало 6 л).
Давление жидкости перед вкладышем (4, рис. 8.27) менялось в диа-
пазоне 30+100 ат, частота пульсаций была несколько кГц, характерная
скорость жидкости в фильере 50 м/сек при расходе 0,2 л/сек. Диаметр
отверстия фильера составлял 1 мм, вкладыш был сделан из фторо-
пласта. После работы установки на больших давлениях турбулентная
струя жидкости создавала эрозионный след в виде винтовой линии в
три оборота на оргстекле выходного участка трубы (6, рис. 8.27), по
которому определили, что число оборотов жидкости в фильерном от-
верстии составляло не менее 100. При испытаниях, начиная уже с дав-
ления 30 ат, перед отверстием фильеры наблюдали светящийся тор,
причем его появление обязательно было связано с кавитационными
процессами в жидкости. Измерение радиационного излучения вблизи
светящегося тора для чистого трансформаторного масла показало, что
оно не превышает фоновых значений. В то же время при добавлении в
него 0,8 мл 4-мольного водного раствора хлористого лития возникает
ионизирующее излучение с энергией квантов до 250 Кэв.

Близкие по физическим процессам явления происходили в ра-
ботах [8.58, 8.59]. В работе [8.58] измерялась интенсивность соно-
люминесценции в Н-декане при частоте ультразвука в 20 кГц, мощ-
ности 200 Вт в объеме жидкости 5 см3 между торцом вибратора и
плоским электродом с расстоянием между ними 1 см. Приложение
электрического поля между электродами напряженностью 24 кВ/см
сопровождалось увеличением интенсивности свечения в 2-НЗ раза по
сравнению с сонолюминесценцией без него (при этом вспышечная
электролюминесценция возникала только при напряженности 50
кВ/см). В работе [8.59] обнаружили увеличение интенсивности со-
нолюминесценции при одновременном воздействии ультразвука и
электролиза в водных растворах электролитов.

Коротковолновое излучение при проведении электролиза в тя-
желой воде с использованием палладиевого электрода обнаружил
И.С. Филимоненко [4.49, 4.50]. Как говорит автор, это излучение
резко ускоряет процессы разложения молекул тяжелой воды. М.
Флейшман и С. Понс [4.51] в эксперименте с электролизом тяжелой
воды зафиксировали поток нейтронов до 104 в секунду, обнаружи-
ли тритий, а главное определили, что тепловой энергии в процессе
электролиза выделяется в четыре раза больше, чем подводится от
аккумуляторной батареи.

С. Джонс с сотрудниками при электролизе тяжелой воды с като-
дом, выполненным из сплава титана с палладием, в течение 150 ча-
сов наблюдали поток нейтронов с интенсивностью 15 частиц в час,
что в четыре раза было выше уровня естественного фона [4.52].

Как пишет в своей книге Л.П. Фоминский [4.3], многим ученым,
которые пытались повторить эксперимент М. Флейшмана и С. Пон-
са, достичь указанной ими интенсивности нейтронов не удалось и
тогда по настоянию коллег - ученых они провели повторный экс-
перимент с обычной водой. Оказалось, что показания приборов не
отличались от тех значений, которые были получены для тяжелой
воды. Из этого факта научная общественность сделала выводы: по-
казания приборов неверны, и такого процесса в обычной воде идти
не может, а ученые М. Флейшман и С. Понс были публично дискре-
дитированы в научном мире [4.53].
В работе [8.60] авторы показали, что воздействие даже слабого
постоянного магнитного поля на электролитическую ячейку, в ко-
торой происходит электролиз воды с палладиевым катодом, суще-
ственно повышает выход потока нейтронов.

В своей статье [8.26] о теплогенераторах Ю. Перкинса и Р.
Поупа Ю. Мэллоу пишет о возможности протекания в воде в усло-
виях кавитации ядерных реакций и обращает внимание на работы
Р. Стрингама и Р. Джорджа (статья на 1ССР-7), а также Т. Бенсона
(«Бесконечная Энергия», вып. №1). В них указывается, что избыточ-
ная энергия, ядерные трансмутации в металле и образование гелия
может происходить при сверхзвуковой активации металлических по-
верхностей в воде. Он делает вывод, что кавитационные устройства
генерируют сверхзвуковые волны в жидкостях, которые могут ката-
лизировать ядерные реакции на металлических поверхностях, ана-
логично явлениям полученным Р. Стрингамом и Р. Джоржом.

Подведем некоторые итоги по вышеизложенным эксперимен-
тальным данным. Фактически, только в двух работах приведена энер-
гия кванта измеряемого излучения: в [8.57] - 250 кэВ и в [8.53^-8.56]
- 300 кэВ, которые входят в диапазон рентгеновского излучения, в
остальных опытах либо не измеряли энергию кванта, либо не привели
в описании. Поэтому утверждать, что оно относится к у-излучению,
как везде в своей книге [4.3] пишет Л.П. Фоминский, является необо-
снованным. Относительно нейтронного излучения можно полагать-
ся только на добросовестность измерений и отсутствие предвзятого
отношения к проведению эксперимента авторов, но явно для такого
большого количества независимых экспериментальных работ, где по-
лучен эффект наработки трития в жидкой воде и потоков нейтро-
нов подтасовок и явных ошибок, по-видимому, нет.

Экспериментальные данные можно условно систематизировать
таким образом: а) полученные в теплогенераторах с вихревой тру-
бой (рис. 8.11), где происходит небольшая интенсивность кавитации
воды и невысокая степень колебательного возбуждения молекул Н2О
(эффективность преобразования энергии составляет т]э=1,3-Ч,5),
б) полученные в роторных теплогенераторах и фильерных устрой-
ствах, где осуществляется интенсивная кавитация воды, большой
уровень воздействия ультразвуковых колебаний и получают высо-
кую эффективность преобразования электрической энергии в тепло-
вую (г]э= 1 (Н-25), в) полученные при электролизе воды и водных рас-
творов с палладиевым и титановым электродом.

В соответствие с уровнем воздействия на воду и водные рас-
творы кавитации, ультразвуковых колебаний и электрического поля
получали различные эффекты коротковолнового и нейтронного
излучений, которые связаны как с ХЯС, так и некоторыми други-
ми явлениями, которые попытаемся описать. При закрутке воды в
трубе или в местных турбулентных вихрях и сильном воздействии
ультразвуковых колебаний за счет кавитационных процессов, созда-
ния упорядоченной структуры кластеров, сортировки в закрученном
потоке воды ионов Н+ и ОН возникает местное электрическое поле,
происходит колебательное возбуждение молекул Н2О, уменьшает-
ся концентрация ионов Н+ (показатель кислотности увеличивается
вплоть до рН=14, то есть на семь порядков), возрастает концентра-
ция ионов ОН" и электронов. Как показали многочисленные экс-
перименты с теплогенераторами, происходит интенсивная эрозия и
даже оплавление металлических деталей и идет сильный электролиз
их поверхностей. То есть происходит разрушение окисной пленки
металлов (МтОп) элементов конструкций и восстановление ее до чи-
стого металла (за счет присутствия Н2О2 и Н2), но такой процесс дол-
жен приводить к уменьшению работы выхода электрона с поверх-
ности металла и дополнительному насыщению воды электронами.
Действительно, еще в 1950-е годы было сделано открытие [8.61],
которое звучит так: «...свойство свежеобразованных поверхностей
твердых тел испускать в вакууме электроны высоких энергий, обу-
словленное разделением разноименных зарядов при образовании
ювенильных поверхностей, приводящих к возникновению сильных
электрических полей напряженностью до 107 В/см».

Такая же ситуация происходит в микрообъемах воды у поверх-
ности твердого тела при сильной кавитации, где за счет деформации
стенок кавитационных пузырьков, взрывных реакций развала молекул
воды и образования высоко энергетичных кинетических струй жидко-
сти происходит постоянная эрозия поверхности твердого тела, причем
поверхность тела заряжается при этом положительным потенциалом.
Особенно наглядно это видно из экспериментов А.И. Колдамасова
[8.53-5-8.56]: при интенсивных ультразвуковых колебаниях, частоты
которых находятся в резонансе с собственными частотами колебаний
столба жидкости перед вкладышем (4) (см. рис. 8.27) газовые пузырьки
перед отверстием фильеры (5) формируют общий пузырь в виде враща-
ющегося торроида (8). В этих условиях под большим давлением (30-5-50
ат) молекулы Н2О, находящиеся в его пленке сильно деформируются,
колебательно возбуждаются, и начинают идти квантово-механические
и колебательно-неравновесные цепные реакции (3.25-5-3.27), табл. 4.2,
рис. 4.2, рис. 4.3. При этом главными реакциями здесь оказываются
№1-5-5 табл. 4.2, в которых, с одной стороны, постоянно образуются
ионы Н+ и ОН", а с другой - происходит отток из среды атомов Н, а
положительный заряд ионов Н+ остается на диэлектрике вкладыша (4)
за счет сильного трения. При измеренном положительном потенциа-
ле, образующемся на вкладыше (4) относительно земли в 200-5-300 кВ,
местные напряженности электрического поля вблизи передней кромки
фильеры (5) могут достигать Еэ= 109 В/см (в обычной воде местная на-
пряженность электрического поля между диполями молекул достигает
лишь 108 В/см). В такой ситуации, когда вода будет насыщена свобод-
ными электронами, они, ударяясь под действием сильного электри-
ческого поля о положительно заряженный электрод (в данном случае
вкладыш (4)), будут вызывать сильное тормозное рентгеновское излу-
чение, которое и регистрировали авторы вышеприведенных опытных
работ. Таким образом, этот вид коротковолнового излучения никак не
связан с протеканием реакций холодного ядерного синтеза.

Особенности протекания процессов в вихревой трубе теплоге-
нератора [4.3] связаны с тем, что наиболее интенсивная кавитация
воды происходит в районе нижнего тормозного устройства (6) (рис.
8.11). Следовательно, там сильнее происходит колебательное воз-
буждение молекул воды, и интенсивнее идут цепные реакции рис.
4.2, то есть в жидкости будет меньше ионов Н+, больше свободных
электронов и выше уровень тормозного рентгеновского излучения.
Большое последействие (1 + 1,5 часа) этого эффекта после остановки
работы установки вызвано тем, что благодаря комплексу воздействий
реакций (3.25+3.27), табл. 4.2, рис. 4.2, рис. 4.3, кавитации и ультра-
звуковых колебаний вода переходит в другое устойчивое состояние
(аттрактор), в котором может находиться длительное время.

Сильное свечение торроида (8) в видимом диапазоне длин волн
объясняется также эффектом сонолюминесценции кавитационных
пузырьков за счет интенсивного колебательного возбуждения моле-
кул Н2О, находящихся в пленке пузырька, и испускания ими квантов
света. Причем в зависимости от типа диэлектрического материала
вкладыша (4) в эксперименте [8.56] получали следующие результаты.
Для материала эбонита голубоватое свечение соответствует длинам
волн 0,42+0,49 мкм и квантам энергии 23810+20408 см ', в диапазон
которых входит шестой колебательно-возбужденный уровень симме-
тричной и асимметричной мод молекулы Н,0 (21648 и 21159 см1)
(см. табл. 3.4 и 5.9). В случае использования материала оргстекла -
желтое свечение с диапазоном длин волн 0,53+0,59 мкм, соответству-
ющее квантам энергии 18868+16949 см1, определяется колебатель-
ным возбуждением пятых колебательных уровней соответствующих
мод (18280 и 17850 см'). При использовании асбоцемента - розовое
свечение соответствует длинам волн 0,59+0,75 мкм, эквивалентных
диапазону энергии 16949+13333 см1, и четвертым колебательным
уровням молекулы воды (14816 и 14454 см1). Таким образом, для
разных диэлектриков материала вкладыша (4) получается разная сте-
пень колебательной накачки молекул Н2О, что связано с их различной
величиной диэлектрической постоянной, соответственно е$=2,8+3,5;
3,6-^4,1 и ~8. В данной конструкции (см. рис. 8.27) мы имеем цилин-
дрический конденсатор, образованный внутренними поверхностями
трубы (3) и фильера (5), между которыми находится диэлектрик вкла-
дыша (4). С увеличением емкости конденсатора, пропорциональной
диэлектрической постоянной материала е§, обратно пропорциональ-
но уменьшается разность потенциалов между его обкладками и сни-
жается напряженность электрического поля, воздействующая на мо-
лекулы воды. В свою очередь, это приводит к уменьшению степени
колебательного возбуждения молекул Н2О.

При электролизе водных растворов с палладиевым электродом
интенсивно идут цепные реакции (3.25^-3.27), табл. 4.2, рис. 4.2, рис.
4.3, в растворе также резко уменьшается концентрация ионов Н+, воз-
растает концентрация ионов ОН- и свободных электронов. Если срав-
нить эффективность преобразования в таких процессах затраченной
электрической энергии к выделенной тепловой в работах [2.45, 2.46]
и [4.51], то в первых она составляла 1,72, а во второй - 4. Очень важ-
но, что такая эффективность была получена как для тяжелой воды,
так и обычной. Это означает, что авторы работы [4.51] создали усло-
вия очень интенсивного протекания цепных реакций типа рис. 4.2 и
большой степени колебательного возбуждения молекул Н2О. В этом
случае существенно (в разы) возрастает их дипольный момент, уве-
личивается энергия взаимодействия и поляризация соседних моле-
кул (см. 1.22, 1.23), а местные напряженности электрического поля
между диполями достигают значений 109 В/см. При таких местных
напряженностях электрического поля, которые могут возникать меж-
ду поверхностью анода и диполями молекул воды в случае высокой
насыщенности электролита свободными электронами, они будут на-
бирать большую кинетическую энергию и в момент столкновения с
материалом анода вызовут тормозное рентгеновское излучение.

Обнаружение в вышеописанных физических процессах, идущих
в некоторых теплогенераторах и других устройствах, потока нейтро-
нов, наработанного трития и гелия говорит о том, что в условиях силь-
ной кавитации, мощных ультразвуковых воздействий и электрических
полей в обычной воде и в воде с добавками тяжелой воды и других ве-
ществ действительно идут реакции холодного ядерного синтеза. До-
статочно подробно об этом написано у Л.П. Фоминского [4.3] и здесь
кратко изложим суть этого материала, систематизировав его.

В дополнение реакций (8.17) и (8.18) запишем возможные реак-
ции образования в жидкой воде трития и дейтерия [4.3]:

20+20=>3Т+р+4,03 МэВ,	(8.19)

2О+2О+е =>3Т+у +5,98 МэВ,	(8.20)

2О+'Н+е~=>3Т+у+5,98 МэВ,	(8.21)

|Н+|Н+е =>2О+у+1,953 МэВ.	(8.22)
Как известно, главная проблема управляемого термоядерного
синтеза элементов и получение энергии заключается в том, чтобы
сблизить ядра элементов на очень малые расстояния порядка 0,5
А и менее в зону короткодействующих ядерных сил, для чего ис-
пользуют либо ускорители элементарных частиц, либо разреженную
плазму с температурой около 108 °К. Как правильно подметил Л.П.
Фоминский, в обычной и тяжелой воде существуют условия, когда
атомы водорода и дейтерия в соответствии с особенностями ее кри-
сталлической структуры в кластерах могут оказаться на расстояниях
около 0,5 А, и вероятность протекания реакций (8.17-8.22) оказыва-
ется достаточно большой.

В кристаллической структуре кластера воды для температуры
300°К, представляющей собой несколько деформированный тетра-
эдр (угол при вершине не 109,3°, а около 100°), расстояние между со-
седними атомами кислорода по линии водородной связи составляет
2,84-2,9 А, а длина связи О-Н соответственно 0,913 А (табл. 2.2).
Схема водородной связи между атомами и молекулами в жидкой воде
показана на рис. 8.28 в масштабе для ковалентных радиусов атома
кислорода 0,587 А и атома водорода 0,37-0,46 А. При этом атом водо-
рода Н на линии водородной
связи постоянно перепрыги-
вает из положения О-Н....О в
положение 0....Н-0 и обрат-
но с частотой ~104 Гц, то есть
имеет два квантово разрешен-
ных состояния на этой связи
(рис. 8.28а). Но иногда, бла-
годаря флуктуациям энергии
и вероятности распределения
частиц в микрообъеме, сразу
оба эти разрешенные состоя-
ния могут быть заняты двумя
атомами водорода, и образу-
ется связь типа О-Н...Н-О,
так называемый О-дефект Н.
Бьеррума кристаллической
решетки воды (рис. 8.286)
[1.36]. Другое состояние,

когда на линии водородной связи отсутствуют оба атома водорода,
называется Ь-дефектом (рис. 8.28в). Концентрация этих дефектов в
жидкой воде составляет 1015 см-3 [1.12,1.36,8.63], а расстояние в этот
момент между центрами атомов водорода для Б-дефекта будет равно
1,02-1,08 А. Для ковалентного радиуса атома водорода 0,46 А рас-

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 А

Рис. 8.28. Схема водородной связи между моле-
кулами в жидкой воде: а - обычная связь; б-О-
дефект; в - Ь-дефект.
стояние между оболочками этих атомов водорода составит 0,1-Н),16
А и, в принципе, должна идти реакция образования дейтерия (8.22).
Но она невозможна, поскольку спин образующегося дейтерия равен
единице, спины, вступающих в реакцию протонов, антипараллель-
ны и равны - 1/2, а параллельная ориентация спинов двух протонов
на одной водородной связи запрещена принципом Паули.

Относительно этой реакции Л.П. Фоминский пишет, что в вих-
ревой трубе теплогенератора за счет торсионных полей спин одного
из протонов разворачивается и реакция (8.22) идет, но на это можно
возразить, что торсионные поля, образующиеся при закрутке воды
- это обычные слабые электромагнитные поля, которые не могут
оказывать влияние на структуру протона. Другое дело, что напря-
женность местных электрических полей между диполями за счет
сильного колебательного возбуждения молекул воды может, не-
видимому, достигать 109 и даже 1010 В/см (напомним, что в обычной
воде местные поля между диполями воды достигают 108 В/см). В та-
ких условиях возможно изменение спина протона, но на этот вопрос
должны ответить специалисты физики-ядерщики.

Здесь необходимо осветить еще один вопрос, который также от-
метил Л.П. Фоминский. Реакции (8.20-^8.22) трехчастичные, то есть
требуют соударения в одно мгновение трех частиц, вероятность чего
для высокотемпературной газовой разреженной термоядерной плаз-
мы (концентрация частиц 1015 см-3) крайне низкая и их обычно не
учитывают. Для условий жидкой воды, где концентрация молекул
составляет 3,33* 1022 см 3, и при условии большого содержания сво-
бодных электронов, которое можно осуществить в процессе элек-
тролиза, высоковольтного разряда или закрутки воды с кавитацией
и сильным ультразвуковым воздействием, вероятность трехчастич-
ного столкновения существенно возрастает. Мы так подробно оста-
новились на реакции (8.22), поскольку если она будет подтверждена
экспериментально, то тогда будет получен ответ на вопрос: откуда в
природных водах присутствует 0,015% тяжелой дейтериевой воды?

Для тяжелой воды жидкокристаллическая структура кластеров такая
же, как в обычной воде, расстояние между атомами кислорода составля-
ет 2,76 А, длина связи 0-0 равна 1,015 А [8.63] и благодаря дефектам
Н. Бьеррума кристаллической решетки тяжелой воды расстояние между
атомами дейтерия на линии водородной связи между атомами кислорода
0-0.. .0-0 будет равно 0,73 А. Эго обеспечивает высокую вероятность
протекания ядерных реакций (8.17, 8.19, 8.20), экспериментальное под-
тверждение которых получено в работах [4.52, 8.64] в процессе электро-
лиза воды и раскалывании льда из замороженной тяжелой воды.

Исследования ХЯС реакций (8.17) и (8.19) показало, что в от-
личие от термоядерного синтеза (при очень высоких температурах)
скорость реакции (8.19) при комнатных температурах в ЮЧО* раз
больше чем скорость реакции (8.17) [4.3]. Реакции (8.17, 8.19, 8.20),
разрешенные с точки зрения строгих и нестрогих законов для эле-
ментарных частиц, в обычной воде имеют малую вероятность проте-
кания, поскольку концентрация дейтериевой воды О2О в природных
водах мала (0,015%). Тяжелая вода, выпускаемая промышленным
способом, состоит, в основном, из молекул ООН, которых в природ-
ных водах в 104 раз больше, чем молекул О2О [8.65], поэтому веро-
ятность осуществления реакции (8.21) в обычной воде будет в 104
раз выше, чем реакций (8.17, 8.19, 8.20). При этом благодаря таким
же дефектам Н. Бьеррума кристаллической решетки смеси обычной
и тяжелой воды расстояние между атомами дейтерия и водорода на
линии водородной связи между атомами кислорода О-Н...Г)-О бу-
дет равно 0,8-Ю,9 А. Необходимо подчеркнуть, что реакция (8.21) не
имеет никаких запретов, благодаря ей образуется атом трития и, как
пишет Л.П. Фоминский, исследователи ХЯС во всем мире отмечали,
что выход ядер трития в 107-Ч08 раз больше выхода ядер гелия и ней-
тронов, что подтверждено в эксперименте [8.62]. Эксперименталь-
ным подтверждением являются также работы [8.51, 8.52] по измере-
нию наработки трития в теплогенераторе, описанные выше. Тритий
обнаружили только при добавлении тяжелой воды в концентрации
0,7%, соответствовавший Р-активности 5±0,5 Бк/мл и скорости его
наработки ~4х Ю10 атомов/сек, но потока нейтронов не было. Поток
нейтронов стал превышать естественный фон только тогда, когда на-
чали работать на смеси 3%-ой смеси тяжелой воды с обычной, кото-
рая имела удельную р-активность 3,5 кБк/мл. В экспериментах с та-
кой водой после двухкратного включения установки по 9 мин работы
было зарегистрировано 38,5±12,3 нейтронов, и в данном случае при
такой большой концентрации тяжелой воды начали идти процессы
ядерных реакций (8.17, 8.19, 8.20). В этом эксперименте нужно отме-
тить еще один факт: концентрация наработки атомов трития не зави-
села от времени работы установки и была постоянной, что определя-
ется заданным устойчивым колебательно-возбужденным состоянием
воды (аттрактором) с определенной концентрацией свободных элек-
тронов в жидкости, который определялся степенью закрутки столба
воды, кавитацией и интенсивностью ультразвуковых колебаний.

Особо следует отметить эксперимент А.И. Колдамасова
[8.53-Ю.56], где за счет сильных ультразвуковых колебаний, кавита-
ционных явлений, а главное сверхвысоких напряженностей электри-
ческого поля нарабатывается такая концентрация электронов и ио-
нов ОН (3%), что вероятность протекания реакций (8.17, 8.19-5-8.21)
в обычной воде становится заметной, образуется тритий, гелий, по-
является рентгеновское и нейтронное излучение. Поэтому нет ниче-
го удивительного, что в экспериментах электролиза с палладиевым
электродом тяжелой и обычной воды М. Флейшман и С. Понс [4.51]
зафиксировали поток нейтронов до 104 в секунду, обнаружили три-
тий, что связано опять с очень большой концентрацией свободных
электронов, высокой степенью колебательного возбуждения молекул
воды, сильного увеличения их дипольного момента и, как следствие,
местных электрических полей.

Эксперименты в теплогенераторах с добавками солей лития и
углеродосодержащих веществ показали, что кроме реакции (8.18) в
объеме воды и на поверхности металлов могут идти реакции:

|2С+2О+е =>|4С+у+10,6 МэВ,
56Ее+2О+е=>5*Ее+у+15,193 МэВ.

е ’

(8.23)

(8.24)

И последнее важное заключение относительно всех рассмотрен-
ных ядерных реакций (8.17+8.24) заключается в том, что на осно-
вании детального анализа, проведенного Л.П. Фоминским [4.3], ни
одна из этих реакций не привносит даже и 1% энергии в «лишнее»
тепло, получаемое в рассмотренных выше теплогенераторах. Та-
ким образом, можно сделать заключительный вывод, что ядерные
реакции в воде и водных растворах при интенсивных ультразвуко-
вых и кавитационных воздействиях могут идти, но они не являются
определяющим фактором в получении тепла и разложении воды на
водород и кислород, а только создают слабый побочный эффект.

В заключение нужно сказать, что в теплогенераторах с использова-
нием обычной чистой воды и умеренных воздействиях ультразвуково-
го поля со значениями эффективности преобразования электрической
энергии в тепловую вплоть до 10, фактически, условия протекания
физико-химических процессов таковы, что ни рентгеновского излуче-
ния, ни тем более ядерных реакций, не наблюдается и поэтому в ча-
сти радиации они полностью безопасны. Но поскольку большинство
разработчиков благодаря широко установившемуся мнению считали,
что «лишняя» энергия получается только за счет ядерных реакций, то
они всякими способами пытались доказать это, добавляя в воду веще-
ства способствующие их искусственному протеканию.

С другой стороны, многочисленные экспериментальные данные
показывают, что при обеспечении сильных ультразвуковых, кави-
тационных и электроразрядных процессов в обычной жидкой воде
можно нарабатывать в промышленных масштабах тритий, который
необходим для атомной промышленности.
ЛИТЕРАТУРА

1.	Каминский В.А. Физико-химия микросмешения в турбулентных потоках с
химическими реакциями. ЖФХ, т. 69, №8, 1995.

2.	Рассадкин Ю.П. Патент РФ №2170998 Способ создания инверсной на-
селенности в газодинамическом СО2 лазере при низкой температуре и устройство
для его осуществления, 1999.

3.	Потапов Ю.С. Вихревая молекулярная энергетика. - Москва, 2005.

4.	Потапов Ю.С. Вихревая энергетика. - РАЕН ФГУ «61 НИИИ(ЖДВ)», 2006.

5.	Белоненко В.Н. Патенты США №5628365, 1997, №5660231, 1997,
№5450899, 1995, статья Севрюкова Д. «Нет пророков - не будет и отечества»,
газета «Труд», 29.02,2000.

6.	Фарадей. История свечи, 1967.

7.	Стенли Мейер. Патенты США: №4936961,4826581,4798661,4613304. Водная
топливная ячейка. - Журн. Мир электроники и Беспроводной мир., (Январь) 1991.

8.	Студеников В.В. Патент РФ №2174162, 2001.

9.	Могилевский И.Н. Патенты РФ №2224051, 2253700, 2003.

10.	Кошеляев Е.М., Могилевский И.Н. Исследование процесса разложения
воды в электроводородном генераторе. - Реферат, 2006.

11.	Коломеец С. «Доказывая гаишникам, что его автомобиль работает на
обыкновенной воде, Петр Прасолов пил прямо из бака», газета «Факты» (г. Луцк,
Украина) от 12/11, 2004.

12.	Богатова А.Н. А.С. СССР №1796776 (МКИ Е 03 С 5/00), бюл. №7,1999.

13.	Потапов Ю.С. Патент РФ №2160840, 2001.

14.	Потапов Ю.С. Патент РФ №2045715, Бюл. изобр. №28, 1995.

15.	Потапов Ю.С., Потапов С.Ю. Патент Украины №7205А, 1994.

16.	(Зп^Д.Е Патент США №5188090, 1993.

17.	РоЛкеН Д., Ма1кме ЕЛ СоШ Еизюп, V. 1, №2, р. 26^31, 1994.

18.	Каи/ницкий С. Газета «Московский комсомолец» 22/01, реклама, 2002.

19.	Мустафьев Р. Патент РФ №2132517, 2000.

20.	Кладов А.Ф. Патент РФ №2054604, Способ получения энергии, МПК Р
24)3/00, 1993.

21.	Кладов А.Ф. Патент РФ №2085273, МПК В 01 Р7/00, Бюл. №21 1997.

22.	Азату АЛ 1Че\у Епег§у 1Че\уз, V. 6, №12, 1999.

23.	Осаул А.И. Патент Венгрии №216218, 1999.

24.	Кашницкий С. Газета «Московский комсомолец» 18/02, 2002.

25.	Федоткин ИМ., Гулый ИС. Кавитация. Кавитационная техника и тех-
нология, их использование в промышленности. Часть 2 (теоретические основы
производства избыточной энергии, расчет и конструирование кавитационных
теплогенераторов) - Киев: АО «ОКО», 2000.

26.	МаИоиДЛ 1пйш1е Епег§у, 1998.

27.	Перкинс Ю., Поуп Р. Патент США №4424797. Устройства нагрева, 1984.

28.	Перкинс Ю. Патент США №4483277. Перегретая система нагрева жид-
кости, 1984.

29.	Перкинс Ю. Патент США №4501231. Система нагрева жидкости с пред-

варительным подогревом, 1984.
30.	Поуп Р. Патент США №5341768. Прибор для нагревания жидкости тре-
нием, 1984.

31.	Сярга А.В. Заявка на изобретение РФ №2000130423, 2000.

32.	Порсев Е.Г. Патент РФ №2116583, МПК Р24 33/00. Способ нагрева жид-
кости, 1998.

33.	Душкин А.Л. и др. Патент РФ №2061195, МПК Р24 33/00. Способ тепло-
выделения в жидкости, 1996.

34.	Петраков А.Д. Патент РФ №2142604, МПК Р24 33/00. Бюл. №34. Способ
получения энергии и резонансный насос-теплогенератор, 1998.

35.	Петраков А.Д. Патент РФ №2159901, МПК Р24 33/00. Бюл. №33. Ротор-
ный насос-теплогенератор, 2000.

36.	Головачев П.Г. Кавитационный теплогенератор на основе выделения
энергии ядерного синтеза. Рынок инсталляций. Теплотехника, сантехника, газоо-
беспечение., №4, стр. 60,2002.

37.	Хабрахманов А.Р., Глухов И.В. Протокол испытаний роторного теплоге-
нератора ТГШ-11. (ЗАО «ВВТ», г. Москва), 2004.

38.	8сНаиЬег%ег ПсГог. «ТЪе Епег§у Еуо1Шюп». Нагпе88т§ Ргее Епег§у (гот
ЫаШге. Тгап81а1е<1 ап е<111е<1 Ьу Са11ит Соа(8. УЫите Роиг оГЕсо-ТесЬпо1о8у. Патент
струйной турбины (Зе! ТигЫпе Ра!еп! № 117749 т «ТЬе \Уа(ег \У1гаг<1»), 2000.

39.	И1ко1а Те.ч1а. Ра!еп! 138А №1,061,142 «Р1и1<1 ргориЫоп»; №1, 061, 206
«ТигЫпе», 1913.

40.	Дудышев В.Д. Искровой электрогидравлический взрыв водяного пара
для ДВС. Интернет. Сайт: \у\узу.8К.1Г.В12 , 2006.

41.	Андреев Е.И. и др. Естественная энергетика. - СПб.: «Нестор», 2000.

42.	Андреев Е.И. Естественная энергетика - 3. - Санкт-Петербург, 2003.

43.	Дудышев В.Д. Интернет. Сайт: \у\улу.ОЕТ2.ги (тетЬгапа), 2006.

44.	Интернет. Сайт: \узузу.8К1ЕВ1х (Форум Казакова, форум ячейка Мейера),
2005,2006.

45.	Зайлер Б. Интернет. Сайт: \у\у\у.8к1Г.Ых. (В. Шаубергер), 2006.

46.	Интернет. Сайт: \у\у^у.8к1Г.В12 (Генератор Студеникова), 2005.

47.	Интернет. Сайт: \у\у\у.8к1Г.В12 (Водородные генераторы), 2006.

48.	Хорбенко И.Г. Звук, ультразвук, инфразвук. - «Знание», Москва, 1986.

49.	Сагу А. ЕДл>аг<Д. Уе§е!аЫе ОН Гие18 Аи!о (С1ет агПс1е \уйЬ тоЮг рЬо(о).
Кее1у Не!, 06/12/2004.

50.	Аленицын А.Г, Бутиков Е.И. Кондратьев А.С. Краткий физико-
математический справочник, 1990.

51.	ВагНиЮу У.И, КогеИаку У.Р. а1 а1.П 1ССГ-6, ОсюЬег 13-^18, р. 387-^391, -
Зарап, 1996.

52.	Бажутов Ю.Н. и др. Регистрация трития, нейтронов и радиоуглерода
при работе гидроагрегата «Юсмар». 3-я Российская конференция по холодному
адерному синтезу и трансмутации ядер. РКХЯСТЯ-3. - М: НИЦ ФТП «Эрзион»,
1996.

53.	Колдамасов А.И., Сударушкин В.А. А.С. СССР №334405, МПК Г 04 Ь
51/00, Бюл. №12, 1972.

54.	Колдамасов А.И. Шаровая молния - в жидкости? «Техника молодежи»,
№8, 1972.
55.	Колдаиасов И.И., Новиков А.А. Электронная обработка материалов., №3,
1975.

56.	Колдаиасов А.И. ЖТФ, т. 61, №2, 1991.

57.	Баранов Д.С. Исследование температурных и радиационных эффектов в
ячейке Колдамасова//Холодная трансмутация ядер. Материалы 8-ой Российской
конференции по холодной трансмутации ядер химических элементов. Дагомыс.
Сочи. 2000г., - М: НИЦ ФТП «Эрзион», стр. 53-^56, 2001.

58.	Голубничий П.И. и др. ХВЭ, т. 3, стр. 515, 1969.

59.	Живков В.А., Румянцев И.Ю. и др. Изв. АН БССР. Физ. Тех. Наук, №3,
с.86, 1976.

60.	Герповин И.Л., Баранова Р.Х., Баранов ПС. Новый подход к низкотемпе-
ратурному ядерному синтезу. Журнал общей химии, т. 62, №1, 1992.

61.	Дерягин Б.В. и др. Открытие СССР №290, от 07.06.1984.

62.	Царев В.А. Низкотемпературный ядерный синтез. УФН, т. 160, №11,
1990.

63.	Мазно Н. Наука о льде. - М.: Мир. 1988.

64.	Дерягин Б.В., Кноев В.А., Липсон А.Г. О возможности ядерных реакций
при разрушении твердых тел. Коллоидный журнал., №1, 1986.

65.	Гороновский И.Т., Назаренко Ю.П., Некряч Е.Ф. Краткий справочник по
химии. Киев. «Наукова Думка», 1987.

66.	Реклама ООО НПО «Энергоресурс» - Москва, 2006.

67.	Реклама НПК «Акойл-энергия» - Завод им. Дегтярева, 2006.

68.	Колодочкин М. Достаточно одной таблетки. Журнал «За рулем», №11,
1999.

69.	Кануников С. До встречи в эфире. Журнал «За рулем» №9, 2000.

70.	Кашницкий С. Там, за горизонтом. Газета «Московский комсомолец»
23/10, 2001.

71.	Николаева Л. Воду очищает информация. Журнал «Свет» №12, 2000.

72.	Ломовских А.Е., Воробьев Ю.В., Дупляк В.П. Струйно-кавитационный
эжектор для приготовления воднотопливной эмульсии. Заявка на изобретение РФ
№2007127031,2007.

73.	Коленко Н.Н. Опытно-экспериментальная установка для улучшения фи-
зических свойств нефтяных топлив. НПО «Аркон» (реклама), 2008.

74.	Интернет. Сайт Ьнр://1ш<1и5Ька.паго<1.ги. Тот самый Болотов - наш со-
временник, 2008.

75.	РиИапсИ Н.К. МеШоб апс! аррагаШз Гог $р11Ит|> \уа1ег то1еси1е8. 17.8.
Ра1ет 4.394.830, 1983.
ГЛАВА 9

РОЛЬ ВОДЫ В БИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ
ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ

Вначале этой главы автор данной книги хочет отметить, что он не
является специалистом в биологии и медицине. Но поскольку Вода
в органической Жизни имеет колоссально важное значение, автор
считает необходимым изложить свое видение процессов, которые
происходят в живых организмах в свете взглядов, развитых в пред-
ыдущих главах. Благодаря теории описания квантово-механических
и физико-химических процессов, протекающих в жидкой воде, а
также ее структуры, изложенной в предыдущих главах настоящей
книги, можно по-новому объяснить и понять громадное количество
существующих экспериментальных фактов в этой области знаний.
Именно с фундаментальных позиций квантово-механических и
колебательно-неравновесных процессов, начиная с химических ре-
акций органических и неорганических агентов на клеточном уровне,
и кончая взаимодействием нейронов человеческого мозга с окружаю-
щей средой, они описываются в данной главе. В то же время в связи
со спецификой терминологии и большой сложностью происходящих
в биологических объектах процессах, автор ограничивается изложе-
нием идей и гипотез, требующих дальнейшего развития и экспери-
ментальной проверки, и заранее приносит извинения за возможные
ошибки и некорректности в нижеизложенном материале.

Вода является уникальной жидкостью - это основа биологиче-
ской жизни растений и живых организмов на земле. Именно в во-
дной среде формируется иерархия существования и управления био-
логических систем от самых высших форм - нейронов человеческого
мозга до квантово-механических и физико-химических процессов,
происходящих на клеточном уровне. Изложим вначале кратко суще-
ствующие положения в научной литературе о роли воды в биологи-
ческих процессах, протекающих в живых организмах.

Вода выполняет в живых организмах множество функций,
включая и главную - структурно-энергетическую [9.1]. Вода явля-
ется основой той коллоидной среды, где протекают биологические
реакции, она непосредственно воздействует на формирование и
стабилизацию нативной структуры макромолекул биополимеров,
биологических мембран и различных еще более сложных надмо-
лекулярных образований [9.2-^9.8]. Вода непосредственно влияет
на эффективность биологических реакций, при этом результирую-
щее влияние конформации (преобразования) структуры белков и
свободной энергии системы связано с одновременным изменением
энергизации и структуры самой воды [9.9+9.12]. Наряду со многи-
ми другими своими функциями вода непосредственно участвует в
регуляции биологических процессов и создает предпосылки для их
избирательности и возможности управления, причем не только на
уровне макромолекул биополимеров, но и на мембранном, а также
на клеточном уровнях [6.42, 9.13].

Вода как растворитель регулирует все функции живого организ-
ма, а также взаимодействие всех твердых веществ, растворенных
в ней, и разносимых по различным частям тела в химических ре-
акциях с органическими молекулами. Вода генерирует электриче-
скую и магнитную энергию клетки, она является связующим мате-
риалом ее структуры, защищает ДНК от повреждений и повышает
эффективность восстановительных механизмов, значительно повы-
шает эффективность иммунного механизма спинного мозга [9.31].
Вода - главный растворитель всех видов пищи, витаминов, солей,
минералов; она разлагает пищу на мелкие частицы, поддерживая
процессы метаболизма и усвоения. С помощью воды пища заря-
жается энергией, после чего она становится способной передавать
эту энергию организму в процессе пищеварения. Благодаря воде
повышается способность организма к усвоению жизненно важных
веществ, содержащихся в пище, она обеспечивает транспортировку
всех веществ в пределах организма, а также выводит токсичные от-
ходы из различных частей тела, доставляя их в печень и почки для
окончательного удаления. Вода усиливает способность эритроцитов
к накоплению кислорода в легких, снабжает клетки кислородом и
уносит отработанные газы в легкие для выделения их из организма,
она является важнейшим элементом охлаждения (потовыделение) и
обогрева организма (теплоноситель). Вода является транспортным
средством для циркуляции в организме клеток крови, она разжижает
ее и не дает ей сворачиваться. Человеческий организм можно срав-
нить с комплексной системой, состоящей из множества подсистем,
нормальное функционирование которых зависит от различных фи-
зических и химических свойств воды [9.31].

Представление о воде только как о растворителе, среды существо-
вания биологических объектов, регулятора химико-биологических
процессов и некоторых других, которое существует в настоящее вре-
мя в биологии и медицине, является существенно неполным. Поэто-
му автор считает необходимым высказать следующие предположе-
ния о процессах, происходящих в водных растворах биологических
сред и роли воды:
-	вода является основным источником энергии для всех про-
цессов, происходящих в клетке, межклеточном пространстве, от-
дельных органах живого организма, за счет излучаемых световых
квантов молекулами Н2О и запасенной колебательной энергии в них,
а потребляемая органическая пища организмом служит источником
элементов (не менее половины периодической таблицы) для «строи-
тельства» органических клеток, образования ионов, биологических
и химических растворов и т.д.;

-	основная масса химических и органических реакций, протекаю-
щих в клетке и межклеточном пространстве, осуществляется не вслед-
ствие воздействия ингредиентов (катализаторов), стерических факторов
реагентов, или кинетической энергии молекул, а благодаря колебатель-
ному возбуждению вступающих в реакцию реагентов, которые погло-
щают световые кванты энергии, излучаемых молекулами воды, а также
другими органическими и неорганическими молекулами;

-	основные окислительные реакции в органических системах
идут не с участием молекулярного кислорода О2 или иона О2“, ско-
рости для которых в температурной интервале (Н36°С низкие, а с
использованием радикалов ОН, О, которые образуются в результате
развала молекул Н2О по реакциям табл. 4.2;

-	потребляемый живыми организмами кислород из атмосферного
воздуха необходим непосредственно не для прямого окисления орга-
нических и неорганических веществ в клетках и всем организме, а для
протекания комплексных квантово-механических и физико-химических
процессов по реакциям (3.25-^3.27), табл. 4.2, рис. 4.2 и 4.3 для создания
заданного аттрактора воды во всех отдельных его ячейках;

-	все процессы, начиная от химических реакций на клеточном
уровне, межклеточного взаимодействия, передачи «информации» от
одних органов к другим и общего управления всеми процессами в
живом организме происходят на основе резонансных явлений пере-
дачи управляющих сигналов (квантов света), источниками которых
служат фрагменты молекул ДНК, причем большинство резонансных
частот близки к собственным резонансным частотам чистой жидкой
воды (см. табл. 3.18).

Такой подход к сложнейшим процессам, протекающих в само-
регулирующихся и самоуправляющихся органических системах,
позволяет сделать принципиальный вывод, что основополагающи-
ми процессами являются квантово-механические и колебательно-
неравновесные химические реакции, на основании которого дела-
ется попытка объяснить некоторые экспериментальные данные и
даются рекомендации по решению некоторых научных проблем.

В этом плане можно прокомментировать первый эпиграф рус-
ской народной пословицы, взятый к данной книге, и имеющий глу-
бочайший смысл. «Милая водица - дай света твоего напиться (то
есть, за счет энергии разложения молекул воды насытить организм
излучением), чтобы сил набраться (обеспечить энергизацию всех
клеток и органов тела) и в гору подняться (в результате чего чело-
век приобретает мышечную энергию). Отсюда возникает вопрос -
неужели наши предки знали больше о фундаментальной роли воды в
живом организме, чем современная наука?

9.1.	Существующие представления о роли структуры,
физико-химических и биологических функциях воды
в живом организме

Вначале вкратце изложим имеющийся в научной литературе ма-
териал о роли и значении воды для живого организма в общеприня-
той интерпретации, а затем попытаемся объяснить эксперименталь-
ные данные с новых позиций.

Человеческий организм примерно на 75% состоит из воды, а его
мозг содержит около 85% воды. Всего в организме человека содер-
жится от 35 до 50 л жидкости, из них 20+25 л находятся в клетках
и 15+20 л составляет внеклеточная жидкость. У человека имеется
9+10 л свободной жидкости, которая включает в себя: слюну - 0,5+2
л; желудочный сок - 2,5 л; желчь - 0,5+2 л; панкреотический сок
(сок поджелудочной железы) - 0,7 л; кишечный сок - 3 л; спинно-
мозговая и мозговая жидкость - 0,13+0,2 л; кровь в сосудах - 5 л
и лимфа - 2 л. Даже в костях и зубах содержится до 10% воды. Из
всего объема воды, находящейся в живом организме, 66% приходит-
ся на клетки, 26% на межклеточное пространство, а в крови всего
лишь 8%. В насыщенном водой организме кровь обычно содержит
до 94% воды (эритроциты - это своеобразные «водяные емкости», в
которых находятся окрашенные молекулы гемоглобина). Уже из этой
общеизвестной информации ясно, что в организме присутствуют са-
мые различные концентрированные водные растворы органических
соединений, в которых молекулы Н,0 и их связи с органическими
молекулами должны играть одну из главных ролей в функциониро-
вании биологических процессов.

Вопросу о состоянии воды и ее роли в биологических систе-
мах посвящено большое количество работ [9.1+9.31]. Автор работы
[9.14] говорит, что многофункциональность воды в живом организме
основана на том, что она может образовывать на клеточном и белко-
вом уровне много разнообразных структур, которые встраиваются в
органические молекулы. В биологических объектах вода находится
в двух состояниях: свободная, обладающая всеми характеристиками
чистой воды, и связанная - с измененными свойствами, обеспечи-
вающая устойчивость организма к неблагоприятным условиям, при
этом свойства и той, и другой воды постоянно меняются [6.42, 9.15].
Обобщая результаты работ ряда исследователей, авторы научного
труда [9.16] отмечают, что вода, связанная с клеточной протоплаз-
мой, а также входящая в состав межклеточной жидкости и других
образований организма, имеют структуру подобную льду I, при этом
структурированная вода более важна для сохранения функций и жиз-
неспособности органических молекул, клеток и тканей. Автор статьи
[9.17] отмечает, что конфигурация пустот кристаллической решетки
воды оказывается такой, что органические молекулы встраиваются
в них без всякого повреждения, с сохранением способностей стро-
ить структуры с другими органическими молекулами, участвовать
в химических реакциях и т.д., в то время, как в плотноупакованной
структуре органические молекулы не могут войти в оптимальный
контакт с водой. Используя метод рентгено-структурного анализа,
авторы [9.18] пришли к выводу, что внутриклеточная вода эритроци-
та образует сложную пространственную конструкцию, в петлях ко-
торой расположены молекулы гемоглобина. Авторы [9.19] считают,
что структурированная вода является защитным фактором клетки, в
частности эритроцита.

По данным авторов [6.42, 9.20^-9.23] вода с квазикристалличе-
ской структурой является катализатором ряда биохимических ре-
акций. С процессами структурированности воды некоторые иссле-
дователи [9.18^9.24] связывают механизм передачи импульсов по
нервным волокнам, исходя из положения, что для процесса деполя-
ризации крупной органической молекулы необходима пленка воды,
прилегающая к ее поверхности, со структурой подобной льду I. Ряд
авторов [9.18, 9.24, 9.25] считают, что изменение характера связей
молекул воды является существенной составной частью механизма
передачи сигналов мышечными клетками. Автор работы [9.26] при-
ходит к выводу, что со «структурированными» изменениями воды
связана передача «сигналов» в процессах с обратными связями. Счи-
тается, что структурные превращения воды могут выполнять роль
триггерного механизма при активации ряда биологических про-
цессов, непосредственно связанных с изменением энергетического
уровня молекул Н2О [9.27]. Структурные особенности воды оказы-
вают существенное влияние на поддержание динамической структу-
ры химических комплексов живой клетки. Например, подвижность
компонентов мембраны и плотность ее упаковки изменяются при пе-
реходе из одной жидкокристаллической фазы в другую [9.28, 9.29].
Со структурными изменениями воды в мембранных комплексах
связывают также функционирование транспортных каналов ионов
К+ и №* [9.24]. Структурированная вода повышает эффективность
работы регуляторных систем организма и устойчивость тканей к не-
благоприятным условиям. Установлено, что количество связанной
воды в тканях возрастает по мере повышения их резистентности
и снижается при их повреждении [6.42]. Исследовалось состояние
структуры воды в стареющей, паталогически измененной и мертвой
ткани. Оказывается, что большую роль в процессе старения организ-
ма играет нарастающий дефицит «ледяной» структуры, непрестанно
разрушаемой тепловым движением и накоплением вместо нее менее
структурированной воды. Высказывается мнение, что поврежденная
ткань характеризуется разрушенным состоянием структуры воды, а
в процессе регенерации структурированность восстанавливается.
Особое внимание следует уделять структуре воды в патологически
измененных тканях, например, подвергнутых раковым заболевани-
ям [6.42,9.15, 9.17,9.30].

В биологических растворах живых клеток и межклеточном про-
странстве вода находится в нескольких прочно связанных состояни-
ях, а также, по крайней мере, в двух слабо связанных состояниях,
причем в одном из них вода частично увлекается движением ма-
кромолекул, а в другом - слабо зависит от их подвижности. Именно
состояние слабосвязанной воды может заметно меняться в процес-
се формирования нативной структуры белковых глобул в воде или
при изменении конформации белков в ходе биологических реакций.
Вода непосредственно принимает участие в формировании натив-
ной структуры биологических макромолекул и благодаря изменению
своей структуры воздействует на ход и эффективность биологиче-
ских реакций. Но это еще не позволяет говорить только о стабилизи-
рующей роли воды в биологических структурах, так как существует
и другая сторона ее воздействия на них, которая обуславливает, нао-
борот, тенденцию разрыхления белковых макромолекул за счет эф-
фектов конкуренции молекул Н2О за водородные связи в их объемах
между С-О и М-Н группами полипептидной цепи [9.26]. Наличие
двойственного воздействия воды на структуру глобулярных белков,
наряду со сложным характером распределения полярных и неполяр-
ных аминокислотных остатков в пределах белковых макромолекул и
наличием некоторого минимального количества воды внутри глобул
непосредственно связано с необходимостью выполнения ими сво-
их биологических функций. Действие всех этих факторов приводит
к тому, что изменение свободной энергии при денатурации белков
по калориметрическим измерениям составляет всего 34+63 кДж/
моль [9.32] при общей энергии гидратации на макромолекулу бел-
ка порядка 103+104 кДж/моль, то есть вода определяет равновесие в
пределах белковых глобул. Именно это делает макромолекулу белка
чувствительной к слабым воздействиям, необходимыми для управ-
ления биологическими реакциями и их избирательности. С другой
стороны, контроль за состоянием белков и ограничение времени
жизни для многих из них на основе важной характеристики белко-
вых макромолекул - их чувствительности к слабым воздействиям
в водной среде - представляет также один из регуляторных механиз-
мов клетки, что является необходимым условием для сколько-нибудь
длительного существования живых систем и обеспечения их вос-
производства [6.42].

Компоненты, растворенные в воде, не только, а возможно, и
не столько непосредственно влияют на биохимические и биофизи-
ческие процессы внутри клетки, но и, взаимодействуя с атомами
водорода и кислорода молекул Н2О, изменяют динамику смены за-
рядовых состояний их электронных оболочек, а значит и свойства
воды. В биологических водных растворах большая часть активных
веществ не принимает непосредственного участия в клеточных про-
цессах, а создает разность биоэлектрических потенциалов за счет
разницы концентраций определенных элементов внутри клетки (ци-
топлазме) и вне цитоплазмы - в межклеточном пространстве. Эти
биопотенциалы создают условия для полноценного обмена веществ
между внутренней и внешней средой клетки, в то же время, вода
может обладать различными биологическими свойствами при одном
и том же составе растворенных веществ [9.1].

Чтобы понять, какие процессы идут в живой клетке, необходимо
выяснить, каковы особенности входящей в их состав воды. Основ-
ная часть клеточной воды заключена в цитоплазме и ядре клетки
(вместе составляющими протоплазму) и связана на молекулярно-
атомном уровне с белками и простыми катионами: К+, Ма+, Са2+,
М$2+ и, в меньшей степени, с другими простыми и сложными анио-
нами Н2РО43-, НРО42-, НСО3", С1", 8О42-, образуя сложный коллоидно-
ионный раствор. Поскольку в клетке ежесекундно происходит поряд-
ка миллиона химических реакций, то связи между молекулами воды,
атомами органических молекул (в основном белков и составляющих
их аминокислот), ионами постоянно изменяются, а, следовательно,
постоянно меняется и структурно-энергетическое состояние воды.
При этом и сама вода принимает участие в химических преобразо-
ваниях в клетках в процессе синтеза белка из аминокислот путем
их соединения через группы ОН-Н, Р-С, М-Р, где Р - полимерное
соединение углерода.

Важное значение в процессах, происходящих в клетке, играет
ион водорода Н+, который образуется в ряде биохимических реакций
(цикл Кребса). Исходя из этих фактов, цитоплазму клетки следует
рассматривать как единую водно-белково-ионную систему. При этом
внутри клеток преобладают ионы К’, М§2’, Н,РО4’ , НРО42 , а в меж-
клеточном пространстве - ионы \а’, Са2’, С1 . Это не означает, что
первых нет в жидкости между клетками, а вторых внутри клеток, но
их концентрации на порядки меньше. Кроме этих ионов в клеточной
и межклеточной жидкостях присутствуют в малых концентрациях
следующие катионы: 2п2 , Си2 , 1Чг', Со2’, Ее2’, Ее’’, Мп2’, Сг2’, V2’,
хотя роль многих из них в биохимических процессах весьма значи-
тельна. Интересно отметить следующие закономерности. Разница
в количестве протонов в ядре для ионов, присутствующих в повы-
шенных концентрациях по разные стороны клеточной мембраны К19
- \ан и Са2(| - М§|2, равна 8, что соответствует заряду ядра атома
кислорода молекулы воды. В то же время отличие числа протонов
ядер в ряду элементов: К„ - Са,0, \ан - М§р, 2п1П - Си,, - М1,8- Со,7 -
Ее,6 - Мп25 - Сг,4 - V,, составляет единицу, соответствующую заряду
ядра атома водорода той же молекулы Н,О. К этому факту нужно
добавить, что и элементы, образующие органические молекулы: С6
- 1Ч7- О8, Р|5 - 8|6, также имеют протонную кратность ядер атомов
[9.1]. Таким образом, для всех элементов периодической таблицы,
присутствующих в биологических растворах, клетках, белках, ами-
нокислотах и т.д. в живом организме заряд ядра квантуется числом
протонов 1 и 8, соответствующих величине зарядов ядер атомов
водорода и кислорода, из которых состоит молекула воды.

Относительно таких уникальных закономерностей элементов
веществ, присутствующих в органических материях живых и расти-
тельных организмов, можно высказать следующее предположение.
Поскольку заданному числу протонов в ядре элемента соответствует
такое же количество электронов в его электронной оболочке, поэто-
му, когда в органических молекулах присутствуют, например, пары
элементов К-Са, \а-М§ и т.д., то, создаваемая ими разность зарядов
равная заряду атома кислорода молекулы воды, обеспечивает, вслед-
ствие резонансных эффектов, максимум связывающих дисперсион-
ных сил в этих органических молекулах.

Вода цитоплазмы клеток структурирована, то есть распреде-
ление ее молекул в пространстве повторяет трехмерные, объемные
изометрические, объемно-спиральные молекулы органических ве-
ществ. Она формирует гидратные оболочки вокруг ионов растворен-
ных солей и находится в неустойчивом зарядовом состоянии. Эта
структурированность строится в соответствие с «конфигурацией»
растворенных в воде органических молекул и ионов неорганических
компонентов и по этой причине вода сама является динамическим
полимеризованным образованием. Вода в клетке находится в состоя-
нии упорядоченного динамического зарядового равновесия (Н,О+
ОН ) за счет взаимодействия с катионами и анионами, а также акти-
визирующего действия внешних и внутренних излучений. С одной
стороны, клеточная вода расходуется на биохимические процессы, а
с другой - «возрождается» за счет биофизических реакций активных
ионов водорода и поступающего в клетку активированного кисло-
рода, то есть находится в состоянии постоянного самообновления и
энергетической «подзарядки» вновь поступающей воды и органиче-
ских молекул [9.1].

Состояние или реакция цитоплазмы клеток в нормальных усло-
виях околонейгральная, а точнее, слабощелочная (концентрация
анионов ОН незначительно превышает концентрацию катионов Н ),
но это равновесие имеет динамический характер: образующиеся в
ходе биохимических реакций ионы Н рекомбинируют с анионами
слабых кислот. Динамична и концентрация других ионов, что под-
тверждается тем фактом, что в живой клетке в количественном от-
ношении калий доминирует над натрием, а в умершей клетке кон-
центрация этих элементов быстро выравнивается как в цитоплазме,
так и в окружающей жидкой среде. В молодой клетке в относительно
значительных концентрациях присутствуют 51 и Аи, а в стареющей
их количество заметно надает [9.1].

Мембраны живых клеток являются, как и белки, тонко уравнове-
шенными системами и вода, находящаяся в них, участвует не только
в организации их пространственной структуры, но и активно воздей-
ствует на происходящие биологические процессы. Помимо ее роли в
формировании структуры мембран вода создаст условия также для
регуляции процессов в пределах мембран, в том числе, для обеспече-
ния эффективности процессов фотосинтеза в растительных клетках,
что наблюдается на нескольких этапах переноса электрона в фотосин-
тетической цепи. Вместе с тем, динамика мембран и ее компонентов
в присутствии воды служит предпосылкой и для сложного характера
поведения ряда биологически активных веществ в мембранах, с кото-
рыми может быть связана многофункциональность их воздействия.
Наряду со своим регуляторным воздействием на процессы функ-
ционирования белковых макромолекул и мембранных структур вода
играет несомненно общерегуляторную роль также на уровне клетки
в целом. Благодаря этому появляется возможность, не ограничиваясь
выделением ряда организованных систем в мембранах или в преде-
лах различных органелл, осуществлять избирательное управление
весьма большим числом разнородных метаболических реакций, про-
исходящих внутри клетки в общей для всех них водной среде [6.42].

Вещество в живой клетке находится в особом возбужденном со-
стоянии, которое управляется с помощью информации, поступающей
из окружающего ее пространства организма. Деление клетки проис-
ходит под воздействием, так называемых, митогенетических лучей.
испускаемых в ультрафиолетовом диапазоне. Это излучение воздей-
ствует на неделящуюся клетку и побуждает ее к делению. Подтверж-
дением этого факта могут служить такие опытные данные, как изме-
нение окраски коринобактерий (метахромазия) за двое-трое суток до
появления вспышек на солнце, наличие цветных зон (ауры) в электро-
магнитных полях высокой частоты вокруг живых объектов, дистан-
ционное влияние биологических объектов друг на друга и т.д. [9.1].

Очень много интересной и объективной информации о роли воды
в функционировании организма человека приведено в книге Ф. Бат-
мангхелиджа, полученной на основе большого практического опыта
водолечения людей [9.31], изложим некоторые из этих данных.

Белки и ферменты функционируют более эффективно в водных
биологических растворах пониженной вязкости. Для усиления «диф-
фузных» функций они должны быть окружены достаточным количе-
ством воды, то есть в растворах с повышенной вязкостью, образую-
щихся в результате потери воды внутри клеток, работоспособность
внутриклеточной ферментативной системы уменьшается [9.31].

В биологических растворах вода осуществляет гидролиз орга-
нических и неорганических веществ, когда они распадаются на бо-
лее простые молекулы, ионы, радикалы, что играет доминирующую
роль в процессе обмена веществ, от которого зависят все физиологи-
ческие функции организма. Как растворитель она является базовым
для липотропных жидких кристаллов, которые составляют основу
всего живого. Так, в частности, вода растворяет поступающие с пи-
щей бикарбонаты, которые выполняют роль буфера, защищающего
стенки желудка и кишечника от кислоты, а также используются в
качестве строительного материала для костей. С помощью гидроли-
за в воде происходит распад белков пищи на аминокислоты, а также
преобразования жиров в жирные кислоты, при этом сама вода ме-
няет свои свойства и становится способной усваиваться клетками,
активно участвовать во всех типах органических и неорганических
реакциях. В контакте с водой многие, особенно органические, ве-
щества образуют коллоидную форму, которая является единственно
возможным водным раствором, обеспечивающим жизнедеятель-
ность организма [9.31].

Вода - это питательное вещество и основной источник энергии.
Даже пища, которую принято считать хорошим источником энергии,
не имеет для организма никакой ценности, пока не пройдет этапа
гидролиза и не получит заряда энергии от воды. В части удовлетво-
рения мозга энергией в виде молекул АТФ вода осуществляет это на-
много быстрее и эффективнее, чем переваренная пища. В организме
человека приоритет в распределении воды имеет мозг, поскольку его
клетки неспособны давать жизнь другим дочерним клеткам, они жи-
вут до тех пор, пока жив организм. Если эти клетки умирают, то ни
одна другая не займет их место, поэтому с рождения до самой смер-
ти организма одни и те же клетки обучаются, «приобретают опыт»,
записывают поступающую информацию и, главное, осуществляют
управление всеми функциями организма. Именно поэтому они полу-
чают 20% расхода крови из кровеносной системы, хотя составляют
всего 2% от общего веса тела. В случае нехватки воды в организме
концентрация водных растворов увеличивается, и вода в клетках те-
ряет способность генерировать энергию [9.31].

Одной из жизненно важной функций воды является создание
осмотического давления в мембранах клеток. Доказано, что меха-
низм, который контролирует и обеспечивает функционирование ион-
ных насосов, использует способность воды трансформировать энер-
гию. «Источником энергии катионной транспортировки или синтеза
аденозинтрифосфата (АТФ) служит повышение химического потен-
циала, вызванное гидратацией мелких катионов и полифосфатных
анионов в сильно структурированной граничной водяной фазе суще-
ствования двух фосфорилируемых промежуточных веществ». Объ-
ем воды внутри клеток регулируется и удерживается ионами калия
и, если оказывается, что концентрация их внутри клеток ниже нор-
мы, а в системе кровообращения повышенная, то это может вызвать
аритмию сердца и сердечный приступ. Клетки человеческого орга-
низма обладают такой же, как у бактерий, способностью приспоса-
бливаться к окружающей среде, изменяя структуру своей мембраны
и содержание холестерина, чтобы предотвратить бесконтрольную
фильтрацию воды внутрь или наружу, при этом в нормальных усло-
виях вода должна просачиваться в клетку медленно, но стабильно. В
нормальных условиях, когда кровь, содержащая достаточное коли-
чество воды, циркулирует в межклеточном пространстве, часть ее за
счет осмотического давления проникает через мембрану в клетки и
выносит оттуда молекулы водорода, она вымывает кислоту из клетки
и превращает в щелочную среду. У клеток существует механизм из-
бавления от избыточной воды, но в том случае, когда окружающая
среда становится сравнительно сухой, поры мембраны закупорива-
ются молекулами холестерина. Связь между обезвоживанием клетки
и поражением ее ДНК очевидна. Каждая клетка в результате много-
численных химических реакций производит ряд высокотоксичных
побочных продуктов, а вода отвечает за вымывание их из клетки,
доставку в печень и почки для переработки. Когда для обслуживания
клетки воды не хватает, произведенная клеткой кислота постепенно
разъедает фрагменты молекулы ДНК. Со временем процесс разъеда-
ния может стать перманентным и губительным, если сбившиеся с
правильного пути (аберрантные) клетки обретут способность раз-
множиться. Клетки таких типов отличаются примитивностью и их
репродуктивные модели не поддаются контролю [9.31].

Человеческому организму, кроме пищи и воды, которые перера-
батываются в энергию, в больших количествах требуются элементы
№, К, Са, М§ и, в меньшем количестве, основные элементы Хп, Мп,
8е, Ее, Си, Сг, Мо, 1, Е. Ионы натрия в совокупности с другими усло-
виями обеспечивают перепад парциального осмотического давления
воды через мембрану клеток между их внутренней средой и меж-
клеточным пространством. Ионы Хп2', Ю, Са2*, М§2± регулируют
концентрацию воды в клетках также за счет осмотического давления
через мембрану между внутренней и наружной средой. К токсичным
элементам для организма относятся Н§, РЬ, А1, Аз, Сб, в больших
количествах - Ее [9.31 ].

Низкая устойчивость исходных мономеров органических моле-
кул, которые входят в состав основных биологических структур, сде-
лала невозможным существование живых систем за счет повышения
прочности и химической стойкости своих структур и предопреде-
лила выбор другого, единственно возможного в подобных услови-
ях, варианта для их длительного существования - воспроизводства
новых структур взамен разрушенных. В свою очередь, обеспечение
воспроизводства, связанного с избирательностью реакций и с воз-
можностью их регуляции, потребовало высокой чувствительности
для осуществляющих такие процессы структур к управляющим воз-
действиям. И здесь решающим фактором оказалось взаимодействие
разнообразных биологических структур, в первую очередь, белков
с водной средой. В результате появилась возможность для решения
целого ряда задач, необходимых для эффективной работы биологи-
ческих систем. Многосторонний характер воздействия воды, опре-
деляемый как разрыхляющим, так и стабилизирующим ее воздей-
ствием на структуру биополимеров, явился решающим фактором в
достижении равновесия сил в пределах белковых макромолекул и в
обеспечении, таким образом, их высокой чувствительности к управ-
ляющим воздействиям. Равновесие сил в пределах макромолекул
белков в водной среде обусловило и появление динамической струк-
туры белков, играющей весьма важную роль в их функционировании
и в возможности управления биологическими процессами. Наличие
равновесия сил, наряду с возможностью перестройки структур в
большом объеме, включающем не только макромолекулы белков, но
и их водное окружение, позволило получать большие эффекты при
использовании слабых взаимодействий. Появились также условия
для снижения вероятности обратных реакций за счет перестройки
водной среды по мере прохождения различных стадий процесса, что
существенно повысило их эффективность [6.42].
Человеческий организм можно сравнить с заводом химической
очистки. Он является конечным продуктом исключительно сложной
программы химических реакций, эффективность которых зависит от
наличия достаточного количества воды и других содержащихся в пище
компонентов. В случае нехватки воды, необходимой для поддержания
работоспособности и управления мириадами химических реакций,
происходящих каждую секунду, могут возникнуть возможности для
построения новых химических путей развития организма, которые
вызывают боль, болезни, преждевременную старость и смерть [9.31].

Приведенный обзор научного материала о роли воды в живом
организме, с одной стороны, показывает, насколько сложны химиче-
ские и биологические процессы, протекающие в органических си-
стемах, а с другой - дает только общее, качественное, в некоторых
случаях и неправильное объяснение многим из них. Поэтому попы-
таемся хотя бы немного восполнить эти недостатки с позиций раз-
витой в предыдущих главах квантово-механической и колебательно-
неравновесной теории, описывающей явления, происходящие в
водных растворах органических веществ.

9.2.	Водные растворы белков и процессы,
происходящие в них

Данный раздел не претендует на всеобщность освещения всех
проблем, связанных со строением белков, их взаимодействием друг
с другом, мембранами клеток, ферментами и т.д., а автор предлагает
посмотреть на их некоторые, частные свойства с другой точки зре-
ния квантово-механических взаимодействий атомов, молекул, ради-
калов и более крупных молекулярных групп.

Вначале следует разобраться с общепринятым термином «струк-
турированная вода», который фактически не несет никакой позитив-
ной информации ни о действительной структуре такой воды, ни о
ее свойствах. Под «структурированной» водой обычно понимают ту,
которая находится в мелких порах гидрофильных веществ, в дан-
ном случае, крупных органических соединений (глобул), молекулы
которых с помощью водородных связей создают некие агрегаты со
свободными связями гидрофильных элементов, входящих в состав
глобул. При этом подразумевается, что структура такой воды экви-
валентна структуре льда I. Для такой воды характерна повышенная
вязкость, резкое снижение диэлектрической проницаемости вплоть
до е5 =4 по сравнению с объемной водой (е5~80), изменение спек-
тральных характеристик поглощения излучений, уширение ЯРМ
спектров колебаний атомов водорода молекул Н2О. Она не замерзает
вплоть до - 70°С, является катализатором химических и биологиче-
ских реакций и обладает другими особыми свойствами.

Типичные величины по содержанию в органах человека воды и
средней диэлектрической проницаемости тканей этих органов приве-
дены в табл. 9.1 [4.62]. Величина диэлектрической проницаемости чи-
стой объемной воды при температуре 36°С равна е8 =75 и при сравне-
нии этой величины с соответствующими значениями для различных

Орган	МОЗГ	печень	ПОЧКИ	селе- зенка	лег- кие	сердце	органов видно, что, несмотря на большое со- держание воды в большинстве из них, только для селезен- ки и глаз они примерно оди- наковы, а для остальных е_
Вода,%	75	68	83	76	79	79	
	35	44	50	77	35	50	
Орган	кожа	глаза	МЫШЦЫ	кровь	жир	КОСТИ	
Вода,%	72	80	75	83	10	22	
	44	70	50	65	3	8,4	
Табл. 9.1. Содержание воды в органах человека и сред- няя диэлектрическая проницаемость ткани [4.62].							

значительно меньше. Но это означает, что даже с учетом влияния ор-
ганических молекул большая часть воды в этих органах находится в
связанном «структурированном» состоянии, а крупные кластеры, от-
ветственные за высокие значения е5 отсутствуют.

В структуру основных белков органических соединений глав-
ным образом входят гидрофильные элементы С, 8, Р, имеющие со-
ответственно приближенные значения энергии гидратации - 150,
162, 395 кДж/моль (см. табл. 6.9). По сравнению с объемной водой
при температуре 300°К, молекулы которых имеют полярный угол
Н-О-Н примерно 100° и среднюю длину связей О-Н —0,913 А, для
молекул Н2О, связанных с атомами С, 8, Р, эти характеристики будут
изменяться в интервалах от 93° до 85° и от 0,85 А до 0,78 А соот-
ветственно (см. табл. 2.2). Таким образом, эти молекулы Н2О ока-
зываются сильно деформированными и, вследствие этого, колеба-
тельно возбуждены (см. гл. 3). Поэтому в такой ситуации говорить о
двух или нескольких состояниях «связанной» воды не приходится, а
существует ее широкий спектр состояний, и реализация любого со-
стояния будет зависеть от конкретных местных связей каждой моле-
кулы воды в таких структурах. При этом действительная структура
такой воды будет не тетрагональной, которая характерна для льда I,
а приближаться к кубическим структурам льдов VI, VII, VIII. В та-
кой воде, находящейся в порах глобул атомных размеров, кластеры,
характерные для объемной воды, разрушены, а дипольные моменты
молекул Н,О, хаотически прикрепленных к стенкам пор, разнона-
правлены, что приводит к низкому значению диэлектрической про-
ницаемости е8. За счет сильной деформации молекул Н2О структура
колебательных уровней изменяется, что обуславливает изменение
спектра поглощения. Высокий уровень запасенной колебательной
энергии таких молекул воды объясняет их низкую температуру за-
мерзания (превращение в лед VI, VII, VIII), а также каталитические
свойства в химических и биологических реакциях.

Ответим на еще один вопрос, который явно или неявно присут-
ствует во всех работах, изложенных в предыдущем разделе: для чего
в водных растворах биологических веществ живого организма при-
сутствуют анионы и катионы простых и сложных элементов, кото-
рые явно не участвуют в химических и биологических реакциях и не
являются «строительным материалом» органических молекул? Счи-
тается, что благодаря присутствию ионов в жидких средах клеток и
межклеточного пространства за счет проникновения через мембрану
клеток, на ней создается разность потенциалов величиной 105-Н06 В/
см, в клетке запасается электромагнитная энергия, благодаря кото-
рой и протекают все биологические реакции.

На самом деле все не так: разность потенциалов на мембране
клетки создается не с помощью перемещаемых «ионными насоса-
ми» катионов и анионов, а благодаря естественным свойствам по-
ристых мембран, о чем подробно изложено в гл. 6, 7, а для органиче-
ских мембран будет описано ниже. С другой стороны, присутствие
ионов в биологических растворах, особенно сильных однозарядных
катионов К’ и 1Ча‘, а также двухзарядных катионов Са2+, М§2+, Мп24
позволяет создавать у них гидратные оболочки, в которых молекулы
воды сильно деформированы и обладают высоким запасом колеба-
тельной энергии. Действительно, в чистой объемной воде присут-
ствуют кластеры больших размеров вплоть до 400 А, в которых, в
основном, происходит накопление колебательной энергии, расходуе-
мой в дальнейшем на протекание квантово-механических (3.25-^3.27)
и колебательно-неравновесных химических реакций табл. 4.2, рис.
4.2, 4.3. Но наличие крупных кластеров в воде приводит к увеличе-
нию вязкости и уменьшению подвижности, особенно в микрокапил-
лярах, поэтому Природа для органических систем выбрала другой
путь получения запасенной колебательной энергии - в гидратных
оболочках ионов (в основном, катионов), о чем подробно изложено
в гл. 6. В концентрированных органических водных растворах жи-
вого организма крупные кластеры воды разрушены, а присутствуют
только мелкие кластеры (фрагменты гофрированных слоев, см. гл.
6) и гидратированные ионы, размер которых (с учетом только устой-
чивых первых гидратных оболочек) не превышает 5-НО А, поэтому
вязкость такого раствора заметно ниже вязкости чистой объемной
воды. Энергия гидратации (АСГ) наиболее важных однозарядных и
двухзарядных ионов, присутствующих в биологических растворах
живых существ приведена в табл. 9.2. Расчеты проведены по при-
ближенной формуле (2.13), причем, в связи с разбросом справочных
данных радиусов ионов [1.16], приведен возможный диапазон изме-
нения ДОГ а также средней энергии, приходящейся на одну молекулу
воды, находящейся в первом гидратном слое. Одновременно там же
показаны значения резонансных колебательных квантов молекул Н,О
объемной воды. Гидратные оболочки ионов являются динамической
системой, где молекулы воды постоянно то отрываются, то присоеди-
няются, причем энергия их строго квантована и в среднем сумма их

Ион	Са2'	мё2'	Мп2'	К'	1Ма'
Моляр, масса, М	40	24	50	38	22
п	7	6	6	8	7
М+18п	166	132	158	182	148
ДО,, кДж/моль	622-656	766-952	700-782	268	322-339
ДО^п, кДж/ моль	88.9-93,7	127,7-158.7	116,7-130,3	33,5	46-48,4
ДО,?!!, СМ 1	7432-7833	10676-13267	975610893	2801	3847-4046
Ьу(Н2О), см 1	7401, 7600	10971, 11256, 11522	9987, 10971	2440	3744, 3848, 3924
Табл. 9.2. Энергия гидратации анионов и резонансные колебательные уровни мо- лекулы Н,О: п - число молекул воды в первом гидратном слое иона; ЭСГ - энергия гидратации ионов; Аг - квант света, резонансно поглощаемый молекулой Н,О.					

близка к общей энергии гидратации. Оторвавшаяся от иона колеба-
тельно возбужденная молекула Н,О, излучает квант света, переходя
в состояние с пониженным запасом колебательной энергии, а излу-
ченный фотон света поглощается окружающими молекулами воды и
органическими глобулами. Таким образом, в органических растворах
с присутствием гидратированных ионов осуществляется постоянная
накачка колебательной энергией молекул воды и органических гло-
бул. В этой связи становится понятным необходимость присутствия
в живом организме большого разнообразия многочисленных типов
катионов и анионов, которые обеспечивают широкий спектр излу-
чаемых квантов света, необходимых для активации биологических и
химических реакций. При этом энергия черпается, согласно выше из-
ложенной теории квантово-механических процессов и колебательно-
неравновесных химических реакций, из энергии межмолекулярных и
межатомных связей, а в качестве «топлива» используются молекулы
воды и энергия ковалентных связей сложных молекул веществ, по-
ступающих из перевариваемой живым организмом пищи.
Наиболее активную роль в биоэнергетике играют белковые мо-
лекулы. Они непосредственно связаны со всеми проявлениями жиз-

ни, так как все химические процессы в клетке происходят с участием
белков - ферментов. Белки преобразуют химическую энергию в ме-
ханическую. Они ответственны также за все клеточные и межкле-
точные движения, участвуют в окислении пищевых продуктов для
обеспечения энергией процесса синтеза молекул АТФ. Все белки
являются полимерными молекулами очень большого молекулярного
веса - средний молекулярный вес белка по порядку величины со-
ставляет порядка 105, в то время как для молекулы воды он равен
18. Белки образуются в результате полимеризации различных ами-
нокислот, которые представляют собой химическое соединение, где
к центральному атому углерода присоединена аминогруппа (МН2),
карбоксильная группа (СООН), атом водорода и группа атомов (Г),
которыми отличается одна аминокислота от другой (рис. 9.1).

В природе имеется много аминокислот, однако белки живых
организмов образуются только из 20 аминокислот. К настоящему

времени известны пространственные структуры для нескольких со-
тен глобулярных белков, а для нескольких тысяч выяснены их ами-

Рис. 9.1. Структура аминокислоты

нокислотные последовательности
[9.33]. В зависимости от соотно-
шения тех или иных относитель-
но стойких структурных элемен-
тов глобулярные белки делятся на
«..-спиральные, р-структурные,
а также а5 + р и ач/р белки [6.42].
Типичный участок «..-спиральной
белковой цепи показан на рис. 9.2,
причем атомы элементов О, С, 14,
Н лежат в одной плоскости. Благо-

даря возможности вращения вокруг одинарных связей (см. рис. 9.2),
вся молекула белка может принимать различные пространственные
конфигурации, в частности, она может свернуться в спираль, поэтому
такие белки называют «..-спиральными. Можно уверенно предполо-
жить, что такая молекула обладает набором собственных высоких ре-
зонансных частот колебаний атомов упругих связей О=С, С-Н, С-14,
М-Н, С-С, С-Е., а также кратным им низких частот колебаний ком-
бинаций различных групп атомов.

Уже из строения молекулы белка можно предположить, что у
нее имеются гидрофильные и гидрофобные участки, где первые ха-
рактеризуются наличием водородных связей с молекулами воды, а
вторые их отсутствием. Гидрофильные участки белковых молекул
обладают дипольным моментом и их взаимодействие с дипольны-
ми моментами молекул
Н2О уменьшает свобод-
ную энергию системы,
то есть они стремятся
находиться в окружении
молекул воды - притя-
гивают их. Углеводород-
ные цепи, состоящие из
атомов углерода и водо-

Рис. 9.2. Участок молекулы белка.

рода, неполярны, поскольку у них взаимно заняты все ковалентные
связи. Внедрение их в полярную среду молекул воды вызывает нару-
шение водородных связей кристаллических структур кластеров, что
приводит к увеличению свободной энергии системы - поэтому они

выталкиваются из воды.

В настоящее время считается, что стабилизация нативной струк-
туры глобулярных белков основана на ведущей роли гидрофобных
взаимодействий окружающих белок молекул воды с различными груп-
пами молекулы белка, что приводит к вытеснению гидрофобных ами-
нокислотных остатков внутрь белковой глобулы и к преобладанию на
ее поверхности полярных остатков [9.34]. Вместе с тем опытные дан-
ные показывают, что у многих глобулярных белков число неполярных,
гидрофобных аминокислотных остатков на поверхности превышает
их число внутри белка. Как правило, неполярные остатки занимают
около половины или даже большую часть поверхности глобулярных
белков, при этом их наличие на поверхности макромолекул отчасти
связано с их важной ролью в составе активных центров ферментов при
взаимодействии с ними субстратов реакций, либо при взаимодействии
белков друг с другом [6.42, 9.35]. Представления о наличии «гидро-
фобного ядра» внутри белковой глобулы [9.2, 9.6] также не получили
экспериментального подтверждения, хотя внутри макромолекул об-
наруживают несколько гидрофобных участков. В то же время внутри
белка присутствует определенное количество молекул воды, вплоть до
нескольких десятков [9.36]. Нужно отметить, что уже исходя из самого
факта существования несвязанных ковалентными связями различных
надмолекулярных структур, взаимодействия внутри которых увели-
чиваются пропорционально объему, тогда как гидрофобные взаимо-
действия пропорциональны площади наружной поверхности, следует
вывод, что гидрофобные взаимодействия в принципе не могут быть
основным стабилизатором макромолекул в водных растворах [6.42].

В качестве ответа на вопрос, почему значительную часть наруж-
ной поверхности белковой молекулы занимают гидрофобные ами-
нокислотные остатки, можно выдвинуть следующее предположе-
ние. Как известно, для обеспечения высоких скоростей протекания
реакций между различными группами аминокислотных остатков
белковых молекул и взаимодействий белков с мембранами клеток
требуется их высокая лабильность, то есть подвижность в водном
растворе, который, кроме органических молекул, содержит и силь-
ные ионы, окруженные гидратными оболочками. При этом крайне
важным требованием для белков должна быть высокая скорость
вращения в такой среде. Как раз эти требования и обеспечивают ги-
дрофобные аминокислотные остатки, покрывающие молекулу белка
снаружи. Выступая в качестве постоянной «смазки», они создают
минимальное гидравлическое сопротивление при поступательном и
вращательном движениях.

Многочисленные исследования различных белков зарегистри-
ровали различные типы движений отдельных аминокислотных,
метильных и т.д. групп белковых молекул с частотами от 109 Гц до
сотен и десятков герц [6.42, 9.37+9.40]. Так спектры ЯМР белков со-
держат многие сотни линий, и, несмотря на существенный прогресс
в экспериментальной технике и разработке новых методических под-
ходов, основная масса линий в спектрах ЯМР для белков остается
неразрешенной. Данные спектроскопии ЯМР высокого разрешения
подтвердили наличие вращательных движений со скоростями, пре-
вышающими скорость вращения белковых глобул для ряда групп, в
первую очередь, для расположенных вблизи поверхности макромо-
лекул в водном растворе. Зарегистрированы также быстрые враще-
ния метильных групп в объеме глобулы и высокочастотные либраци-
онные движения участков полипепидной цепи [9.39,9.40]. Удавалось
наблюдать вращательные движения ароматических аминокислотных
остатков с частотами, существенно меньшими частот вращения бел-
ковых глобул [9.37, 9.38]. Одним из видов внутреннего движения в
молекулах белков, в частности сывороточного альбумина, является
вращение практически всех метильных групп с высокой частотой.
Отмечено, что появление таких видов движения белковых групп
наблюдается именно в водном растворе в частотных диапазонах
108+109 Гц и 105+106 Гц [6.42]. Нужно также отметить, что наиболее
интенсивное движение отдельных групп аминокислотных остатков
наблюдается у ферментных белков по сравнению с неферментны-
ми. Автор работы [6.42] делает правильные выводы о динамическом
состоянии белков: эффективность функционирования ферментов,
включая их избирательность и возможность управления биологиче-
скими реакциями, по-видимому, непосредственно связана с динами-
ческой структурой белков. Решающее значение в ее появлении имеет
взаимодействие белков с водой, которая помимо двойственного воз-
действия на биологические структуры, в результате своего движения
создает свободные объемы в пределах макромолекул. Это приводит к
появлению поворотных или вращательных движений у ближайших,
а затем и у последующих соседей в значительном объеме белковой
глобулы. Вода перемещается в пределах объема макромолекулы, от
нее зависит движение боковых групп белковой макромолекулы и
создание свободных объемов в подповерхностных слоях. Подобный
характер лабильности структуры белка необходим и для процессов
диффузии лигандов в пределах белковых макромолекул. Все эти
факторы приводят к разрыхлению белковых молекул, появлению из-
бирательных свойств в биологических реакциях, их эффективности,
высокой чувствительности к состоянию среды за счет слабых воз-
действий на макромолекулы белков [6.42].

Приведенный в научной литературе материал не позволяет четко
ответить на вопрос, для чего необходимы белковым макромолекулам
колебательные, а главное, вращательные движения отдельных групп

аминокислотных остатков в водном растворе внутриклеточной среды
и межклеточном пространстве. Знание этого позволило бы по-новому
взглянуть на роль белковых молекул в биологических процессах,
поэтому попытаемся осветить эту проблему. В диапазон колебатель-
ных частот фрагментов белковых молекул 10-Ч010 Гц входят не менее
двадцати резонансных частот жидкой воды (см. табл. 3.18), а с учетом

их кратности можно ожидать наличия большого числа совпадений,
поскольку все виды энергий межмолекулярных взаимодействий в во-

дном растворе должны квантоваться колебательными квантами и
величинами их ангармонизма молекулы Н.О (см. гл. 3, 6).

Для примера на рис. 9.3 и 9.4 показаны зависимости диэлектри-

ческой проницаемости от частоты воздействующего электрического
поля на водные растворы двух белков: коллагена и гемоглобина кро-
ви. Видно наличие двух и трех максимумов, соответственно, в точно-

ЗхЮ7 3x10* 3x10’ЗхЮ10 Г, Гц

Рис. 9.3. Диэлектрическая проницаемость
сильно увлаж ненного белка коллагена: I - объ-
емная вода: 2 - связанная вода [6.49].

сти совпадающих с собствен-
ными резонансными частотами
чистой жидкой воды (см. табл.
3.18). Наличие близких резо-
нансов колебаний отдельных
фрагментов ферментов и участ-
ков цепи макромолекулы белка
как раз и обеспечивает высо-
кую чувствительность реакций
между ними при слабых взаи-
модействиях и возможность
туннельных переходов даже
при больших значениях поро-
га энергии активации. Второй
эффект, связанный с высокими
скоростями вращения различ-
ных групп (метильных, ами-
нокислотных остатков и т.д.)
приводит, с одной стороны,
к постоянному обновлению
молекул воды вблизи поверх-
ности белковой глобулы, а с
другой - к сильнейшей закрут-
ке микрообъемов той же воды.
Эти два фактора создают усло-
вия дополнительной колеба-
тельной накачки молекул Н,О

105	1 07 1 0’	10" Г, Гц

ЗЯ Счет квантово-механических Рис. 9.4. Диыектрическая проницаемость во-
(3.25-^3.27) И колебательно- бного раствора белка гемоглобина: 1 - объем-
неравновесных химических кода: 2 сняшнная в,,д“ 16 49]-
реакций табл. 4.2, рис. 4.2, 4.3 (см. гл. 3,4,6,7) в закрученном потоке

воды, где в качестве «топлива» снова используются молекулы воды.
Эти возбужденные молекулы Н,О излучают кванты света, резо-
нансно поглощаемые фрагментами белковых молекул, и тем самым
осуществляют их энергизацию, обеспечивая высокую реакционную
способность белковых глобул.

9.3.	Влияние воды на некоторые функциональные
характеристики живых клеток

Все основные биологические процессы живого организма про-

исходят в живых клетках, являющимися «кирпичиками», из которых

и строится организм. Схема ти-
пичной, например, нервной клет-
ки приведена на рис. 9.5, в со-
став которой входят следующие
основные элементы: ядро, вклю-
чающее молекулу ДНК, мембра-
на, отделяющая внутреннюю
цитоплазму от межклеточной
среды, тонкие соединительные
отростки с другими клетками,
длинный отросток (аксон). Ис-
следования пространственной
структуры клеток показали, что
весь объем клеток пронизан се-
тью белковых микронитей и ми-

Рис. 9.5. Схема нервной клетки: I - соеди-
нительные отростки: 2 - ядро (ДНК): 3 -
мембрана: 4 - длинный отросток (аксон).
кроктрубочек, которые удерживают все внутриклеточные органеллы
в определенном положении, определяют форму клеток, ее измене-
ния и все движения внутри клетки. Такая сеть микронитей и микро-
трубочек называется цитоскелетом [9.41].

Большое значение для существования и функционирования
клетки как основы живого организма имеют свойства мембран, ко-
торые, с одной стороны, выполняют защитные функции, отделяя
цитоплазму клеток от межклеточной среды, некоторых внешних не-
благоприятных воздействий, а с другой - обеспечивают жизнедея-
тельность клетки, пропуская в обе стороны молекулы воды, газов,

ионы, аминокислоты и другие органические молекулы.

Мембраны клеток построены из белковых молекул, один конец ко-
торых гидрофилен, а другой гидрофобен, они называются амфифиль-
ными липидными. Эти молекулы стремятся расположиться на грани-
це двух фаз так, чтобы гидрофильная и гидрофобная части оказались
в нужных условиях. Схематическое изображение такой амфифильной
липидной молекулы показано на рис. 9.6. В водной среде амфифильные
молекулы стремятся объединиться в замкнутые двухслойные сферы ди-
аметром около 100 А, при этом го-
ловки молекул липидов направлены	|	2

наружу и внутрь пузырька в водную	лап! \

среду, а хвосты, защищаясь от воды,	ж|ж^^\/\У\/\/\/\/\

оказываются внутри двойного слоя.

Все органические клеточные мем-
браны также образованы ДВОЙНЫМИ Рис. 9.6. Схематическое изображение ли-
слоями амфифильных липидных п,“,Иой 1
молекул с головками, обращенными к водным внешней и внутренней
областям, и хвостами, направленными внутрь слоя. Основными носи-
телями специфических свойств клеточных мембран являются белковые
молекулы, которые могут находиться либо на внешней, либо на внутрен-
ней поверхности мембраны, частично погружаясь в двойной липидный
слой, или пронизывать мембрану насквозь. Эти белки подразделяются
на два типа согласно их виду внутри гидрофобной области мембраны.
К первому типу относятся палочкообразные ах - спиральные белки с

радикалами, направленными в наружную сторону от оси молекулы, ко
второму - белки, имеющие в гидрофобной области глобулярную струк-
туру. Белки первого типа выполняют роль рецепторов для внеклеточ-
ных молекул и антител иммунной системы, позволяющих определить
индивидуальность молекул, они передают информацию внутрь клет-
ки и ответственны за свойства узнавания, агрегации и адгезии клеток.
Глобулярные белки в мембранах выполняют многие физиологические
функции: синтез молекул АТФ, пассивный и активный транспорт ионов
и атомных групп через мембрану и др. [2.41].
Итак, согласно современным представлениям клеточные мем-
браны - это жидкостно-мозаичные структуры, содержащие в зам-
кнутом двойном слое липидных молекул двухмерные структуры,
ориентированные поперек слоя белковых молекул, гликопротеинов,
гликолипидов и полисахаридов. Основу такой мозаичной структуры
составляет двойной слой липидных молекул с ионными и полярными
группами атомов, лежащими на внешней и внутренних поверхностях
мембраны и соприкасающихся с органическими водными раствора-
ми внутри и вне клеток. В мембранах с малым содержанием белков
последние в виде «айсбергов» плавают в липидном слое [2.41].

В нормально функционирующих клетках сотни различных малых
и крупных молекул и ионов должны присутствовать в определенных
концентрациях, значительно меньших или значительно больших, чем
их концентрация в межклеточной водной среде. Например, концентра-
ция ионов К+, М§2+ в клетке превышает их концентрацию в межклеточ-
ной жидкости на порядки и наоборот: концентрация ионов Са2+
с наружной стороны клетки больше также на порядки по сравнению
с содержанием их внутри клетки. На мембране живой клетки всегда
существует разность потенциалов электрического поля, средняя на-
пряженность которого достигает ЮМ О6 В/см при толщине мембраны
-5ФЧ00 А, причем считается, что внешняя поверхность мембраны
всегда заряжена положительно, а внутренняя - отрицательно [2.41]. В
биологической научной литературе полагается, что, во-первых, раз-
ность потенциалов электрического поля на мембране создается за счет
перекачки в клетку ионов и протонов, а, во-вторых, транспорт ионов
и протонов через мембрану осуществляется с помощью специальных
ионных и протонных «насосов» [2.41, 6.42, 9.6, 9.7]. Существуют от-
дельно калий-натриевые насосы, кальциевые и протонные, при этом
предполагается, что в их структуре существуют специальные белки,
которые, например, захватывают одновременно ион калия в межкле-
точной жидкости и ион натрия в протоплазме клетки, затем они пере-
ворачиваются в мембране и выносят ион калия внутрь клетки, а ион
натрия - наружу. Таким образом, осуществляется принудительный
перенос катиона против сил электрического поля положительно за-
ряженной части мембраны, и на это тратится до 50% энергии, выраба-
тываемой клеткой [2.41]. С другой стороны, в большей части научной
литературы отмечается, что проблема ионных и протонных «насосов»
до сих пор не решена и требует к себе более пристальною внимания.

Вторая проблема клеточных мембран, которая также требует
разрешения - это парциальные осмотические давления для разных
веществ, когда одновременно одни молекулы, атомы, радикалы мо-
гут диффундировать через них в клетку, а другие - наружу. Попро-
буем ответить на поставленные вопросы с привлечением развитых
выше взглядов на процессы взаимодействия применительно к ато-
мам, ионам и молекулам, составляющих белки мембраны.

Детально структуру мембраны живой клетки можно представить
такой, как показано на рис. 9.7. Она состоит из липидных молекул,
гидрофильные головки которых обращены к внутренней среде клет-

ки и в наружную сторону,
а гидрофобные подвижные
хвосты расположены внутри
мембраны. Пространство
между головками и хвостами
этих молекул представляет
собой сквозные поры, раз-
мер которых в поперечнике
можно оценить величиной не
более 5^-10 А, исходя из из-
вестной толщины мембран
5СН-100 А. В состав головок
белков входят гидрофильные
атомы С, 8, Р, энергия связи
которых с молекулами воды
составляет, соответственно,
150, 162, 395 кДж/моль (см.
табл. 6.9). Упорядоченные
слои головок липидных мо-

Рис» 9.7. Схема клеточной мембраны: 1 - вну-
триклеточная среда; 2 - зона отрицательного
потенциала; 3 — головка липидной молекулы; 4 -
хвост липидной молекулы; 5 — зона положитель-
ного потенциала; 6 - внеклеточная среда; 7 - на-
пряженность электрического поля (ЕЭ).

лекул представляют собой пористую мембрану, на поверхности пор
которой присутствуют атомы С, 8, Р, обладающие большой энергией

связи с молекулами воды.

При попадании молекул воды в такие поры происходят процес-
сы, подробно описанные в гл. 6, но, ввиду их большой важности,
вкратце изложим их повторно. В порах и капиллярах малых разме-
ров, значительная часть водородных связей кластеров разрывается, и
они разрушаются, поскольку энергия их связи (~21 кДж/моль) в дан-
ном случае в 7-5-19 раз меньше энергии связи молекул воды с атомами
элементов вещества стенок пор. Поскольку стенки пор имеют самую
причудливую форму, то дипольные моменты молекул воды оказыва-
ются разнонаправленными и в большинстве объема компенсируют
друг друга, что приводит к уменьшению диэлектрической проницае-
мости е8 до величины около 4. Для такой большой величины энергии
связи атомов С, 8, Р, с молекулами воды в порах 150-^395 кДж/моль
такого же порядка будет энергия деформации молекул Н2О и запа-
сенная колебательная энергия (см. гл. 3). Это вызывает интенсивное
протекание цепных квантово-химических реакций (3.25^-3.27), табл.
4.2, рис. 4.2 и 4.3, а, следовательно, усиленную диссоциацию моле-
куп воды и выделение энергии их связи, которая будет запасаться в
первую очередь на колебательных степенях свободы молекул Н,О.
Таким образом, в данном случае возникает аттрактор воды с высо-
кими значениями выделения энергии, причем, если внимательно ис-
следовать систему химических реакций табл. 4.2, то определяющими
будут реакции №1+5, включая реакцию отрыва электрона от молекул
Н,О, на которую будет затрачиваться совсем мало энергии - около 5
кДж/моль. Электроны, как более подвижные из всех участвующих
в реакциях частицы и обладающие скоростями примерно в 100 раз
большими по сравнению с кинетической скоростью молекул Н2О,
будут отрываться, уходить из пор мембраны в раствор и гидратиро-
ваться, а вода в порах и их стенки будут заряжаться положительно.
Таким образом, между мембраной и тонким слоем раствора, рас-
положенного рядом с ней, будет создаваться разность потенциалов.
То есть, получаем некий эквивалентный плоский конденсатор, одна
пластина которого заряжена положительно (мембрана), а вторая
(тонкий слой жидкости в растворе) отрицательно.

В данном случае для мембраны живой клетки получаются два
слоя головок липидных молекул (зоны III и V), которые заряжаются
положительно. Вылетающие электроны, гидратируясь, создают от-
рицательно заряженные области в водной среде рядом с наружны-
ми поверхностями слоев головок липидных молекул (зоны II и VI),
а также в гидрофобной области хвостов молекул внутри мембраны
(зона IV) (рис. 9.7). Поскольку взаимодействие атомов гидрофобных
элементов и аминокислотных остатков хвостов липидных молекул
с молекулами воды отсутствует, то во внутренней гидрофобной об-
ласти мембраны (зона IV) структура молекул Н,О будет практически
такой же, как и для объемной воды. Причем, из-за малого размера
пор, крупных кластеров образовываться не будет, и, в связи с часты-
ми столкновениями молекул воды со стенками гидрофобных пор, за-
пасенная колебательная энергия в них будет минимальной. В то же
время, в гидрофильных областях мембраны (зоны III и V) благодаря
постоянно протекающим квантово-механическим и колебательно-
неравновесным химическим реакциям молекулы воды будут колеба-
тельно возбужденными. Отрицательно заряженная зона IV, кроме
того, несет важную функцию прочного связывания положительно
заряженных зон III и V мембраны. Для расчета интегральной энер-
гии взаимодействия создаваемого клеточной мембраной электриче-
ского поля напряженностью 105+106 В/см с молекулами воды можно
воспользоваться формулой (2.7), при этом получаются величины
0,023+0,23 кДж/моль (см. табл. 2.6). Таким образом, первый вывод
заключается в том, что затрачиваемая в мембране клетки на созда-
ние электрического поля напряженности 105+1(У‘ В/см энергия неве-
лика и меньше кинетической энергии молекул воды (1,5кТ==3,8 кДж/
моль)! На рис. 9.7 показано также качественное распределение на-
пряженности электрического (Еэ) поля поперек мембраны. Оно име-
ет двухгорбый вид с максимумами, расположенными в положительно
заряженных зонах, причем можно отметить очень важное свойство
такой системы - распределение Еэ несимметричное, а градиент 6ЕЭ/
6Х с внутренней и внешней стороны мембраны может меняться с
помощью изменения размера гидрофильных пор мембраны.

Исследования спектров ЯМР высокого разрешения от ядер угле-
рода |3С на частоте 7,5476x107 Гц в мембранах бактерий К. гиЬгит
и КЬ. зрИаегойЛез показали наличие двух интенсивных линий погло-
щения. Одна из этих линий относится к частоте движения неполяр-
ных участков липидных белков (хвостов), составляющих мембрану,
и этот тип движения связан с вращением хвостов липидных моле-
кул [6.42,9.42,9.43]. Таким образом, с помощью вращения хвостов
липидных молекул в мембранах осуществляется принудительная
прокачка через нее нейтральных атомов и молекул, причем в зави-
симости от направления вращения, по-видимому, движение их мо-
жет осуществляться либо в клетку, либо из клетки наружу. Кроме
того, вращение хвостов липидных молекул с такой большой угловой
скоростью будет приводить к сильнейшей закрутке микрообъемов
воды и повышению запасенной колебательной энергии в молекулах
Нр (см. гл. 7). Интересно отметить еще одну особенность этого
процесса - энергия такого вращения Пвр=Ьу будет равна 0,00252
см1, и если вспомним, что вращательный квант молекулы Н2О для
объемной воды равен Ву=0,00141 см 1 (см. гл. 3), то, с учетом до-
полнительной деформации молекул Н2О в порах между хвостами
липидных молекул можно с большой уверенностью утверждать, что
частота вращения этих хвостов совпадает с резонансной частотой
вращательных квантов молекул воды, равных примерно 2В^

Рассмотрим движение положительно заряженных ионов - ка-
тионов вблизи такой мембраны как внутри клетки, так и снаружи.
Допустим, катион находится в зоне биологического раствора I или
VII вблизи поверхности мембраны. Тогда под действием электроста-
тических сил отрицательно заряженной зоны II (или VI) он начнет
двигаться к ней, скорость его будет увеличиваться и благодаря силам
инерции он может проскочить ее и приблизиться на минимальное
расстояние к положительно заряженной зоне III или V. Затем под
действием электростатических сил отталкивания одноименно заря-
женных ионов катион начнет обратное движение через зону II или
VI к зонам I или VII и далее процесс повторится. Таким образом,
установится колебательное движение катионов относительно обеих
поверхностей мембран, и, фактически, будет осуществляться посто-
янная бомбардировка мембраны катионами, находящимися в биоло-
гических растворах внутри клетки и снаружи. Но в таком случае при
больших концентрациях катионов на мембрану клетки будет осу-
ществляться сильное колебательное воздействие, которое в случае
несогласованности процессов может привести и к разрушению мем-
браны. Посмотрим, как элегантно и красиво Природа решила этот
вопрос для живых клеток.

Как известно, максимальные концентрации в клетке имеют ка-
тионы М§2+ и К+, достигая 1 (У3 моль/л, а во внеклеточной жидкости
катионы Са2+ и №* имеют примерно такие же концентрации [2.41].
Частоту колебаний катиона относительно мембраны для случая ее
жесткого закрепления приблизительно можно оценить из выраже-
ния (6.26) для постоянного электрического поля: у(~[циЕэ/(тиХд)]0'5,
где ци - заряд иона, Еэ - напряженность электрического поля, ти -
эквивалентная масса иона, ХА - амплитуда колебаний иона. То есть,
частота прямо пропорциональна величине заряда иона и обратно
пропорциональна его массе. Для снижения к минимуму колебатель-
ного воздействия на мембрану необходимо выполнение следующих
условий: совпадение частот колебаний ионов с противоположных
сторон мембраны; синфазность колебаний; равенство электриче-
ских зарядов и масс ионов. Для решения этой задачи в аккуратной
постановке требуется знание точных концентраций ионов, сопро-
тивление среды при их движении, плотность заряда и модуль упру-
гости мембраны, что сделать пока невозможно. С другой стороны,
можно провести грубые оценки, заменив с обеих сторон мембра-
ны ионы на эквивалентные по суммарным характеристикам. Тогда
для ионов М§2+ и К+ имеем некий ион 14 3+ с суммарной молярной
массой М,=24+38=62, а для ионов Са2+ и 14а+ соответственно: 1423+
и М2=40+22=62 (см. табл. 9.2), то есть имеем полное совпадение по
числу зарядов и массе эквивалентных ионов. Но надо помнить, что
ионы всегда гидратированы и их масса увеличивается на число мо-
лекул воды, находящихся, по крайней мере, в первой оболочке. Ис-
ходя из справочных радиусов ионов и молекулы Н2О, с помощью
простых геометрических построений было определено количество
гидратированных молекул для этих ионов (см. табл. 9.2). На осно-
вании данных табл. 9.2 можно определить суммарную молярную
массу гидратированных ионов, соответственно: М|=132+182=314 и
М2= 166+148=314, то есть и для этого случая имеем полное совпаде-
ние для эквивалентных ионов по разные стороны мембраны зарядов
и массы, что не является случайным совпадением. В данном случае
можно говорить о фундаментальных законах квантования в биоло-
гических процессах не только энергии, но массы и зарядов. Таким
образом, благодаря одинаковым средним характеристикам бомбар-
дирующим мембрану клетки с наружной и внутренней стороны ка-
тионов (зарядов, массы и концентрации) динамическое воздействие
на нее оказывается минимальным, в то же время, именно благодаря
этим бомбардировкам, создаются благоприятные условия их транс-
портировки через мембрану!

Опишем теперь процесс прохождения катионов через мембра-
ну клетки, например, из внешней среды внутрь. При колебательном
движении гидратированного катиона из зоны I в зону II (рис. 9.7) он
попадает под действие электрического поля, создаваемого мембра-
ной. В этом случае может произойти полное разрушение гидратной
оболочки, поэтому рассмотрим этот вопрос подробнее. Гидратиро-
ванная молекула Н2О на ионе имеет с ним динамическую диспер-
сионную связь, энергия которой определяется по формуле (1.6), где
К- в данном случае среднее расстояние между центрами иона и моле-
кулы воды. Таким образом, молекула Н2О постоянно колеблется от-
носительно иона с некоторой собственной частотой и эти колебания
аналогично (6.15) можно описать дифференциальным уравнением:

ти(Х" + уХ'+ у02Х)=ЧиЕэ,	(9.1)

где X - перемещение молекулы Н,О относительно иона; ти - экви-
валентная масса молекулы воды и гидратированного иона; - соб-
ственная частота колебаний; у - коэффициент диссипации (рассеяния)
энергии в среде; ци - суммарный заряд иона и наведенного заряда
за счет поляризации на молекуле Н2О; Е,)=Еэ|+ЕЭ2=ЕЭ|+ЕЭ0ехр(М)
- воздействующее постоянное электрическое поле от мембраны и
падающего фотона света, излученного колебательными модами мо-
лекул воды. Тогда аналогично (6.26) можно получить решение для
перемещений молекулы Н2О относительно иона:

Х=ЧиЕЭ1/(тиУ02)+(чнЕэ2/ти)/(-у2+1уу+у02)=Х|+Х2	(9.2)

В данном случае рассмотрено воздействие на гидратирован-
ный ион не только напряженности электрического поля, создавае-
мого мембраной (принято среднее постоянное значение ЕЭ|), но и
падающей световой волны, излученной спонтанно окружающими
молекулами воды при переходе их с одного колебательного уровня
на другой. Из выражения (9.2) видно, что воздействие обоих видов
полей приводит к увеличению среднего расстояния между центрами
иона и гидратированной молекулой Н2О для типичных характери-
стик на 25-^30%, а поскольку оно в формуле (1.6) входит в знаменате-
ле в шестой степени, то энергия дисперсионной связи уменьшается
примерно в пять раз. Происходит разрушение гидратной оболочки
ионов вблизи заряженной мембраны клетки. При этом отрывающие-
ся молекулы воды оказываются сильно колебательно возбуждены.
Эти молекулы, переходя в состояние на более низкие колебательные
уровни, излучают кванты света, и, поскольку этот процесс проис-
ходит вблизи мембраны клетки, то излученная энергия резонансно
поглощается в первую очередь молекулами воды, находящимися в
порах мембраны, а также фрагментами органических молекул. Та-
ким образом, этот процесс разрушения гидратных оболочек ионов
обеспечивает энергизацию молекул воды, находящихся в порах мем-
бран, а также органелл!

Находящийся катион в зоне II (рис. 9.7), насыщенной гидрати-
рованными электронами, с разрушенной гидратной оболочкой име-
ет большую вероятность рекомбинировать в нейтральный атом. Для
анализа этой ситуации запишем уравнения химических реакций для
некоторых катионов с электронами:

1.	Са2'+2е(аф ^Са+0^5 кДж/моль=418 см ', Н20(0,2,0)=>Н,0(0,0,1)+Ьу=371 см ';
2. М§2’+2е(ач| ^М§+0,=76кДж/моль=6354 см1, Н20(0,0,8)=>Н20(0,0,6)-Иу=6448 см
3. Мп2‘+2е(ж1) ^Мп+Р!=319кДж/моль=26668см 1,Н20(0,0,8)=>Н20(0,1,0)-11у=26339см
4. К?+е(ч1 5 К+04= 18 кДж/моль=1505 см Н20(0,1,0)=>Н20(0,0,0)-Ьу=1757см
5. Ка*+е(ч| Ка+О;=29 кДж/моль=2424 см’, Н20(0,0,2)=>Н20(0,3,0)-Ьу=2440 см
6.	Н+О6=51 кДж/моль=4263 см ', Н20(0,03)=>Н20(0,4,0)-ЬМ450см(9.3)

Теплоты реакций в системе уравнений (9.3) определялись на
основе справочных данных энтальпий образования ионов водных
растворов, для атомов кристаллических веществ они принимались
равными нулю, а для гидратированного электрона энтальпия бра-
лась равной ДН)°=269 кДж/моль на основании вычислений, проде-
ланных в гл. 4. Первая из реакций является экзотермической, осталь-
ные - эндотермические. Для сравнения в (9.3) приведены квантовые
реакции переходов молекул Н,0 из одного колебательного состояния
в другое с поглощением кванта энергии (реакция №1) и излучением
близкорезонансных квантов света (реакции №2-5-6). Из анализа ре-
акций (9.3) видно, что вероятности их протекания располагаются в
порядке Ру|>Ру4>Ру5>Руб>Ру2>Руз, причем эндотермические реакции
№2-5-6 идут, когда в момент столкновения катионов с электронами
приходят соответствующие кванты лучевой энергии. Казалось бы, в
обычных равновесных условиях при температурах среды ~310°К ве-
роятность протекания реакций №2-5-6 должна быть низкой. На самом
деле для колебательно-неравновесных условий в водном растворе,
когда средняя запасенная колебательная энергия составляет около 40
кДж/моль=3344 см1, небольшая вероятность будет только у реакции
№3, а для остальных она будет достаточно высокой. При этом очень
важно, чтобы дефект энергий между требуемой величиной актива-
ции химической реакции и квантом фотона был минимальный, то
есть соблюдалось требование близкого резонанса. С этой точки зре-
ния наиболее благоприятны реакции №5 и 2. Образовавшиеся ней-
тральные атомы М§, Са, Мп являются гидрофобными, то есть они
отталкиваются от молекул воды, нейтральные атомы К и № - гидро-
фильные, притягивающие молекулы Н,О. Последние сразу образуют
вокруг себя гидратные оболочки.

Рассмотрим прохождение через мембрану гидрофобных элемен-
тов М§, Са, Мп. Образовавшиеся в зоне II атомы гидрофобных эле-
ментов М§, Са, Мп постоянно выталкиваются из структуры воды за
счет водородных связей (сил) и процессы прохождения в зону III мем-
браны и возвращения в зону I будут иметь одинаковую вероятность.

Через поры мембраны с наружной стороны осуществляется по-
стоянный поток нейтральных гидрофильных частиц - молекул воды
и органелл, покрытых снаружи гидрофильными фрагментами орга-
нических молекул. Этот поток жидкости осуществляется благодаря
двум процессам: за счет вращения хвостов липидных молекул, соз-
дающих гидравлическую тягу, и вследствие градиента электриче-
ского поля в зонах II, III мембраны. Последний эффект связан с поля-
ризацией молекул воды и гидрофильных фрагментов органических
молекул, образованием диполей с переменным дипольным момен-
том и притяжения их в зону III за счет электростатических сил. При
этом направление движения поляризованных молекул воды и орга-
нелл в клетку или из нее будет определяться различным характером
градиентов электрического поля в зонах II - III и V - VI.

Гидравлический поток жидкости подхватывает гидрофобные
атомы М§, Са, Мп и за счет сил трения, а также водородных связей
(они оказываются как бы вмороженные в кристаллическую струк-
туру кластеров воды) переносит их из зоны II в зону III мембраны.
Здесь нужно отметить, что этот процесс будет наиболее эффективен
для тех атомов, у которых, во-первых, больше подвижность или, что
то же - меньше масса, а, во-вторых, их радиус меньше или равен
радиусу полости в кристаллической структуре кластера воды. Ради-
ус полости в водяном кластере составляет ~1,56 А [3.49], а радиуса
атомов М§, Са, Мп соответственно 1,6, 1,97 и 1,36 А, атомные массы
24, 40 и 55. Видно, что наилучшими характеристиками для транс-
портировки в кластере воды обладает атом магния. Кластер воды
с попавшим в него атомом М§, будет иметь практически такую же
подвижность, как и без него, поскольку отношение масс М§ и моле-
кулы воды составляет всего ~1,3. Атом кальция по размерам больше
полости кристаллической структуры кластера, и, поскольку он яв-
ляется гидрофобным элементом, то за счет сил водородных связей
не попадет в нее, кроме того, масса его в 1,67 раз больше, и он будет
проскальзывать в водном потоке среди молекул Н2О и их кластеров.
Размер атома марганца меньше водяной полости и он может туда
поместиться, но масса его по сравнению с массой молекулы воды в
три раза больше, что значительно уменьшает подвижность водяного
кластера с попавшим в него атомом Мп.

На основании проведенного анализа можно сделать важные вы-
воды, которые позволяют ответить на вопрос, почему в живой клетке
концентрация ионов магния значительно больше, чем ионов кальция
и марганца - это связано именно с возможностью захвата атомов
М§ кластерами воды и их подвижностью. Для иона марганца, кроме
фактора малой подвижности кластеров отрицательную роль играет
высокий порог энергии активации реакции №3 превращения его в
нейтральный атом, именно поэтому концентрация Мп2’ в клетке су-
щественно меньше, чем ионов М§2’.

Попадая в зону III мембраны, где напряженность электрическо-
го поля максимальна, атомы М§, Са, Мп, могут быть подвержены
ионизации, которая будет проходить согласно обратным реакциям
№НЗ (9.3), причем уже здесь реакция №1 пойдет с поглощением
энергии, а реакции №2,3 - с выделением энергии, то есть их вероят-
ность будет повышаться. Выделяющаяся при этом энергия в виде
квантов света резонансно поглощается окружающими молекулами
воды и фрагментами органелл. Образующиеся катионы М§2’, Са2’,
Мп2’ будут выталкиваться из положительно заряженной зоны III и
выноситься вместе с потоком жидкости в отрицательно заряженную
зону IV. В зоне мембраны IV с катионами М§2’, Са2’, Мп2’ протекают
такие же процессы, как и в зоне II превращения их по прямым реак-
циям №НЗ в нейтральные атомы М§, Са, Мп, только в связи с боль-
шей напряженностью электрического поля, интенсивность здесь бу-
дет выше. Затем эти нейтральные атомы встраиваются в структуру
воды и переносятся с ее потоком в положительно заряженную зону
мембраны V, где снова будет происходить их ионизация по обрат-
ным реакциям №1-^-3. Далее катионы М§2’, Са2’, Мп2’ выталкиваются
из положительно заряженной зоны V и вместе с потоком жидкости
попадают в отрицательно заряженную зону мембраны VI, находя-
щуюся внутри клетки. В зоне мембраны VI катионы М§2’, Са2’, Мп2’
могут частично превращаться в нейтральные атомы, либо диффун-
дировать далее по объему клетки. Описанные процессы всех стадий
превращения катионов в нейтральные атомы и обратно являются
вероятностными и поэтому возможны различные варианты их про-
текания: например, катион превращается в нейтральный атом в зоне
мембраны II, а затем транспортируется кластерами воды без измене-
ний до зоны V, где снова превращается в ион и выносится в клетку.

Далее рассмотрим процесс переноса ионов К’ и №’ через
мембрану внутрь клетки. Образующиеся в зоне мембраны II ней-
тральные атомы К и № (реакции №5,6, (9.3)), как гидрофильные
элементы, гидратируются, причем приближенные значения энергии
гидратации первого слоя молекул воды составляют соответственно
586 и 525 кДж/моль (см. табл. 6.9). Эти гидратные оболочки атомов
К и № за счет водородных связей обеспечивают сцепление их с
окружающими молекулами воды из раствора, поэтому они захваты-
ваются гидродинамическим потоком и переносятся в зону мембраны
III. В положительно заряженной зоне III под действием высокой на-
пряженности поля и низкой диэлектрической проницаемости среды
у атомов К и № гидратные оболочки разваливаются и происходит
их ионизация по обратным реакциям №4 и 5 (9.3). Далее катионы
К’ и 1Ча* под действием электростатических сил вместе с потоком
жидкости выносятся в отрицательно заряженную зону мембраны IV,
где происходит их превращение по прямым реакциям №4 и 5 (9.3)
в нейтральные атомы, которые гидратируются, захватываются по-
током воды и переносятся в зону V. В зоне V процессы происходят
точно также, как в области мембраны III, а затем катионы К’ и 1Ча"
благодаря электростатическим силам отталкивания попадают в зону
VI внутрь клетки, где могут частично превращаться в нейтральные
атомы, либо диффундировать по объему клетки.

Теперь рассмотрим вопрос: почему концентрация иона К’ внутри
клетки на порядки больше, чем иона №+, а снаружи, в межклеточной
жидкости, наоборот - концентрация №' больше, чем К+? Одна из
причин связана с тем, что из-за большого значения энергии акти-
вации реакции №5 по сравнению с реакцией №4 (9.3) вероятность
образования нейтрального атома для атома натрия меньше, чем для
атома калия (поскольку населенность колебательных уровней моле-
кулы Н,О(0,1,0) значительно выше, чем уровней Н,О(0,0,2)). По этой
причине уменьшается и вероятность прохождения иона натрия через
мембрану клетки по вышеизложенному пути. Для анализа второй
причины надо понять, какие вообще процессы происходят с катио-
нами К' и №’ в межклеточной среде? Для этого запишем возможные
реакции рекомбинации катионов К' и №’ с анионами, присутствую-
щими в органическом растворе жидкости межклеточного простран-
ства в больших концентрациях - ОН и С1 :

!• К +0Н,ач, ^КОН+0,=-55 кДж/моль =-4598 см ’,

2.	№'+ОН^ ^№ОН+02=—43 кДж/моль —3595 см ',	(9.4)

3.	К?+С1 ^’КСН-О =17,5 кДж/моль =1463 см ',

4.	1Ча*+С1 ^№С1+О4=3,4=3,78 кДж/моль.

Несмотря на экзотермичность реакций №1 и 2, вероятность их
осуществления будет небольшой (по крайней мере, много меньше
единицы), поскольку в момент их протекания необходимы кана-
лы отвода больших квантов энергии 4598 и 3595 см '. Такой отвод
может быть обеспечен только молекулами Н,0 с подготовленными
колебательными уровнями и возможными квантовыми переходами,
например, Н,О(0,4,0) +йу=4598=>Н,О(0,0,3)+148 см 1 и Н,0(0,0,0)+
Ьу=3595=>Н2О(0,2,0)+1 18 см

Выделяющиеся при этом энергии О, и Р, непосредственно в
кинетическую энергию молекул, то есть в тепло, сразу перейти не
могут (см. гл. 4). Для протекания реакции №3 (9.4), также как и для
реакции №4 (9.3), необходимо подвести достаточно большой квант
энергии, излученный молекулами воды, поэтому вероятность осу-
ществления ее будет относительно невысокой. На основании этого
анализа можно с большой уверенностью утверждать, что катион К+
в водном растворе ведет себя практически независимо от присут-
ствующих в нем анионов ОН и СГ и имеет большую вероятность
взаимодействия с мембранами клеток.

Совершенно другая ситуация наблюдается во взаимодействиях
катиона с анионом С1 . Согласно реакции №4 (9.4) порог ее ак-
тивации составляет 3,4^3,78 кДж/моль (для различных справочных
данных энтальпии образования реагентов [1.2,1.16]). В то же вре-
мя средняя кинетическая энергия молекул в водном органическом
растворе при температуре 36°С равна 1,5кТ=3,8 кДж/моль. Но это
означает, что прямая и обратная реакции №4 будут проходить при
каждом соударении ионов 1Ча’, СГ, молекул №С1 между собой и с
молекулами воды, а, следовательно, их вероятность будет очень
близкой к единице. Таким образом, в водном растворе ионы 1Ча+ и
С1 очень сильно взаимодействуют друг с другом и, фактически, в
каждый момент времени в нем присутствуют в больших концентра-
циях молекулы №С1, которые обладают сродством к электрону, то
есть являются гидрофильными, и в водном растворе будут гидрати-
рованы. Благодаря сильным связям ионов №’ с ионами СГ их взаи-
модействие с отрицательным потенциалом зоны мембраны клетки
II будет существенно ослаблено (анион С1 экранирует катион №+),
поэтому вероятность проникновения иона 1Ча* по сравнению с ио-
ном К4 через мембрану клетки становится существенно ниже.

Транспортировка протонов Н+ через клеточную мембрану не-
сколько отличается от рассмотренных выше вариантов. После пре-
вращения протона в зоне мембраны II в атом водорода он может вести
себя двояко. С одной стороны, поскольку атом водорода не образует
гидратной оболочки и вследствие своих малых размеров (К=0,3-Ч),4
А), он попадает в пустоты кристаллической структуры водяных кла-
стеров. С другой - атом водорода обладает сродством к электрону,
образует водородные связи с атомами кислорода, и является гидро-
фильным элементом. Поэтому, попадая в кристаллическую структу-
ру кластеров воды, за счет дефектов Бъеррума он может встраиваться
в нее. В обоих случаях вместе с током воды атом Н попадает в зону
мембраны III, где за счет высокой напряженности электрического поля
может ионизоваться, превратиться в протон, который гидратируется с
образованием иона Н3О+, а затем транспортируется через остальные
зоны мембраны внутрь клетки, проходя такие же стадии превраще-
ния как катионы К+ и №+. Но наиболее вероятна другая, более про-
стая и энергетически выгодная схема образования повышенной или
пониженной концентрации протонов внутри клетки. В воде всегда
идут процессы диссоциации молекул Н2О^Н+ +ОН , которые в зоне
мембраны V под воздействием электрического поля усиливаются, что
приводит к увеличению концентрации ионов Н* и ОН . Анионы ОН
могут частично рекомбинировать с присутствующими в цитоплазме
клетки катионами К+, №* и среда сдвинется в сторону повышенной
кислотности. С другой стороны, степень диссоциации молекул воды
регулируется градиентом электрического поля в зонах мембраны V и
VI, поэтому концентрация протонов может уменьшаться, что приве-
дет к смещению среды цитоплазмы в щелочную область. Кроме того,
в воде всегда присутствуют свободные радикалы Н, которые, попадая
при токе воды через мембрану в зоны III и V, могут превращаться в
протоны и таким образом поступают внутрь клетки.

Совершенно аналогично осуществляется прохождение ионов
через мембрану изнутри клетки наружу, а общий их баланс в клетке
регулируется различными градиентами изменения электрического
поля в зонах II - III и V - VI. Необходимо еще раз подчеркнуть -
основная регулировка процессов транспортировки ионов, молекул
воды, гидрофобных и гидрофильных веществ, а также органических
молекул через мембрану клетки вовнутрь и наружу в процессе жиз-
недеятельности клетки осуществляется с помощью изменения гра-
диентов поля с7Еэ/<7Х в зонах II- III и V - VI (см. рис. 9.7).

Таким образом, можно сделать окончательные выводы, что
в живой клетки не существует специальных ионных и протонных
насосов, а транспортировка ионов, молекул воды, гидрофобных и
гидрофильных органических и неорганических веществ осуществля-
ется за счет естественных свойств пористых мембран, в состав
вещества которых входят гидрофильные элементы, обладающие
большой энергией связи с молекулами воды!

Важнейшее значение для жизнедеятельности клеток имеет пере-
пад давления жидкостей, создаваемый за счет осмоса через ее мембра-
ну между внутренней средой и межклеточным пространством. Этот
перепад давлений создается за счет энергии сил связи молекул воды
с гидрофильными элементами, присутствующими в веществе пор в
зонах мембраны III и V (рис. 9.7), образования электрических полей
большой напряженности и градиентов ее изменения по толщине мем-
браны. Благодаря таким условиям создается возможность сильной
переменной поляризации молекул воды, притяжения их в зоны мем-
браны III, V и дальнейшей «прокачки» через остальные зоны. Второй
эффект осмотического давления связан с вращением хвостов липид-
ных молекул, входящих в состав структуры мембран клетки. При та-
ких принципах воздействия на составляющие элементы жидкой сре-
ды, проходящей через мембрану, «расходные» характеристики будут
зависеть от таких параметров атомов, молекул воды, органелл, ионов,
как степень поляризации, степень гидрофильности и гидрофобности,
размеров частиц, размеров пор и вязкости среды. Все эти параметры в
нормально функционирующей клетке могут изменяться в определен-
ных пределах, обеспечивая ее жизнедеятельность.

Здесь можно обсудить одну интересную параллель, задав во-
прос: почему температура тела человека и многих млекопитающих
находится в диапазоне температур 35-^38°С? Ответ на него можно
получить, проанализировав график температурной зависимости
осмотического давления на полупроницаемой мембране, изготов-
ленной из стекла марки «пирекс», для дистиллированной воды, под-
верженной электролизу слабым электрическим током с разделением
ее на растворы католит и анолит, показанные на рис. 4.10 и 7.28 [2.7].
Из рисунков видно, что наблюдается достаточно резкий максимум
перепада осмотического давления в районе температур 36-^37°С и
это не случайное совпадение. В стекле марки «пирекс» присутству-
ют атомы гидрофильных элементов 81 и 1Ча, имеющих соответствен-
но энергию связи с молекулами воды 245 и 525 кДж/моль, которые
и создают в пористой мембране условия, описанные выше. Присут-
ствие в такой пористой мембране элементов 81 и № по сравнению
с элементами С, 8, Р для мембраны живой клетки может изменить в
характеристиках осмотического давления его абсолютную величину,
но не температурную зависимость, поскольку она зависит только от
параметров жидкой среды, основой которой в данном случае является
вода. Подобная температурная зависимость осмотического давления
для полупроницаемой мембраны связана с резким изменением сте-
пени поляризации молекул воды, которая входит в формулу диспер-
сионной энергии связей молекул воды с гидрофильным элементом
вещества мембраны во второй степени (см. 1.6). Характер зависимо-
сти поляризации можно оценить из формулы (6.18), представив, что
молекула воды, связанная с атомом гидрофильного элемента, нахо-
дящегося на стенке поры мембраны, совершает гармонические коле-
бания, которые описываются уравнением движения (6.16). Тогда по-
ляризуемость молекул воды будет определяться выражением а=о^/
(гпе^е^2), где - наведенный заряд на молекуле Н,О, у() - собствен-
ная частота колебаний. С ростом температуры среды от 0 до 100°С
диэлектрическая постоянная жидкой воды е^ уменьшается (см. кри-
вую №1, рис. 6.17), а собственная частота колебаний у() должна уве-
личиваться в связи с увеличением кинетической энергии молекул. В
области температур (Н41°С характерными типами колебаний атомов
в молекулах объемной воды являются симметричные моды, а при
температуре около 41 "С происходит фазовый переход второго рода,
когда в молекулах Н,0 преобладающими становятся асимметрич-
ные моды колебаний, энергия которых (а, следовательно, и частота)
выше, чем у симметричных мод (см. гл. 6). Таким образом, эти два
противоположно влияющих фактора приводят к наличию оптимума
в температурной зависимости коэффициента поляризации а молекул
воды в пористой мембране. При этом в данном случае значение кри-
тической температуры, соответствующее максимальному значению
а, сдвигается от критической температуры ~41°С в сторону 36^37"С.
Это смещение оптимума вызвано тем, что поскольку молекулы Н,0
в порах мембраны деформированы сильнее, чем в объемной воде, то
соответственно меняется весь спектр колебательных уровней. Таким
образом, благодаря особым свойствам именно воды максимально
большое осмотическое давление для полупроницаемых мембран до-
стигается при критической температуре в районе 36"С, которая
была выбрана Природой как оптимальной для теплокровных живых
организмов в связи с наилучшими характеристиками функциониро-
вания биологических клеток!

9.4. Химико-биологические реакции и резонансные
процессы, протекающие в живых клетках

В данном разделе будут изложены только общие положения, ка-
сающиеся закономерностей протекания вероятностных процессов
квантово-химических и квантово-биологических реакций в водных
растворах органических и неорганических соединений, а также
управляющих механизмов резонансных колебаний на биологиче-
ские процессы в живой клетке.

Вначале обсудим некоторые постулаты, широко используемые
в современной химии органических и неорганических соединений,
с позиций квантовой механики. Считается, что окислительный про-
цесс каких-то молекул или соединений заключается в переносе элек-
трона с одной молекулы или атома на другую молекулу, а восстанови-
тельный процесс - это соответственно перенос протона. С позиций
квантовой механики такие определения химических реакций некор-
ректны и не отражают фактических процессов, происходящих в них.
Рассмотрим для примера простую окислительно-восстановительную
реакцию СО + ОН^СООН#^СО2 +Н. Здесь в промежуточном ква-
зиравновесном комплексе СООН* прямой реакции происходят про-
цессы перестройки электронных атомных орбиталей, всех входящих
в него атомов, в результате чего образуются новые дисперсионные
связи между ними. В образовавшейся вновь молекуле СО2 из моле-
кулы СО и атома О часть их верхних орбиталей становятся общими
электронными орбиталями и поэтому внешние электроны ковалент-
ных связей не принадлежат какому-то одному исходному реагенту, а
относятся ко всей молекуле образовавшегося продукта в целом. При
этом важно подчеркнуть, что на основании фундаментального зако-
на квантования энергий электронных и колебательно-вращательных
степеней свободы частиц в молекуле СО2 перестраиваются не только
верхние, но и все остальные электронные орбитали исходных реа-
гентов СО и О (см. гл. 1), то есть происходит полное преобразова-
ние всех электронных, а также колебательно-вращательных энерге-
тических уровней. Подобные процессы перестройки электронных
орбиталей идут и в обратной восстановительной реакции, при этом
никакого переноса прогона не существует, а, еще раз подчеркнем,
более корректно нужно говорить о перераспределении дисперсион-
ных связей и преобразовании энергетических уровней всех степеней
свободы молекул и атомов. Эти законы распространяются и на все
реакции сложнейших органических и неорганических молекул, поэ-
тому в биологических процессах крайне важными факторами явля-
ются не только величины выделившейся или поглощенной энергии,
но энергетическое состояние и спектр электронных и колебательно-
вращательных уровней вновь образовавшихся продуктов реакции.

Второй крайне важный вопрос, который уже излагался в гл. 4
и 5 настоящей книги, и требует повторного обсуждения для биоло-
гических реакций - это высокие их скорости протекания в водных
растворах. Суть проблемы заключается в том, что практически все
химические реакции между простыми и сложными соединениями,
состоящими из основных элементов, которые входят в состав ор-
ганических молекул - С, О, Н, Р, М, обладают высокими скоростя-
ми, необходимыми для осуществления биологических процессов
в живых клетках, только при высоких температурах 150(Н2000°К
в газовой фазе. В то же время в водных растворах органических и
неорганических соединений при температурах 273^-310°К скорости
этих же реакций могут возрастать в 103-Н039 раз (см. гл. 4, 5). Фак-
тически во всей литературе, посвященной химическим реакциям во-
дных растворов, включая и биологические, этот факт объясняется
следующими явлениями, происходящими в них: клеточный эффект
взаимодействия реагирующих частиц; стерический эффект взаимо-
действующих частиц; присутствием и участием в реакциях ингиби-
торов; наличием реакционных центров и катализаторов; участие в
реакциях ионов и т.д. Однако, когда к настоящему времени доста-
точно хорошо развиты методы квантовой химии, необходимо иметь
более фундаментальное объяснение подобным фактам.

О клеточном эффекте реакции в водном растворе подробно говори-
лось в гл. 4. Его суть заключается в том, что в жидкости длина свобод-
ного пробега частиц (атомов или молекул) сравнима с диаметром самих
частиц (например, в жидкой воде среднее расстояние между молекулами
составляет ~3 А, а кинетический диаметр ~2,7 А). По этой причине вы-
деленная частица оказываются в окружении одних и тех же частиц рас-
творителя или реагента длительное время, то есть одни и те же частицы
находятся как бы в клетке. Несколько по-другому клеточный эффект
определяют в литературе [1.2]: когда реагирующие частицы (атомы или
молекулы) оказываются в водном растворе, то, если формально рассмо-
треть их поведение в некоторой ячейке, ограниченной молекулами рас-
творителя, за счет отражения частиц от стенок ячейки число соударений
их в единицу времени между собой удваивается и утраивается. Все это
ведет к увеличению вероятности протекания реакции.

На самом деле необходимо учитывать реальные характеристики
структуры водного раствора, так радиус свободной полости в кри-
сталлической структуре кластера воды составляет 1,56 А, а радиусы
многих молекул, атомов и, тем более, органических молекул сравни-
мы с ним или много больше его. В других же местах общей структу-
ры жидкой воды (на поверхности кластеров) расстояния между бли-
жайшими соседними атомами водорода и кислорода не превышают
~2 А. При одной и той же температуре скорости молекул в жидкости
меньше, чем в газе, поэтому минимальное расстояние сближения
сталкивающихся частиц будет больше и, как следствие, вероятность
осуществления реакции между ними будет ниже, чем в газе. Кроме
того, надо помнить, что все гидрофильные атомы и молекулы реаген-
тов всегда будут гидратированы, то есть они окружены, по крайней
мере, одним слоем тесно расположенных друг к другу молекул воды,
которые при столкновении этих частиц будут, с одной стороны, уве-
личивать минимальное расстояние между частицами, а, с другой -
экранировать электростатические и дисперсионные взаимодействия
между ними. Таким образом, даже на основе этого простого каче-
ственного анализа ясно, что в водном растворе скорость реакций
между реагентами должна быть меньше, чем в газе, но на самом деле
в реальных условиях она существенно (в КН40 раз, [1.2]) выше.

Стерический эффект реакций гипотетически подразумевает на-
личие у сталкивающихся молекул реагентов зависимости реакцион-
ной способности от их взаимной ориентации, опишем его согласно
теории, приведенной в работе [4.9]. Схема реакций сталкивающих-
ся частиц с учетом стерического фактора показана на рис. 9.8, где
подразумевается, что молекулы реагентов являются сферическими,
обладающими реакционными способностями в «черных» областях
сферы. Для случая полностью черных сфер вероятность реакции
равна единице при любом столкновении частиц. Когда вероятность
реакции между частицами зависит от их взаимной ориентации, то
используют представление о «белой сфере» с реакционным пятном,

Рис. 9.8. Схема реакции между частицами с учетом
стерического фактора: а - между «черными сфера-
ми»; 6 - между «белыми сферами» с черными пятна-
ми; скобки означают «клетку» растворителя [4.9].

причем, если при сопри-
косновении двух пятен
реакция протекает с ве-
роятностью единица, то
пятно называется «чер-
ным». Если вероятность
реакции больше нуля,
но меньше единицы,
то пятно называют «се-

рым», а геометрический стерический фактор определяется как ста-
тистический вес благоприятных для реакции ориентаций и он равен
отношению произведения площадей поверхностей пятен к произве-
дению площадей поверхностей сфер.

В жидкой фазе за счет эффекта «клетки» (удлинения времени
встречи и наличия повторных контактов) анизатропия реакцион-
ной способности частично или даже полностью усредняется. Если
в момент первого контакта сферы с черными пятнами встретились
в неблагоприятной ориентации (см. рис. 9.86), то существует веро-
ятность, что за время встречи сферы-реагенты переориентируются
и в каком-то из предыдущих контактов окажутся в благоприятной
ориентации и прореагируют. Но существует также вероятность, что
из-за стерических ограничений реагенты не прореагируют и разой-
дутся. Анализ подобных многочисленных моделей и сравнение их
с экспериментальными данными показало, что их невозможно под-
твердить или проверить с хорошей достоверностью [4.9].

Здесь нужно понимать, что модели стерического фактора примени-
мы для реакций, вероятности или скорости которых отличаются в зави-
симости от взаимной ориентации сталкивающихся реагентов максимум
в 1-400 раз, в то же время в нашем случае отличия скоростей реакций в
газовой фазе и в водных биологических растворах составляют Ю'МО12
раз. Стерический фактор имеет значение при взаимодействии крупных
белковых молекул, когда в реакцию вступают их отдельные фрагменты,
находящиеся на поверхности. Эти фрагменты колеблются с близкорезо-
нансными частотами, и можно заведомо сказать, что эпюры индикатрис
распространения электромагнитных колебаний в пространстве (благо-
даря которым и осуществляется взаимодействие фрагментов молекул)
имеют углы конечной величины, а не бесконечно малы. Поэтому стери-
ческий фактор не имеет решающего значения для решения поставленной
задачи. Действительно, согласно оценкам, проведенным автором моно-
графии [9.6], для двух реакций с биологическими субстратами отличие
между реальной скоростью и рассчитываемой на основе известных ранее
физико-химических факторов катализа достигает 9-12 порядков.

Практически во всей литературе, относящейся к химическим и
биологическим реакциям в водных растворах, считается, что про-
цессы, идущие в них, являются термодинамически равновесными.
Чтобы объяснить такие сильные отличия скоростей жидкофазных
реакций от соответствующих в газовой фазе, вводятся постулаты о
влиянии на них некоторых ингибиторов, ферментов, коферментов,
реакционных центров, катализаторов и т.д. В этом случае реакции за-
писываются чисто формально, как идущие с участием катализаторов
или органических соединений. В качестве примера подобного напи-
сания приведем реакции образования молекул аденозиндифосфатной
кислоты (АДФ) и аденозинтрифосфатной кислоты (АТФ) [2.41]:

1)	АДФ+Рф+АТФ-синтетаза=>АТФ+Н,О+АТФ-синтетаза+0=48,25кДж/
моль=4034 см ’,	(9.5)

2)	АТФ+Н2О+фермент=>АДФ+Рф+фермент - 0=48,25 кДж/моль
= 4034 см

где АДФ - аденозиндифосфатная кислота; АТФ - аденозинтрифос-
фатная кислота; Рф - фосфорная кислота.

Делаются попытки объяснить этот феномен также участием в
реакциях ионов, атомов металлов, радикалов, но фундаментальных
исследований по этому вопросу на квантово-механическом уровне
описания автор в научной литературе не нашел. Предполагается, что
одним из объяснений существующей проблемы возможно протека-
ние органических реакций с участием многозарядных ионов, напри-
мер, [2.41]: АТФ4 +Н,О=>АДФ’ +НРО42 +Н+. Кроме того анализиру-
ются многие реакции с участием ионов О2 , НО2 , М§2+, Са2+, Мп2+, К+,
№+ (4.15). Но здесь можно привести следующие доводы против та-
ких объяснений. Когда происходит реакция между молекулами (ато-
мами) реагентов и образуется новая молекула, то в реакциях всегда
участвуют только верхние электронные орбитали, поскольку потен-
циал ионизации нижних электронных уровней для всех элементов
намного больше верхних. Эти верхние электроны реагентов, пере-
страиваясь, и образуют связывающие электронные орбитали вновь
создавшихся молекул. Если в качестве из одного реагента вступает
однозарядный анион (или, тем более, двухзарядный), то это означа-
ет, что верхние электроны у него оторваны, а для образования новой
молекулы с ним потребуется создание связывающих электронных
орбиталей с существенно большим энергетическим барьером, что
оказывается невыгодным.

Наличие прочно связанных отрицательных зарядов в органиче-
ских молекулах также вызывает серьезные возражения. Как извест-
но, принцип действия всех ковалентных связей атомов С-С, С=С,
С-Н, С-О, С=О, С-8, О-Н, Н-Р, М-Н, 8=0 и т.д., присутствующих
в органических молекулах, основан на поляризации электронной
оболочки одного или обеих партнеров за счет положительно заря-
женного ядра одного или обеих атомов. В результате этого между
ядрами атомов возникает повышенная электронная плотность, проч-
но связывающая атомы партнеров в молекулы. Если предположить
в такой системе двух связанных атомов наличие дополнительного
электрона между ними, то произойдет экранировка электронных ор-
биталей атомов, поляризация их прекратится, и молекула распадется
на атомы. Поэтому дополнительный электрон у молекулы, имеющей
сродство к электрону, присоединяется только к верхней ее орбитали,
например, ион ОН . В этом случае энергия связи электрона суще-
ственно меньше, чем у ковалентной связи. Поэтому, если в органи-
ческих молекулах и присутствуют анионы, то они прочных связей
с остальными элементами не имеют и влиять кардинально на ход
химических и биологических реакций не могут.

По мнению автора данной книги, высокие скорости всех типов
химических реакций в биологических растворах связаны с теми
же явлениями колебательной накачки молекул реагентов фотонами
света широкого спектрального диапазона, испускаемых колебатель-
но возбужденными молекулами Н,0, что и происходящие в чистой
жидкой воде. Квантово-механические и физические колебательно-
неравновесные процессы, происходящие при этом, подробно опи-
саны в главах 4 и 5 на примере одной из наиважнейшей реакции,
протекающей в воде, №5 (табл. 4.2), для которой скорость по сравне-
нию с равновесными условиями увеличивается в 4*10'- раз. Точно
также при колебательном возбуждении фрагментов белковых моле-
кул, вступающих в реакцию, скорость реакции может увеличиться
в 1012 раз для случая, рассмотренного автором монографии [9.6].
Здесь важно еще раз подчеркнуть, что именно благодаря квантово-
механическим реакциям (3.250.27) и колебательно-неравновесным
химическим реакциям табл. 4.2, рис. 4.2 и 4.3, происходящим в жид-
кой воде, осуществляется колебательная накачка молекул воды. В
результате переходов из одного квантового состояния в другое мо-
лекулы излучают фотоны света в широком спектральном диапазо-
не, которые и поглощаются фрагментами органических молекул.
Как показывает анализ громадного экспериментального материала,
большинство спектральных линий поглощения органических моле-
кул находятся в близком резонансе с собственными частотами жид-
кой воды (см. табл. 3.18). При колебательном возбуждении реаген-

тов, вступающих в реакцию, во-первых, заранее подводится энергия
для преодоления активационного барьера, а, во-вторых, вследствие
резонансных явлений квантово-механический путь реакции меняет-
ся на более короткий.

Рассмотрим вначале в этом плане более подробно некоторые ре-
акции, протекающие в цитоплазме живой клетки, например, такие
важные, как (9.5) в той интерпретации, которая изложена в биоло-
гической литературе. При использовании энергии окисления орга-

нических веществ дышащими организмами или энергии солнечного
света в растениях и фотосинтезирующих бактериях реакция фос-
форилирования осуществляется в ферментных комплексах, встро-
енных в цитоплазматическую мембрану, во внутренние мембраны
митохондрий и мембраны тилакоидов. Эти комплексы называются
АТФ-синтетазами и реакция записывается в виде первой из формул
(9.5). Образующиеся при фосфорилировании молекулы АТФ затем
диффундируют к местам потребления энергии. Там в присутствии

молекул комплекса ферментов и коферментов происходит реакция
обратная фосфорилированию (реакция №2 (9.5)) с выделением «за-
пасенной» энергии. Такая реакция называется гидролизом молекул
АТФ. Структура молекул АТФ и АДФ показана на рис. 9.9, где виден
формальный процесс преобразования их друг в друга в результате
реакций (9.5). Синтез и гидролиз молекул АТФ является универсаль-
ным промежуточным этапом всех энергетических преобразований в

клетках растений и жи-
вотных от самых про-
стейших до человека.
Как считается, энергия
гидролиза молекул АТФ
используется для рабо-
ты ионных насосов в
клеточных мембранах,
при синтезе белков и
других органических
молекул, она необходи-
ма для осуществления
всех внутриклеточных
движений протоплазмы
и других органелл клет-
ки. Без этой энергии не-

Рис. 9.9. Структурные формулы молекул, участвую-
щих в реакциях в клетках: АТФ - аденозинтрифосфат-
ная кислота: АДФ - аденозиндифосфатная кислота:
Рф - фосфорная кислота [2.41].
мыслимы сокращения мышц животных, колебания ресничек, враще-
ние жгутиков одноклеточных организмов и все другие движения в
живой природе [2.41].

Обсудим эти крайне важные положения для понимания процес-
сов, происходящих в цитоплазме клеток, межклеточном пространстве
и во всех других частях живых организмов опять на основе квантово-
механических взаимодействий атомов и молекул. Для этого вначале
проанализируем сами реакции (9.5). Их запись в виде (9.5) означает,
что превращение органических молекул АТФ и АДФ друг в друга с
участием молекулы воды происходит в присутствии катализаторов:
фермент и АТФ-синтетаза. На самом деле эти реакции протекают без
участия катализаторов в тот момент, когда в реакции №1 (9.5) моле-
кулой АДФ поглощается квант энергии фотона величиной 4034 см1,
приходящий из окружающей среды цитоплазмы клетки или другой
водной органической жидкости живого организма и излучаемого мо-
лекулой Н2О. В то же время реакция №2 (9.5) осуществляется, когда
переходный комплекс АТФ»Н2О излучает квант энергии 4034 см1,
поглощаемый окружающими молекулами воды и фрагментами ор-
ганелл. Молекулами воды этот квант энергии может излучаться или
поглощаться в следующих квантово-механических реакциях:

1)Н20(2,0,0)^Н20(0,2,0)+Ьу=3924 см '+ДЕ=±110 см1, (9.6)
2)Н20(0,0,1)^Н20(0,0,0)+Ьу=3848 см '+ ДЕд=±186 см1.

Здесь нужно подчеркнуть, что дефект энергий этих реакций удо-
влетворяет условию ДЕд<1,5кТ=318 см1, а это означает большую
вероятность осуществления их, при этом величина энергии актива-
ции 9=48,25 кДж/моль=4034 см1, бралась по данным монографии
[2.41] и требует уточнения. По мнению автора настоящей работы, за
счет условия в реакциях (9.6) ДЕд=0 и вследствие большой важно-
сти для жизни организмов реакций (9.5) вероятность их протекания
должна быть очень высокой. Это условие может обеспечить величи-
на энергии активации реакции №2 - 9=46,03 кДж/моль=3848 см1,
отличие которой, от приведенной в [2.41], составляет всего 4,7% и
входит в диапазон ошибок ее измерений. Этот квант энергии в точ-
ности совпадает с первым колебательным уровнем асимметричной
моды молекулы Н2О объемной воды (см. табл. 3.4), что не является
случайным совпадением. Так как в нормальных условиях аттрактора
воды в органических растворах живых существ (когда нет интенсив-
ного распада молекул Н2О) максимум функции распределения ко-
лебательной энергии приходится на первые колебательные уровни
молекул Н2О всех мод, то вероятность реакций (9.5,9.6) будет очень
высокой. При этом после образования по реакции №1 (9.5) молекулы
АТФ она никуда не диффундирует к местам потребления энергии
(на что тоже нужно затратить энергию), а излученный квант энергии
поглощается только теми фрагментами органических молекул, ко-
торые имеют близкорезонансные собственные частоты колебаний с
частотой падающего излучения.

Казалось бы, мы получили совершенно противоречивый резуль-
тат. С одной стороны, энергия, необходимая для протекания реакции
№1 (9.5) и образования молекулы АТФ, черпается из резервуара за-
пасенной колебательной энергии молекул воды, а, с другой стороны,
в реакции №2 (9.5) образования молекулы АДФ эта же энергия в виде
фотонов света излучается в тот же водный резервуар. В этой связи
возникает естественный вопрос: зачем вообще нужны реакции (9.5)
в биологических процессах? И тут мы получаем неожиданный от-
вет по существу - в реакциях (9.5) осуществляется преобразование
широкополосного спектра излучений молекул воды в узкополосный
спектр, необходимый для близкорезонансного поглощения фотонов
фрагментами органических молекул. Действительно, в эндотерми-
ческой реакции образования молекулы АТФ №1 (9.5) могут погло-
щаться фотоны с квантами энергий в диапазоне Ьу^О ±318 см ', а в
процессе протекания реакции №2 (9.5) образования молекулы АДФ
будет излучаться квант света с энергией Ьу,=О, то есть осуществля-
ется узкополосная фильтрация излучения.

В только что проведенном анализе реакций (9.5) мы рассма-
тривали взаимодействие реагентов АДФ, АТФ, Н,0 с равновесным
распределением молекул по колебательным уровням, но наиболее
вероятно протекание реакций с колебательно-возбужденными реа-
гентами и продуктами реакций:

1)	АДФ** + Рф*=> АТФ** + Н,0	(9.7)

2)	АТФ** + Н,О* => АДФ** +~РФ* + Ьу

Реакциями (9.7) описываются процессы поглощения широкого
спектра излучений, идущих от молекул воды, органелл самого раз-
ного вида и преобразования его в узкополосное излучение, требуе-
мое для близкорезонансного поглощения органическими молекула-
ми. Согласно рис. 9.9 у молекул АДФ и РФ имеются ковалентные
связи отдельных радикалов (двухатомных и трехатомных молекул)
С-Н, СМ, С=Ч С-МН,, С-С, С-О, Р=О, Р-ОН, С=С, О-Н. Каждый
из этих фрагментов имеет свой собственный спектр колебаний трех
мод (для трехатомных молекул): симметричной, асимметричной и
деформационной. Их различные комбинации будут обладать различ-
ными типами комбинированных колебаний, поэтому при протекании
реакции №1 (9.7) молекулы АДФ и Рф оказываются приемниками с
широким спектром поглощения, а выделяющаяся при образовании
молекулы АТФ энергия запасается на колебательных степенях сво-
боды ее фрагментов. В реакции №2 (9.7) запасенная колебательная
энергия молекулы АТФ преобразуется в узкополосный спектр излу-
чения Ьу, и частично запасается на колебательных уровнях фрагмен-
тов молекулы АДФ. Таким образом, уравнения (9.7) по сравнению с
уравнениями (9.5) описывают преобразование широкого спектра из-
лучения, поступающего от молекул воды и различного типа органелл
в узкополосный спектр фотонов света. Этот узкополосный спектр
необходим при близкорезонансном поглощении фрагментами тех
же органических молекул для осуществления всех биологических
процессов, требующих затраты энергии. Здесь мы наблюдаем очень
тщательную утилизацию всей лучевой энергии, которая теряется
в отдельных реакциях, и превращения ее в полезную. Кроме того, в
процессе приема и излучения фотонов света дефекты их энергий при
переходе молекул из одного колебательного состояния в другое бу-
дут переходить в кинетическую энергию молекул, то есть в тепло,
которое необходимо для существования клетки и всего организма
в целом. Подобным образом идут и все другие химические реакции
в водных биологических растворах живых клеток и растений, когда
именно молекулы воды служат источником лучевой энергии, которая
увеличивает скорости реакций между органеллами на многие поряд-
ки по сравнению с термодинамически равновесными условиями.

Рассмотрим еще один фундаментальный вопрос управления
химических и биологических реакций в живой клетке. Управление
всеми биологическими процессами в живой клетке, таких как взаи-
модействие белковых молекул между собой и с мембраной клетки,
биосинтеза, протеолиза, воспроизводства и ликвидации биологиче-
ских молекул и многими другими осуществляется с участием мо-
лекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), фрагмент которой
показан на рис. 9.10. Каждое из звеньев дезоксирибозы связано с
одним из четырех оснований: аденином (А), гуанином (Г), цитози-
ном (Ц) или тимином (Т). При этом считается, что две цепи ДНК
соединяются основаниями (с помощью водородных связей) только в
парах А-Т и Г-Ц. ДНК существует в виде двойной спирали и может
находиться в нескольких конформационных состояниях. Двойная
спираль ДНК имеет форму винта с азотосодержащими основаниями
по оси и фосфатными группами по краям (см. рис. 9.10). Молекула
ДНК находится в ядре клетки, соединенного нитями и трубочками
цитоскелета с мембраной и органеллами, размещенными внутри
клетки и защищенного слоем гидратированных молекул воды.

Как видно из рис. 9.10 молекула ДНК состоит из большого ко-
личества разнообразных комбинаций двухатомных, трехатомных и
т.д. простых молекулярных конструкций, образованных атомами С,
О, Р, Н, 14, поэтому у такой системы имеется большое число соб-
ственных частот колебаний симметричной, асимметричной и дефор-
мационных мод. В состав этих колебательных уровней входят также
многочисленные их
комбинации целых
групп и агрегатов, а
поскольку такая си-
стема является сугу-
бо нелинейной, то,
с учетом кратности
резонансных частот,
их полный спектр
включает диапазон от
единиц герц до 1015
Гц. Поскольку моле-
кула ДНК в клетке
находится в водном
растворе, то наиболее
интенсивными ее ча-

Рис» 9.10. Фрагмент молекулы дезоксирибонуклеиновой
кислоты (ДНК) и ее нуклеотид [2.7].

стотами будут те, которые с малым дефектом резонанса совпадают с
собственными частотами объемной воды (см. табл. 3.18), а также с
частотами связанной воды, молекулы которой находятся в ядре клет-
ки и ее мембране. В этом плане такая система молекулы ДНК, также
как и молекулы АДФ, служит широкополосным приемником всех
типов излучений, поступающих на нее от молекул воды и органелл
окружающей среды, и насыщается энергией.

Управляющие сигналы от молекулы ДНК представляют собой
фотоны света, испускаемыми отдельными ее фрагментами, которые
могут излучаться в строго заданном направлении, поскольку все про-
стые молекулы вследствие взаимной поляризации атомов обладают
дипольными моментами, а направление излучения у таких молекул
всегда перпендикулярно вектору дипольного момента. Этот вывод
подтверждается результатами прямых измерений излучений бел-
ковых молекул, приведенными в брошюре [6.49]. Извлеченные из
пурпурных бактерий молекулы изолированного хлорофилла, содер-
жащего мембранный белок, облучались поляризованным когерент-
ным КВЧ излучением на частоте 78 ГГц с интенсивностью 3 х 10'2 Вт/
см2, а регистрация излученных фотонов света после окислительно-
восстановительных реакций в органелле осуществлялась на длине
0,865 мкм. Оказалось, что тестирующий световой луч регистриро-
вал изменение поглощения лишь у части белковых молекул, имею-
щих определенную ориентацию относительно вектора падающего
электрического поля КВЧ излучения. Авторы делают вывод, что
действие КВЧ-излучения на белковую молекулу имеет «векторный»
характер, то есть колебательно-возбужденные органические молеку-
лы излучают кванты света в направлении, перпендикулярном век-
тору ее дипольного момента. Но точно такие же результаты были
получены и для колебательно возбужденных молекул воды в прямых
экспериментах измерения излучения при взрыве водных аэрозолей в
воздухе [2.7], о чем подробно описано в гл. 5.

Физический смысл существования непрерывной ленты ДНК в
виде спирали и других форм состоит не только в уменьшении зани-
маемого объема, защиты от внешних вредных воздействий и обеспе-
чения общего минимума потенциальной энергии всех связей, но и
выбора оптимального направления всех видов излучений управляю-
щих сигналов, направляемых к различным областям объема клетки
для регулирования биологических процессов. В этом плане нити и
трубочки цитоскелета клетки могут являться оптическими волно-
водами, если они, подобно оптическим волокнам в технических
устройствах, могут передавать свет за счет полного внутреннего от-
ражения светового луча от стенок канала.

В конечном счете, любой биологический процесс в клетке сво-
дится к химической реакции неких реагентов, обладающей обычно
заметной величиной активационного барьера, находящегося в диа-
пазоне от 40 до 300 кДж/моль. В то же время, в большинстве био-
логических реакций энергия системы реагентов и продуктов до ре-
акции и после ее меняется на незначительную величину 5+10 кДж/
моль [6.42]. Во всей существующей литературе по биологии и орга-
нической химии считается, что активационный барьер биологиче-
ских реакций преодолевается за счет кинетической энергии молекул
и большого числа их соударений, при этом явно или неявно под-
разумевают наличие ее большой величины равной активационному
барьеру, которая находится в «хвосте» распределения частиц по ки-
нетической энергии Больцмана. Но это означает, что биологические
процессы в клетке идут на основании законов среднестатистиче-
ской вероятности, что приводило бы к замедлению их на многие по-
рядки и невозможностью управления ими внешними сигналами. На
самом деле функция распределения частиц по кинетической энергии
в жидкости не является больцмановской, а близка к функции рас-
пределения ошибок (см. гл. 3, 4, 6), кинетическая энергия их мало
отличается от средней величины 3+4 кДж/моль и поэтому никак не
может обеспечить преодоление активационного барьера химических
реакций величиной от 40 до 300 кДж/моль.

Преодоление активационного барьера происходит за счет по-
глощения молекулами реагентов фотонов света, перехода их в ко-
лебательно возбужденное состояние, резкого увеличения скорости
образования промежуточного квазиравновесного комплекса, что, в
конечном счете, завершается образованием продуктов реакции. При
этом принципиально важным является наличие близкого резонан-
са между линиями поглощения молекул реагентов и приходящим
квантом излучения. В этом случае работают уже не вероятностные
процессы, а острорезонансные, обеспечивающие туннельные пере-
ходы системы реагирующих частиц, которые принципиально могут
управляться внешними воздействиями.

Систему управления биологических процессов живой клетки
молекулой ДНК грубо можно представить в виде некой сложной
математической программы с большим количеством входных и вы-
ходных параметров, которая решается итерационно по строго по-
стоянному алгоритму, когда ее входными параметрами становятся
только что полученные выходные параметры, и эти операции идут
бесконечно долго. Можно предположить, что постоянный алгоритм
такой программы задается строгим чередованием во времени и в
пространстве импульсов излучений, испускаемых фрагментами мо-
лекулы ДНК, а контроль за «выполнением операций» происходит
автоматически на основании строгого совпадения резонансов управ-
ляющих сигналов и линий поглощения молекул реагентов, вступа-
ющих в химические реакции. В этом случае те продукты реакций,
которые являются «отходами биологического производства» или
каким-то образом измененные под влиянием каких-то неблагопри-
ятных внешних воздействий и попавшие в клетку, из-за отсутствия
близкорезонансных линий поглощения и управляющих сигналов от
молекулы ДНК не будут принимать участие в реакциях и в дальней-
шем удалятся из клетки. Когда в клетку попадают «посторонние»
вещества, не имеющие отношения к необходимым биологическим
процессам, но обладающие близкорезонансными линиями погло-
щения сигналов, приходящих от ДНК, то начинают идти «вредные»
реакции, которые могут привести к «заболеванию» клетки. На осно-
вании этого достаточно формального и схематического описания
управления молекулой ДНК химических реакций можно сделать
выводы: управление биологическими процессами в живой клетке
осуществляется не на основе статистических вероятностных за-
конов, а благодаря строгому алгоритму управляющих сигналов, ис-
пускаемых молекулой ДНК, и острорезонансных химических и био-
логических реакций, происходящих во всем объеме клетки.

9.5.	Влияние внешних воздействий через характеристики
воды на функционирование живого организма

Медицинское лечение человека с помощью внешних воздей-
ствий, под которыми в данном случае следует понимать разные виды
терапии: лекарственные препараты, водные процедуры, различные
типы излучений, повязки на раны из лекарственных трав и других ве-
ществ, массаж тела и его прогрев существует с древнейших времен.
Несмотря длинную и многообразную историю развития медицины, в
настоящее время нет полного понимания того, как, например, очень
и очень слабые дозы лекарств или внешних излучений оказывают
быстрое и сильное воздействие на функционирование всего организ-
ма. В то же время, развитая в предыдущих главах настоящей кни-
ги теория квантово-механических и колебательно-неравновесных
химических реакций, протекающих в водных растворах, позволяет
это сделать. Покажем это на конкретных примерах, как именно вода
с измененными характеристиками влияет на функционирование
биологических процессов, начиная с клеточного уровня и кончая
всем организмом в целом. При этом материал излагается не с по-
зиций медицинских понятий, а с точки зрения физико-химических
и квантово-механических излучательных процессов в химических и
биологических реакциях на уровне макроэффектов.

9.5.1.	Лекарственная терапия

Каким же образом действует лекарственный препарат на живой
организм, через какие механизмы осуществляется его влияние на био-
логические процессы, происходящие в клетке и всех органах? Суще-
ствующие нормы принятия лекарственных препаратов человеком со-
ставляют мизерные количества в долях миллиграмма на его вес, при
этом сильнейшее воздействие их начинается, фактически, очень быстро
(через минуты) и состояние организма в целом, важно подчеркнуть,
сильно меняется. Известные факты лечения человека гомеопатией,
когда лекарственные водные растворы из трав и минералов разводи-
ли таким количеством воды, что невозможно было определить извест-
ными методами концентрацию веществ в них, а лечебные свойства их
оставались и даже усиливались, также до сих пор не объяснены.

Как подробно описано в гл. 6, 7, при растворении минерального
или органического вещества в жидкой воде, ее аттрактор (устойчивое
состояние) в том микрообъеме, где присутствуют молекулы раство-
ренного вещества, начнет меняться. Каждый аттрактор воды харак-
теризуется собственным, отличным от других, набором резонансных
частот всех типов колебательно-вращательных состояний молекул
Н,О, спектром излучений и интенсивностью отдельных его линий.
При этом меняются интенсивность и типы квантово-механических
реакций (3.25^-3.27), а также колебательно-неравновесных химиче-
ских реакций табл. 4.2, рис. 4.2 и 4.3. Из этого микрообъема воды
с измененными параметрами аттрактора благодаря законам распро-
странения электромагнитных волн за счет излучения и поглощения
фотонов света молекулами Н,0 вода во всем объеме постепенно
перейдет в новый аттрактор. Причем, как уже неоднократно ранее
утверждалось, этот переход будет совершаться только тогда, когда
энергии, выделяющейся в результате развала части молекул воды на
составляющие элементы, будет больше, чем ее затрачивается на все
процессы квантово-механических и химических реакций, а также
все виды потерь, при этом в качестве «топлива» используются те же
молекулы Н,О. Подобные процессы перехода одного аттрактора в
другой идут не только при растворении вещества в каком-то объеме
чистой воды, но и в живом организме, естественно, со своими осо-
бенностями в связи с наличием большого количества в нем разных
аттракторов, многочисленных растворенных веществ, воздействия
излучений и т.д.

Целью любого лечебного эффекта какого-то лекарства являет-
ся восстановление нормального функционирования биологических
процессов, происходящих в живой клетке. Для чего, во-первых,
нужно повысить их энергизацию, ослабленную за счет болезней, а,
во-вторых, вернуть в «нормальное русло» управление молекулами
ДНК всех органических и неорганических реакций, протекающих в
клетке. Чтобы «решить эту задачу» нужно в первую очередь восста-
новить аттрактор воды, находящейся внутри клетки и в межклеточ-
ном пространстве, а затем «настроить» острорезонансные процессы
излучения и поглощения квантов света между молекулами ДНК и
органеллами. Как раз в таких излучательно-поглотительных процес-
сах и участвуют молекулы Н2О вновь образовавшегося аттрактора
воды с растворенным в ней лекарственным веществом. Такой спо-
соб воздействия, с одной стороны, обеспечивает высокую скорость
распространения аттракторов по всему организму, а с другой - не-
посредственно прямое влияние на резонансные явления в органиче-
ских реакциях. Кроме того, большинство лекарственных препаратов
создают аттракторы водных растворов с уменьшенной концентраци-
ей протонов Н+, то есть со смещением их в щелочную область, что
угнетающе действует на болезнетворные микробы и повышает энер-
гизацию здоровых клеток (см. рис. 4.2).

9.5.2.	Лазерная терапия

В последние десятилетия широкое распространение получили
методы лечения путем общего облучения организма, либо больно-
го органа монохроматическим излучением, но до сих пор неясны
принципы его воздействия и образующийся лечебный эффект. Что-
бы разобраться в этом вопросе рассмотрим ряд опытных данных из
литературы по лазерной терапии, описывающих характеристики со-
стояний живого организма.
В работе [6.76] авторы приводят перечень надежно установлен-
ных физиологических проявлений возникающих на клеточном уров-
не в случае применения лазерной терапии: изменение структуры
хроматина и состояния нуклеиновых кислот, увеличение электрохи-
мического потенциала протонов и активности АТФ в митохондриях,
скорости синтеза белка и скорости деления клеток ткани и микроор-
ганизмов, активности ионов кальция в клетках, трансформация от-
клика лимфоцитов на иммуноиндуцирующие факторы («прайминг»
фагоцитов), расширение сосудов, бактерицидный и бактериостати-
ческий эффект. Авторы в своей статье делают очень правильное по
нашему мнению предположение: «...мы полагали, что после пер-
вичного возбуждения водная система (крови) могла бы спонтанно
эволюционировать к некоторому относительно устойчивому состоя-
нию, физико-химические свойства которого отличаются от исходно-
го и более благоприятны для нормальных внутриклеточных реакций.
При этом конечный результат такой эволюции мог бы не зависеть
от характера начального возбуждения, что позволило бы понять не-
специфичность фотоиндуцированного ответа клетки при различном
характере возбуждения».

Там же [6.76] исследовали влияние Не-№ лазерного облуче-
ния от аппарата «Мустанг-022-био» с фильтром из кремниевой пла-
стинки толщиной 0,5 мм на скорость оседания эритроцитов в крови
(СОЭ). После облучения различных образцов крови были получены
результаты: для пациентов с пониженным его значением он увели-
чивался, для крови с увеличенным значением в контроле - умень-
шался. На кровь пациентов с нормальным СОЭ облучение видимого
влияния не оказывало. Такие же результаты были получены и при
использовании Не-№ лазера без фильтра. Изучалось также влияние
инфракрасного диапазона излучения лазера «Мустанг-022-био» на
подвижность простейших организмов спиростом, которое показа-
ло, что малоподвижные, ослабленные особи потеряли подвижность
еще на 25%, а более подвижные особи увеличили свою подвижность
на 50%. Исследовалось влияние этого же инфракрасного излучения
на развитие эмбрионов, развивающихся из оплодотворенной икры
рыбы вьюна. Облучение проводилось на различных стадиях раз-
вития эмбрионов дозами, значительно превышающими терапевти-
ческие, используемые при лечении человека: в результате получи-
ли необычайно высокий выход уродств из первоначально здоровой
икры. Терапевтическое лечение человека с помощью излучения от
Не-№ лазера обеспечивает отклик на следующие системные реак-
ции организма: активизация биосинтеза, энергизация клеток, энер-
гизация иммунопотенции, улучшение кровоснабжения, ускорение
заживления ран и язв.
В работе [9.46] автор описывает методы применения лазерной
терапии в клинической практике, которые осуществляется следую-
щими способами: внутривенное лазерное облучение крови, экстра-
корпоральное облучение крови, облучение с помощью зонда патоло-
гического очага в организме человека, воздействие на болевую точку
или проекцию органа через кожу, воздействие на рефлекторные точ-
ки акупунктуры и зоны Захарьина-Геда, надвенное облучение крови.
Автор излагает факты, что положительное стимулирующее действие
облучением человека проявляется, как правило, в узком интервале
доз плотности энергии воздействия, а при увеличении этого уровня
исчезает или сменяется угнетающим влиянием. Лечение ишемиче-
ской болезни лазерной терапией дало результаты: у 66,6% больных
наблюдалась положительная динамика клинических показателей, у
20,7% эффект улучшения отсутствовал, а у 12,6% больных имело
место учащение приступов стенокардии.

Эксперименты на суспензиях эритроцитов человека [9.44] по-
казали, что при нормальных дозах облучения Не-№ лазером можно
осуществить фотодинамический эффект развития клетки, а с повы-
шением дозы облучения регистрировался отчетливый переход от
стимуляции клеток к их дезактивации и последующей деструкции.
Автор работы [9.45] делает обзор многочисленных исследований
механизмов воздействия лазерного излучения на жизнедеятельность
клеток и организм человека. Он приходит к выводу, что многочис-
ленные эксперименты подтверждают одно из фундаментальных
положений фотобиологии - цветовую (частотную) избиратель-
ность действия света на биологический объект. При облучении на
клеточном уровне происходят следующие процессы: структурно-
функциональные изменения цитолеммы и клеточных мембран, изме-
нение уровня свободно радикального и ферментативного окисления,
связанного с фосфорилированием, формирование неспецифических
реакций клеток, изменение ионной проницаемости, изменение со-
кратимости цитоскелета, изменение рецепции гормонов и ней-
ромедиаторов, активация аденилциклазы и АТФ-азы, повышение
редокс-потенциала, нормализация антиоксидантного статуса клетки
и стабилизация ее мембранных комплексов. Автор делает выводы,
что воздействие излучения на клетку носит сигнальный характер и
предполагает запуск триггерных механизмов, а также его усиления
на различных уровнях.

В работе [9.45] также приводятся данные по исследованию вли-
яния излучения инфракрасного диапазона на рост фибробластов в
культуре клеток, при этом в зависимости от дозы облучения рост
числа клеток на единицу площади возрастает на пятый день почти в
два раза по сравнению с необлученной пробой. Автор работы [9.45]
делает вывод, что ответная реакция организма на лазерное воздей-
ствие - это всегда интегральная системная реакция, включающая из-
менения на уровне клеток, тканей, органов и в управляющих систе-
мах организма. Он пишет: «... фотоактивация рефлексогенных зон и
зон акупунктуры ведет к вовлечению в рефлекторный ответ нервных
и гуморальных механизмов регуляции, что достаточно точно иден-
тифицировано по ультраструктурным изменениям в нервной и гумо-
ральной системах». В каждом случае срабатывают свои патогенети-
ческие механизмы реализации лазерного воздействия на организм:
активация метаболизма клеток и повышение их функциональной
активности, стимуляция репаративных процессов, противовоспали-
тельное действие, активация микроциркуляции крови и повышение
уровня трофического обеспечения тканей, аналгезирующее дей-
ствие, иммуностимулирующее и иммуномодулирующее действие,
рефлексогенное действие на функциональную активность органов и
систем. Автором были проведены исследования по влиянию излуче-
ния с длиной волны 0,633,0,83-Ю,89 мкм на микроциркуляцию крови
в различных органах человека, которая значительно увеличивалась
после облучения (на 10-Н5%). В работе делаются выводы: ширина
области варьирования доз лазерного облучения, вызывающих тера-
певтический эффекты в ИК диапазоне длин волн, значительно шире
таковой в красной области видимого диапазона, реакция системы
микроциркуляции является одним из ключевых звеньев в патофизи-
ологическом механизме опосредования локального воздействия из-
лучения на организм человека и животного и носит дозозависимый
характер. В заключении он пишет: «...воздействие светового кванта
на организм (на клетки) носит сигнальный характер и предполагает
запуск триггерных механизмов». Анализ фактов, касающихся приро-
ды лазерной биостимуляции, позволяет заключить, что при наличии
различных механизмов восприятия и трансформации энергии лазер-
ного излучения в организме наблюдаются положительные сдвиги в
процессах метаболизма, снижение уровня гипоксии в тканях, и, в
конечном итоге, повышается уровень жизнедеятельности организма,
растет его резистентность к неблагоприятным факторам окружаю-
щей среды, расширяются пределы адаптации.

О необходимости учета биоритмов клеток, органов и всего ор-
ганизма человека при использовании лазерной терапии пишет автор
статьи [9.47]. На основе своих исследований он доказывает значи-
тельное усиление положительного влияния лазерной терапии, при-
меняемой с учетом индивидуальных биоритмов каждого больного.
О применении лазерной терапии на биологически активные зоны
человека в работе [9.48] сказано, что это имеет большое будущее.
Автором разработан метод лазеротеплопунктуры цисталгий и рас-
стройств менструального цикла, который дает «ошеломляющий»
эффект, подобный эффекту полынной сигары, но лишен его недо-
статков, причем этим методом лечатся и другие заболевания.

Уже этот небольшой обзор исследований по лазерной терапии
показывает насколько сложна и неоднозначна проблема, решение ко-
торой требует понимания процессов, происходящих при лучевом воз-
действии на живые ткани и организмы. Влияние монохроматического
лазерного излучения на чистую жидкую воду подробно освещено в гл.
6, 7. Применительно к биологическим растворам, входящих в различ-
ные типы жидкостей живого организма, необходимо помнить, что в
каждом типе клеток, тканей, органов и т.д. находится вода в отличном
от других своем аттракторе, то есть со своим набором резонансных
частот, уровнем запасенной колебательной энергии, функцией ее рас-
пределения по степеням свободы и т.д. Когда излучение с заданной
длиной волны поглощается молекулами Н,О, то увеличивается запа-
сенная колебательная энергия, вследствие чего интенсифицируются
квантово-механические и колебательно-неравновесные химические
реакции (3.25-^3.27), табл. 4.2, рис. 4.2 и 4.3. Вода переходит в новый
аттрактор со своими параметрами, причем в зависимости от длины
волны поглощенного излучения ее параметр рН сдвигается, либо в
сторону повышенной кислотности, либо щелочности. В общем слу-
чае повышается энергизация молекул Н,0 за счел дополнительного
развала части молекул воды на составляющие элементы с запасанием
энергии межатомных и межмолекулярных связей на колебательных
уровнях, уменьшается вязкость, поверхностное натяжение, возраста-
ет теплопроводность (см. гл. 3, 4, 6, 7).

С этих позиций тогда можно объяснить многочисленные опыт-
ные данные по лазерной терапии, начиная с клеточного уровня и
кончая организмом в целом. Именно дополнительная энергизация
молекул Н,0 и органелл дает увеличение электрохимического по-
тенциала протонов и активности АТФ в митохондриях, скорости
синтеза белка и скорости деления клеток ткани и микроорганизмов,
активности ионов кальция в клетках, возрастание фотодинамическо-
го эффекта развития клетки, энергизации клеток и энергизации им-
мунопотенции, активации аденилциклазы и АТФ-азы и повышение
редокс-потенциала, нормализации антиоксидантного статуса клетки
и стабилизацию ее мембранных комплексов, активации метаболизма
клеток и повышение их функциональной активности, стимуляции
репаративных процессов, иммуностимулирующее, иммуномодули-
рующее и рефлексогенное действие на функциональную активность
органов и систем. В организме наблюдаются положительные сдвиги
в процессах метаболизма, снижение уровня гипоксии в тканях, и, в
конечном итоге, повышается уровень его жизнедеятельности, растет
резистентность к неблагоприятным факторам окружающей среды,
расширяются пределы адаптации.

Уменьшение вязкости воды в крови и лимфе обеспечивает нор-
мализацию характеристик крови (например, нормальную скорость
осаждения эритроцитов), улучшение кровоснабжения, активацию
микроциркуляции крови и повышение уровня трофического обеспе-
чения тканей, изменение ионной проницаемости. Здесь нужно об-
ратить еще на один эффект воздействия колебательно-возбужденных
молекул Н2О в сосудах и микрокапиллярах. Обычно на их стенках
при болезнях и старении организма происходит осаждение новооб-
разований, бляшек и при соударении возбужденных молекул воды с
ними квант колебательной энергии может резонансно поглотиться
белковой молекулой, из которых они состоят. Во втором случае при
столкновении колебательно-возбужденной молекулой Н,0 со стен-
кой канала или микрокапилляра квант энергии может поглотиться
мембраной клеток, составляющих эти стенки. В обоих случаях это
приведет к отрыву белковых молекул новообразований от стенок со-
судов, разрушению их, расширению сосудов, увеличению их про-
ходного сечения и улучшению кровообращения. Таким образом,
дополнительное колебательное возбуждение молекул воды в крови
может приводить к очистке микрокапилляров организма от новооб-
разований, шлаков и улучшать кровоснабжение, что и подтвержда-
ется в вышеописанных экспериментах.

Увеличение степени щелочности аттрактора воды (рост параме-
тра рН) в отдельных органах и частях организма позволяет усилить
бактерицидный и бактериостатический эффект и ускорить заживле-
ния ран и язв, обеспечивает противовоспалительное и аналгезирую-
щее действие организма. Важно подчеркнуть, что все эти эффекты
будут сильно зависеть от длины волны падающего излучения, его
интенсивности и аттрактора воды биологического раствора облу-
чаемого объекта [9.49]. Превышение интенсивности над некоторой
пороговой величиной приводит к резкому усилению релаксации ко-
лебательной энергии молекул воды в тепло, возрастанию местной ло-
кальной температуры, что вызывает ухудшение условий функциони-
рования клетки (уменьшается осмотическое давление на мембране,
разрушаются белковые молекулы и т.д.). Этими факторами и объяс-
няются опытные данные лазерной терапии на людях, когда на одних
она оказывает лечебное действие, другим не оказывает, а третьим
- противопоказана. Обобщая вышеизложенное по лазерной терапии,
можно подтвердить, что автор работы [9.45] делает правильный вы-
вод об ответной реакции организма на лазерное воздействие - это
всегда интегральная системная реакция, включающая изменения на
уровне клеток, тканей, органов и в управляющих системах организ-
ма, поскольку такое воздействие связано с изменением аттракторов
воды в них и дополнительной энергизацией белковых молекул.

9.5.3.	Лазерная терапия лечения раковых заболеваний

В последние десятилетия широкое распространение получили
методы лечения раковых заболеваний с помощью воздействия моно-
хроматического излучения на опухоли. В работе [9.58] автор подроб-
но излагает все проблемы, связанные с лазерной терапией лечения
раковых заболеваний, причем, по оценкам зарубежных и отечествен-
ных специалистов фотодинамическая терапия обещает стать одним
из основных методов лечения рака. Суть лечения заключается в воз-
действии лазерного излучения на опухолевые ткани и клетки, предва-
рительно сенсибилизированные (пропитанные) специальным краси-
телем, молекула которого резонансно поглощает лазерное излучение
красного видимого диапазона. При этом выдвигается предположение
(которое присутствует во многих статьях, описывающих взаимодей-
ствие лазерного излучения с живой клеткой), что поглощение све-
тового кванта осуществляется молекулярным кислородом, переходя-
щим в синглетное состояние О2(а'Д§) (СК). Молекулярный кислород
в таком состоянии становится сильным окислителем, и за счет окис-
лительных процессов разрушаются опухолевые клетки. Приводятся
данные, что лазерное излучение на длине волны 0,62-4),675 мкм не-
значительно проникает в глубину тканей (несколько мм), а макси-
мальная проницаемость тканей находится в области 0,75+1,5 мкм.

В работе [9.60] подробно излагаются достижения и проблемы
фотодинамической терапии лечения раковых заболеваний, обсужда-
ется применение фотосенсибилизаторов и их негативное влияние на
организм человека. Приводятся данные, что в крови человека абсо-
лютная концентрация молекулярного кислорода составляет 1 О|7+1О18
молекул/см3. Эти данные, широко используемые в биологической
научной литературе, вызывают серьезные сомнения в их достовер-
ности, поскольку существующие методики его измерения с помо-
щью определения потенциалов напряжения на пробных электродах
являются интегральными и на их характеристики влияет много дру-
гих параметров. Важной информацией для медиков и разработчиков
лазерной терапевтической аппаратуры является тот факт, что излуче-
ние ближнего ИК диапазона 0,75+1,5 мкм имеет наибольшую прони-
кающую способность в тканях и в этом диапазоне находится шесть
полос резонансного поглощения молекул воды (см. табл. 3.18). В
работе [9.61] авторы приводят данные о том, что СК повреждает ли-
посомы в 200 раз эффективнее, чем ион О2, может участвовать в
реакциях с радикалами, окислять аминокислоты в белках, гуанин в
ДНК, производить перекисное окисление липидов. Итогами подоб-
ных нарушений при превышении репаративных возможностей клет-
ки становится ее деструкция.

Методика лечения раковых опухолей лазерной терапией вклю-
чает в себя ввод в кровь фотосенсибилизатора с полосой поглощения
на длинах волн 0,62+0,63 мкм и облучением лазером с плотностью
мощности не более 400 мВт/см2 и дозе от 60 до 600 Дж/см2, при
этом глубина проникновения излучения в ткань составляла 2+5 мм
и определялась свойствами опухолевой ткани. Для осуществления
эффективной фотодинамической терапии (ФДТ) нужно выполнять
следующие требования [9.62]:

-	использовать оптимальную дозу фотосенсибилизатора (2,5 мг/
кг для большинства производных гематопорфирина);

-	плотность мощности лазерного излучения на конце световода
не должна превышать 300 мВт/см2, иначе вместо фотодинамическо-
го эффекта произойдет коагуляция;

-	время облучения опухоли определяется мощностью на конце
световода, объемом опухоли и плотностью поглощаемой энергии:
(=13,1 д2Ш/Ри, где I - время освещения (мин); <1 - диаметр опухоли
(см); XV - плотность энергии поглощаемая опухолью (Дж/см2); Ри -
мощность излучения на конце световода (мВт);

-	облучать опухоль необходимо через 20+80 часов после введе-
ния фотосенсибилизатора, при преждевременном облучении значи-
тельно повышается риск повреждения здоровых тканей;

-	ФДТ наиболее эффективна тогда, когда толщина опухоли не
превышает 1,5 см. При больших размерах опухоли часть ее нужно
выпарить или коагулировать хирургическим лазером.

В работе [9.62] приводятся данные, что при ФДТ использова-
лась мощность излучения не превышающая 300 мВт, плотность
мощности не превосходила 300 мВт/см2 при этом она менялась от
25+50 мВт/см2 для меланомы и до 500 мВт/см2 для базальноклеточ-
ного рака. За период до 1996 года лечению с помощью ФДТ под-
верглись 138 пациентов (326 опухолей), для 47 больных она была
первым примененным методом лечения, а к оставшимся уже при-
менялись хирургическое лечение, радио или химиотерапия. После
первого курса лечения ФДТ опухоли полностью исчезли у 72 боль-
ных (55%), у 32-х больных (24%) опухоли уменьшились не менее
чем на 75%, у 19 больных (15%) опухоли уменьшились не менее чем
на 50%, у 8-ми больных (6%) для всех или хотя бы одной опухоли
лечение было малоэффективным. Результаты ФДТ для различного
типа опухолей приведены в табл. 9.3 [9.62].

Новый фотосенсибилизатор хлоринового ряда был разработан ав-
торами работы [9.63], который они назвали «радахлорин» со спектраль-
Тип рака	М,	Ч	14,	14,	
Меланома	39	28	3	1	7
Плоскоклеточный	56	20	17	8	11
Базальноклеточный	27	17	9	-	1
Аденокарцинома	6	2	2	1	1
Саркома мягких тканей	3	3	-	-	-
Всего	131	70	31	10	20
Табл. 9.3. Результаты фотодинамической терапии лечения больных с различными ти- пами рака: IV- общее число бальных; - без рецидива болезни; У - без локального рецидива: - болезнь прогрессирует; - числоумеришх во время лечения [9.62].					

ними характеристиками, имеющими три главных пика сильного погло-
щения 0,402 мкм (ближняя УФ-область), 0,532 мкм (зеленая) и 0,662
мкм (красная). Он обладает преимуществом в быстром накоплении в
патологических очагах, хороших токсологических характеристик и др.

В статье [9.65] описываются характеристики лазерного устрой-
ства, предназначенного для лечения раковых заболеваний с длиной
волны излучения 0,67 и 1,064 мкм. Приводятся эмпирические данные
по лечению больных базальноклеточным раком кожи и внутиклеточ-
ных метастаз различных органов, полученные в трех различных ме-
дицинских организациях России с использованием фотосенсибили-
заторов фотосенс и фотолон, причем из общего числа больных - 23
человека у пятнадцати человек произошла полная регрессия онколо-
гических опухолей, а у восьми - частичная.

При том, что к настоящему времени достигнут определенный
прогресс в лечении онкологических заболеваний с помощью лазер-
ной терапии, но представления о происходящих процессах в облу-
чаемой ткани и клетках живого организма принципиально неверны.
Считается, что при локальном воздействии монохроматического
излучения определенной длины волны, соответствующей макси-
мальному пику поглощения фотосенсибилизатора, начинается фото-
химическая реакция с образованием синглетного кислорода, ока-
зывающего токсическое воздействие на опухолевые клетки, после
этого новообразование резорбируется (разрушается) и постепенно
замещается соединительной тканью [9.58,9.60-^9.63,9.65]. На самом
деле при воздействии монохроматического излучения на опухолевую
ткань идут квантово-механические и колебательно-неравновесные
процессы, связанные с образованием нового аттрактора воды в клет-
ках и межклеточном пространстве. Покажем, как это происходит.

Существующее широко распространенное мнение об участии в
органических реакциях синглетного состояния кислорода, которое
обозначается О2(а'Д§), совершенно не отражает действительные
химические и биологические процессы, происходящие при воздей-
ствии лазерного излучения на больную ткань. При поглощении фо-
тона света молекулярным кислородом он может перейти в следую-
щие состояния: 1) О2(Х3Х“§), 2) О2(а'Д§), 3) О2(Ь'Е+ё), 4) О2(А3Е+и,
С3Ди, с'Д и), 5) О2(Ь3Е“ё), [9.59], при этом оптически разрешенным
квантовым переходом является состояние №5 и вероятность его
образования наибольшая. На порядок по величине меньше вероят-
ность образования состояния №4, а для состояний №2 и 3 на два
порядка, то есть в 100 раз меньше. Таким образом, образование в
крови синглетного кислорода маловероятно, при этом скорость его
релаксации (тушения) составляет Кр=2><10“18 см3/сек [9.59]. Сдела-
ем оценку скорости образования молекул синглетного кислорода в
крови. Даже если абсолютная концентрация молекулярного кисло-
рода в крови составляет 1017-НО18 молекул/см3 [9.60], скорость будет
равна </[О2(а'Дё)]/<й= 2x10 18х(1017-Ч018)=0,2-^-2 молекул/сек. Таким
образом, при облучении объема крови в 1 см3 в течение нескольких
минут в нем образуется всего несколько сотен молекул синглетного
кислорода и они, конечно, не решают проблему активизации окис-
лительных процессов в организме, тем более запуска триггерного
механизма процессов обмена веществ в клетке.

Разберем процессы, которые, по нашему мнению, действитель-
но происходят в опухолевых тканях при облучении квантами света
большой интенсивности. В связи с малыми коэффициентами про-
пускания и поглощения лазерного излучения биологической тканью
кожи и других органов встает первая задача - ввести в опухолевую
ткань вещество, которое обладало бы максимальным коэффициен-
том поглощения на заданной длине волны, при введении в организм
концентрировалось бы именно в больных опухолевых тканях и было
бы нетоксично для здоровых тканей. На основании большого прак-
тического опыта были подобраны и вновь разработаны такие веще-
ства (упомянутые выше). Принципиально важное их свойство за-
ключается в том, что в опухолевых тканях их концентрация во много
раз превышает таковую в здоровых тканях.

Второй вопрос касается, с одной стороны, близкорезонансного
поглощения зондирующего лазерного излучения активным веще-
ством, а с другой - его спектральные линии должны быть близки к
собственным частотам колебательных уровней молекул воды, что-
бы с минимальным дефектом энергии переизлучать фотоны света
на них. Эти линии поглощения для фотосенсибилизаторов находят-
ся в диапазонах 0,402; 0,532; 0,63; 0,662; 0,62^-0,675 мкм. Сравним
их с энергетическими колебательными уровнями молекул воды,
для чего переведем в кванты энергии: 24876; 18797; 15873; 15106;
16129-44815 см '. Эти спектральные линии близки к следующим
квантовым переходам молекул воды (см. табл. 3.4):

1.	Н,0(0,0,0)+11У=24876 см '=>Н,0(0,0,7)+44 см ',

2.	Н'0(0,0,0)+Ьу= 18797 см '=>Н;0(0,0,5)-517 см

3.	Н20(0,0,0)+Ьу= 14815 см '=>Н'О(0,0,4)+1 см1,	(9.8)

4.	Н20(0,0,0)+Ьу= 16129 см '=>Н,О(3,3,0)+2 см1,
5. Н,0(0,0,0)+11У= 15106 см '=>Н;О(2,0,2 )-105 см
6. Н20(0,0,0)+Ьу= 15873 см '=>Н2О(2,5,0 )-57 см '.

Из реакций (9.8) наибольшей вероятностью переизлучения
фотонов света от молекул фотосенсибилизатора к молекулам воды
обладают процессы с одноквантовыми переходами и значением де-
фекта энергии меньше величины 1,5кТ (312 см '), то есть №1 и 3.
Вероятность реакций двухквантового перехода молекул Н2О №4,5,6
значительно ниже, а зеленый свет (реакция №2) практически не по-
глощается водой.

Из анализа реакций (9.8) можно сделать вывод, что наибольшую
вероятность поглощения излучения молекулами воды имеет фото-
сенсибилизатор с длиной волны 0,675 мкм. Причем, что очень важно
подчеркнуть, молекула воды абсолютно резонансно возбуждается в
состояние Н,О (0,0,4). Это создает наилучшие условия протекания
квантово-механических и колебательно-неравновесных химических
реакций, обеспечивающих максимальное колебательное возбужде-
ние молекул воды и наработку элементов ОН, О, О,, Н,О,, ОН2, ОН ,
Н+, е , (см. гл. 4).

Таким образом, молекулы фотосенсибилизатора, находящие-
ся среди опухолевых клеток, или в них, поглощают кванты света
зондирующего излучения и переизлучают их в окружающую сре-
ду, где они поглощаются молекулами воды. Молекулы Н,0 накачи-
ваются колебательной энергией, и начинают интенсифицироваться
квантово-механические и колебательно-неравновесные химические
реакции (3.25-^3.27), табл. 4.2, рис. 4.2, 4.3 в результате чего нараба-
тываются радикалы, молекулы, ионы, электроны: ОН, О, О3, НО2,
Н2О2, ОН , Н\ е (см. гл. 3,4). Эти сильнейшие реагенты (а не син-
глетный кислород или ион О2 ) вызывают деструкцию мембран и
белковых молекул опухолевых клеток. Кроме того, и это наиболее
важно, вода, присутствующая в них, переводится из аттрактора
с параметрами, характерными для опухолевых клеток, в аттрак-
тор, соответствующий здоровым клеткам данной биологической
ткани. Благодаря такому кардинально важному процессу в отличие
от других видов лечения (химиотерапии и радиационного облуче-
ния), при использовании которых больные опухолевые клетки толь-
ко уничтожаются, восстановленный и усиленный аттрактор воды
здоровых клеток данной биологической ткани препятствует или со-
всем не дает развиваться в дальнейшем опухолевым клеткам. Уже,
исходя из того факта, что в одних и тех же тканях разных людей
вода будет находиться в несколько отличных друг от друга аттрак-
торах, характеризуемых каждый своим набором резонансных частот
(возможна различная кратность основных, фундаментальных частот
жидкой воды), можно ожидать, что лечебный эффект от фотодина-
мической терапии для них будет не одинаковый. Это и наблюдается
на практике (см. выше приведенные факты и табл. 9.3). Отсюда сле-
дует важный вывод, что необходимо в практике лечения иметь фото-
сенсибилизаторы с различными спектральными характеристиками и
подбирать их для каждого больного индивидуально (к сожалению,
пока неясно как определять параметры аттракторов воды, и придет-
ся этот подбор фотосенсибилизатора осуществлять эмпирически).
На основе вышеизложенной теории и понимания фундаментальных
процессов взаимодействия излучения с веществом при использова-
нии лазерной терапии можно создать новые и более эффективные
способы лечения раковых заболеваний.

Этот вывод подтверждается открытием Нобелевского лауреа-
та А. Кэрелла в области медицины, формулируемым как бессмер-
тие клеток. Он писал: «Процессам вырождения подвержена лишь
жидкость, в которой плавают клетки», то есть, по его мнению,
предпосылкой «вечной» жизни клетки является качество водно-
го биологического раствора, в котором она находится [7.35]. Этот
наиважнейший вывод полностью согласуется с вышеизложенной
теорией аттрактора водного биологического раствора с учетом всех
внешних влияний, в котором находится клетка. Если аттрактор воды
с полным набором всех резонансных частот, окружающий биологи-
ческую клетку, соответствует параметрам, заложенным в ее генети-
ческом коде ДНК жизнеобеспечения и развития, то она существует
и функционирует нормально. В том случае, когда за счет внешних
воздействий или неправильных процессов, происходящих в ней, ме-
няется аттрактор воды (изменяется набор собственных резонансных
частот), то это приводит к изменению ряда биологических реакций и
«заболеванию» клетки.

Приведем еще один пример влияния аттрактора воды на онко-
логические заболевания людей. Ученый Дж. Лаховский вместе со
специалистами Международной комиссии по раковым заболеваниям
в начале XX века посетил места, в которых не был зарегистриро-
ван ни один человек больной раком. Было установлено, что во всех
этих местностях не было ни водопровода, ни водопроводных труб, а
воду брали исключительно из колодцев, расположенных неподалеку
от источников. Позже, когда в некоторых местах закрыли колодцы и
провели водопровод, появились и больные раком [7.35].
9.5.4.	Воздействие волн миллиметрового диапазона на
биологические объекты

Терапия с помощью КВЧ и СВЧ излучений миллиметрового
диапазона низкой интенсивности, также как и лазерная терапия, до-
статочно широко используется в медицинской практике, но фунда-
ментальные принципы воздействия их на живой организм до сих
пор также не раскрыты полностью, поэтому попытаемся восполнить
этот пробел. В данном случае речь идет о длинах волн (частотах),
представленных в табл. 3.2, которые являются резонансными ча-
стотами поглощения в жидкой воде. По воздействию на организм
люди лучше всего распознают влияния на них частот 42,25 и 53,57
ГГц и хуже излучение с частотой 37,7 ГГц [3.24]. При воздействии
этих длин волн в организме человека происходит перестройка
пространственно-временной организации церебральной деятель-
ности, возникающие при этом изменения зависят от частоты поля,
обнаружено также повышение А и АН в крови и надпочечниках, А-
в гипоталамусе и АН- в больших полушариях мозга. В результате
воздействия КВЧ облучения происходит повышение тонуса коры
головного мозга - активация процессов в коре, при этом время тера-
певтического воздействия составляло 7+60 мин, а эффекты проявля-
ются в узких диапазонах частот. Очень важен выбор интенсивности
воздействующих полей: для каждой частоты существует некоторое
оптимальное значение, когда биологический эффект проявляется
наиболее четко, причем воздействия низкой интенсивности (нет те-
пловых эффектов) вызывает существенные сдвиги в организме че-
ловека, значительные изменения биопотенциалов мозга для частот
42,25 и 53,57 ГГц [3.24].

КВЧ излучение практически полностью поглощается в коже
человека на глубине 0,3+3 мм, экспериментально обнаружено его
влияние на транспорт электронных зарядов, газов и различных ве-
ществ через мембрану клеток, на перекисное окисление липидов в
биологических мембранах из-за обычно «несмешиваемой» жидко-
сти в непосредственной близости у мембран. Воздействие КВЧ волн
определенного диапазона на сине-зеленые водоросли (цианобакте-
рии) приводит к относительному увеличению их роста до 250% и бо-
лее, в то время как химические стимуляторы давали увеличение на
несколько десятков процентов. Исследование воздействия этих волн
на зеленый лист бальзамина показало, что они влияют на синтез АТФ
в клетке [3.25]. Излучение КВЧ с частотой 53,57 ГГц и плотностью
мощности около I мВт/см2 оказывает заметное действие на биоло-
гические процессы, при этом частотная избирательность эффектов
имеет место в отдельных частотных интервалах, отстоящих друг от
друга на 8у/у=0,01 и внутри этих диапазонов в узких частотных ин-
тервалах, расстояние между которыми доходит до 8у/у=104 [3.26].

Подробное исследование воздействия КВЧ излучения на воду,
различные органические и неорганические растворы, ткани живот-
ных и человека проведено авторами в цикле работ [3.55<-3.57,4.62].
Ими отработаны методики по измерению спектральных характери-
стик тканей живых организмов, включая человека, при воздействии
на них КВЧ излучением, разработаны способы лечения на людях
различного вида заболеваний и получен большой опыт, который
обеспечивает возможность его применения в лечебной практике. С
помощью этой методики авторами представлен большой фактиче-
ский материал излечения тяжело больных щитовидной железы. При-
чем отмечено, что во всех случаях вылечивался не только больной
орган, но существенно улучшалось общее здоровье и укреплялась
иммунная система организма. С другой стороны, интерпретация по-
лученных результатов и обоснование фундаментальных процессов,
происходящих в водных растворах при воздействии КВЧ, требует
существенных корректировок.

Сравнительный анализ резонансных характеристик среды - чи-
стой объемной воды и различных тканей человека (в нормальном
здоровом состоянии) показал, что все собственные частоты колеба-
ний элементов структуры воды и органических водных растворов
в диапазоне 50420 ГГц очень хорошо совпадают для всех органов
тела (см. рис. 9.11). Авторы [4.62] на основании большого объема
теоретических и опытных исследований считают, что это связано
с одинаковыми структурами воды, но если обратить внимание на

данные табл. 9.1 по диэ-
лектрической прони-
цаемости различных
органов тела, то для
большинства из них
существенно ниже со-
ответствующей вели-
чины ~75 объемной
воды в 1,5-^25 раз. Это
означает, что в органах
тела человека, несмо-
тря на значительную
концентрацию воды,
большая часть ее явля-
ется связанной с сильно
измененными геоме-
трическими характери-

Рис. 9.11. Резонансные спектры воды и тканей чело-
века в миллиметровом диапазоне длин волн [4.62].
стиками молекул Н,О, и структура ее в порах и мелких кластерах
становится не тетрагональной, а приближается к кубической (см.
выше). Если основываться на предположениях работы [4.62], что ре-
зонансные частоты воды в области миллиметровых волн связаны с
колебанием фрагментов кластеров, то для связанной воды они долж-
ны были измениться, поскольку в ней крупные кластеры разрушены
и много молекул Н,О связано в гидратных оболочках гидрофильных
элементов стенок пор. На самом деле имеем практически полное со-
впадение спектров для всех видов тканей и чистой воды, поэтому
причина кроется в другом.

Для диапазона резонансных частот 37,7405 ГГц величины
квантов энергии находятся в интервале Ьу= 1,26-4,5 см 1 и соответ-
ствующие им вращательные кванты]=2949 (см. табл. 3.2). Обратим
теперь внимание на вид квантово-механических реакций (3.25-4.27)
перераспределения колебательной энергии по уровням молекул
Н,О. Видно, что для них дефекты энергий ДЕ;1 лежат в диапазоне
2-47 см 1 и близки к величинам пЬу, где п - число изменяющееся
в диапазоне 1-40. Когда за счет облучения воды КВЧ излучением
на вращательные подуровни колебательных уровней молекул Н,О
придет несколько квантов Ну, вероятность реакций (3.25-4.27) рез-
ко возрастает и начнется перераспределение колебательной энергии
на верхние уровни. Этот процесс сразу вызовет интенсификацию
колебательно-неравновесных химических реакций табл. 4.2, рис. 4.2
и 4.3, наработку дополнительной колебательной энергии, перерас-
пределения ее за счет излучения между органическими молекулами,
то есть повышенную энергизацию всех биологических реакций.

Вероятность всех этих процессов будет сильно зависеть от стро-
гого соблюдения закона квантования энергии приходящих фотонов
от КВЧ излучения при поглощении их вращательными подуровнями
колебательных уровней молекул Н,О. Ее максимальное значение бу-
дет достигаться в случае близости величины п к малому целому чис-
лу, что соблюдается при резонансных значениях частот. Здесь важно
подчеркнуть, что энергетическое распределение между колебатель-
ными уровнями молекул объемной или связанной воды будет слабо
отличаться друг от друга (для нижних уровней, как самых высоко
населенных, см. гл. 3), поэтому и резонансные частоты также будут
примерно одни и те же.

Квантово-механические реакции (3.25-4.27) очень чувствитель-
ны к релаксационным процессам колебательной энергии. Поскольку
кванты КВЧ излучения значительно меньше величины «кванта» ки-
нетической энергии (312 см '), они легко поглощаются поступатель-
ными степенями свободы молекул. Поэтому при больших интенсив-
ностях КВЧ облучения кинетическая энергия молекул Н,О в узлах
кристаллической структуры кластеров и в связях с гидофильными
атомами белковых молекул будет увеличиваться, и будут часто рвать-
ся водородные связи. В этом случае система молекул воды может
перейти из спокойного устойчивого аттрактора, например, в автоко-
лебательный или стохастический, при этом резко усиливаются про-
цессы релаксации колебательной энергии, и уменьшается эффектив-
ность реакций (3.25-^3.27), табл. 4.2, рис. 4.2, 4.3. Это хорошо видно
из рис. 6.14, где показано, что при мощности КВЧ излучения Ри=10'<’
Вт/см2 колебательный режим молекул воды является стационарным,
когда она увеличивается до значения Р11=10'1 Вт/см2 - переходит в
автоколебательный, а при Ри=10‘2 Вт/см2 - в стохастический.

Квантово-механические и физико-химические процессы, проте-
кающие под воздействием КВЧ излучения на биологические объек-

ты, подтверждаются также еще одним экспериментом, приведенным
в брошюре [6.49]. На мембранах растительных клеток растения баль-

замина измерялась разность потенциалов напряжения при облучении

его КВЧ волнами различной мощности, результаты которого показа

ны на рис. 9.12. Видно,
что для режима с мощно- и,мВ
стью излучения Р()=0,01	18

Вт/см2 и менее потенци-
ал с течением времени
сначала уменьшается, а
затем выходит на неко-
торое постоянное значе-
ние по величине меньше,
чем исходный до об- 9
лучения. Для остальных
режимов с повышением	$

Ри зависимость потен-
циала имеет немонотон-	_

ный вид - вначале резко
уменьшается, а затем с

течением времени ВОЗ- рис 912 и1ие11ем11е потенциала на мембране клетки
растает И становится листа бальзамина: / - РИ=О,(Н; 2 - 0.015: 3 -0,03; 4 -
выше ИСХОДНОЙ вели- 0.04; 5 -0.06 Вт/см: [6.49].

чины потенциала. Такое поведение мембранного потенциала под
влиянием КВЧ облучения может иметь следующее объяснение (см.
рис. 9.7). В зоне водного биологического раствора II вне клетки име-

ем повышенное содержание электронов, то есть кислую среду, или
католит, а в зоне клетки III соответственно пониженное содержание
электронов - щелочную среду (анолит). Под воздействием квантов
КВЧ излучения в этих средах начнут интенсифицироваться одновре-
менно квантово-механические реакции (3.25+3.27) и колебательно-
неравновесные химические реакции табл. 4.2, только в зоне II пойдут
реакции водородного типа с поглощением электронов (4.17), а в зоне
III - кислородного типа с выделением электронов (4.18). Следова-
тельно, в этих зонах возникают два противоположно направленных
химических процесса по выработке и поглощению электронов и их
интенсивность будет тем сильнее, чем больше мощность излучения
КВЧ. При этом оказывается, что в начальный момент времени пре-
обладают процессы в зоне II и потенциал падает, а затем начинают
превалировать реакции в зоне III, вызывающие резкое возрастание
потенциала.

Обсудим теперь медицинскую методику диагностики некото-
рых заболеваний человека и способы лечения с помощью КВЧ излу-
чения, изложенные в работе [4.62]. Разработанный метод диагности-
ки и терапии больных органов человека включал в себя начальную
регистрацию резонансного спектра этого органа в КВЧ диапазоне
с последующим воздействием на него в течение частых и длитель-
ных сеансов облучения в миллиметровом диапазоне длин волн на
нескольких резонансных частотах, характерных для чистой воды.
При этом мощность излучения не превышала 105 Вт/см2 с разверт-
кой частоты генератора в КВЧ-диапазоне с шагом не более 0,1 ГГц
и в полосе 48+54 ГГц (см. рис. 9.11), а регистрация радиоотклика
среды проводилась в дециметровом диапазоне длин волн, мощность
которого составляла Р, = 10|3+ 1016 Вт/см2. В случае повышения мощ-
ности КВЧ-облучения до 10‘4 Вт/см2 и более лечебный эффект пропа-
дал. Эта методика позволяла по получающейся спектральной кривой
и ее отклонениям от стандартного резонансного спектра здоровых
тканей судить с определенной долей достоверности о состоянии
органа, а при повторных снятиях спектров - о динамике лечения.
Резонансно-волновая КВЧ-терапия проводилась на фиксированных
частотах 50,3; 51,8 и 65 ГГц, соответствовавших собственным резо-
нансным частотам объемной чистой воды.

При лечении щитовидной железы у десяти тяжелобольных па-
циентов курсы лечения составляли от 10 до 21 сеансов длительно-
стью 15+30 мин каждый, почти во всех случаях отмечено не только
полное выздоровление этого органа, но и существенное улучше-
ние иммунной системы, а также общего оздоровления организма.
Подробные описания историй болезней этих больных приведены
в [4.62]. Типичные спектральные характеристики больного органа
щитовидной железы человека, изменение их в процессе лечения
КВЧ-терапией и в последующем уже здорового этого органа, а также
спектральные характеристики чистой воды приведены на рис. 9.13.
Видно, что спектр частот в КВЧ-диапазоне больного органа резко от-
личается от такового же здоро-
вого, а последний практически
полностью совпадает со спек-
тром чистой воды. Амплитуды
пиков и сами спектры сильно
отличаются в процессе и в кон-
це лечения.

Приведенные конкретные
результаты диагностики и ле-
чения больных органов людей
с помощью КВЧ-терапии еще
раз практически подтвержда-
ют вышеизложенную теорию
влияния резонансных частот
миллиметрового диапазона
длин волн на биологические
процессы в живой клетке и ор-
ганизме в целом.

1,о.е.
2

1,8
1,6
1,4
и

1
0,8
0,6
0,4
02

0

ЖЖЛКЯ

ЮТт 1МчН



48	50	52	54 ЦТц

Рис. 9.13. Спектры тканей человека щито-
видной железы: 1 - до лечения; 2 — в середине
курса лечения; 3 - в конце курса лечения; 4 -
чистая вода [4.62].

Еще раз повторимся, что авторы этой работы [4.62] первопри-
чиной такого кардинального лечения больных органов людей счита-
ют резонансную раскачку элементов структуры (молекул, кластеров)
воды, находящейся в них, и постепенное изменение ее до той, которая
соответствует чистой объемной воде. Эта гипотеза очень уязвима для
критики: только известных резонансных частот чистой воды имеется
130 шт (см. табл. 3.18), а с учетом сложнейших структур биологиче-
ских тканей, в которых она находится, их количество может возрасти
до нескольких сотен. В такой сложной колебательной системе (атомов
элементов, молекул воды, ионов, фрагментов органических молекул,
мембран клеток и т.д.), средняя энергия связей которых оценивается
величиной не менее нескольких сотен кДж/моль, воздействие на нее
только на двух наверняка не главных частотах 50,3 и 51,8 ГГц излу-
чением КВЧ с мощностью Ри=10'5 Вт/см2 и максимальной длитель-
ностью 1800 сек не обеспечит ее раскачку, а тем более разрыв водо-
родных связей (21 кДж/моль) и разрыхление тканей органа. В то же
время, если рассматривать воздействие такого типа на водную среду и
ткани органа как триггерный, спусковой механизм запуска квантово-
механических и колебательно-неравновесных химических реакций
(3.25^-3.27), табл. 4.2, рис. 4.2,4.3, происходящих в воде, с точки зре-
ния высокой дополнительной энергизации всех биологических про-

цессов, где в качестве «топлива» выступают молекулы воды, то это
достаточно достоверно объясняет полученные результаты лечебной
КВЧ-терапии. В этом случае внешнее электромагнитное воздействие
в КВЧ диапазоне на связанную воду в тканях больного органа перево-
дит ее в аттрактор с набором резонансных частот, соответствующих
чистой воде, благодаря чему начинают идти биологические процессы,
заложенные в генетическом коде молекул ДНК, и орган излечивается.
Кроме того, такой переход аттрактора связанной воды осуществляет-
ся во всем организме человека, вследствие чего он оздоравливается и
укрепляется иммунная система. Изменение аттрактора воды под воз-
действием всего лишь нескольких резонансных частот вызвано тем,
что все остальные частоты кратны им (см. табл. 3.18).

В подтверждение факта совпадения спектров электромагнитных
колебаний, излучаемых здоровыми органами человека, с соответ-
ствующим спектром чистой активированной воды можно привести
дополнительно следующие экспериментальные данные. В москов-
ском институте информационно-волновых технологий создан при-
бор, который позволяет определять спектр электромагнитных коле-
баний излучений, испускаемых органами человека и жидкой воды.
Измерение спектральных характеристик воды, взятой в праздник
Крещения в церкви Новодевичьего монастыря, показал, что они
очень хорошо совпадают с соответствующими параметрами излуче-
ния от здорового органа человека. Для проверки этого факта были
измерен спектр воды, взятой в том же монастыре в праздник Кре-
щения предыдущего года - он также совпал со спектром излучений
от здорового органа человека [7.36]. Здесь важно подчеркнуть одну
особенность проведенных опытов. Любая, даже хорошо очищенная
вода будет находиться в заданном аттракторе с набором собственных
резонансных частот, который определяется внешними воздействия-
ми, даже очень слабыми, включая присутствие людей, (электромаг-
нитными, акустическими, световыми квантами и т.д.). Поэтому у
такой воды будут постоянно меняющиеся спектральные характери-
стики внешнего излучения. Вода, освященная в церкви в праздник
Крещения, имеет стабильный аттрактор, который может сохранять-
ся годами и на который не действуют слабые внешние воздействия,
вследствие чего она будет иметь стабильные спектральные характе-
ристики внешнего излучения. Именно на такой воде за миллиарды
лет существования живых организмов на Земле построены все гене-
тически запрограммированные процессы на уровне функционирова-
ния клеток и всех органов тела.

9.5.5.	Влияние магнитного поля, звуковых колебаний и
кавитационных процессов в жидкой воде на биологические
объекты

Магнитная терапия для лечения различных заболеваний челове-
ка используется широко и давно, причем в настоящее время выпуска-
ются приборы совместного воздействия постоянного и переменного
магнитного поля вместе с лазерным излучением, или электриче-
ским полем. В качестве примера к таким приборам можно отнести:
«Вектор-03» с характеристиками - длина волны лазерного излуче-
ния 0,67 мкм, напряженность магнитного поля 35±5 мТл; «Рикта»
с параметрами - средняя мощность излучения 60 мВт, магнитная
индукция 35 мТл; устройство «Маг-30-6» воздействует на биоткань
низкочастотным синусоидальным магнитным полем; «Виомаг» соз-
дает комбинированное воздействие на биоткань импульсного маг-
нитного тока и импульсов электрического тока (поля); устройство
«Лама» обеспечивает воздействие на ткань органа бегущим магнит-
ным полем и лазерным излучением малой мощности.

Приборы применяются для безлекарственного лечения путем
воздействия снаружи через кожу на различные органы человека, на
акупунктурные зоны, пораженные участки кожи и т.д. Лечебный и
общий оздоровительный эффект этих приборов согласно рекламам
охватывает большую область заболеваний на клеточном уровне и
различных органов тела. К ним можно отнести следующие: ларингит,
фарингит, ринит, ангина, тонзиллит, отит, трахеит, бронхит, плеврит,
пневмония, гипертоническая и ишемическая болезни сердца, сте-
нокардия, гастрит, холецистит, панкреатит, колит, простатит, пиело-
нефрит, цистит, артриты и артрозы и т.д. Приборы применяются при
заболеваниях и повреждениях опорно-двигательного аппарата, ги-
некологических болезнях, сахарным диабетом, сердечно-сосудистой
системы и т.д. Применение воздействий магнитного поля и моно-
хроматического излучения обеспечивает: обезболивание, улучшение
микроциркуляции крови и местного кровообращения, дает противо-
воспалительный и противоотечный эффекты, ускорение регенератив-
ного процесса в поврежденных тканях, стимуляцию общих и местных
факторов иммунозащиты, способствует рассасыванию воспалитель-
ного и травматического отека, улучшает условия для восстановления
поврежденных тканей, оказывает неспецифическое воздействие на
иммунологическую реактивность организма, обеспечивает профи-
лактику болезней старости, нарушения обмена веществ и т.д.

Уже давно в медицинской практике применяются различные
виды звукотерапии, когда на ткань органа или на весь организм воз-
действуют звуковыми колебаниями, начиная от инфразвука и кончая
ультразвуком. Разработанный автором работы [4.44] инфразвуковой
терапевтический аппарат ИФС-1 применяется при лечении миом
матки, кист яичников, кист и фиброаденом молочных желез, фиброз-
нокистозной мастопатии, кист щитовидной железы, аденом предста-
тельной железы, камней почек и желчного пузыря, воспалительных
заболеваний внутренних органов. При этом подавляются воспали-
тельные процессы, происходит рассасывание патологических оча-
гов и толстых соединений, удаление из организма новообразований
отложенных в суставах солей, камней из почек и желчного пузыря.
Инфразвуковая терапия тормозит рост раковых опухолей в три раза,
(реклама). Он же исследовал влияние воздействия инфразвука на
жизнедеятельность микроорганизмов и показал, что обработка воды
приводит к ее обеззараживанию, причем патогенные и условно па-
тогенные для организма микробные культуры погибают или их чис-
ленность снижается в десятки раз. В то же время для микробных
культур кишечной палочки и золотистого стафилококка наблюдается
картина активизации процесса размножения.

Влияние слабых магнитных и акустических полей на биологи-
ческие объекты удобно исследовать на примере роста и развития
микроорганизмов, как показано в монографии [2.7]. На рис. 3.19
приведено дистанционное влияние слабого электромагнитного поля
от растущей колонии микроорганизмов Е.СоИ на хелюминесценцию
водного раствора люминола в пробирке в зависимости от расстояния
между ними. Спектр высокоинтенсивных низкочастотных импуль-
сов свечения водного раствора показан на рис. 3.20, который прак-
тически полностью (с учетом кратности) совпадает с резонансными
частотами чистой воды. Эти данные коррелируют с тем, что в на-
чальной стадии развития культуры микроорганизмов окислительно-
восстановительный потенциал питательной среды, в которой они на-
ходятся, уменьшается, что указывает на насыщение ее электронами.

Проводилась также оценка влияния акустических колебаний
на биологические системы путем изучения воздействия музыкаль-
ных частот и ритмов на колонии микроорганизмов 81арИу1ососси8 и
Е.СоИ в стадии лагфазы и предэкспоненциального роста [2.7]. Они
подвергались поочередному влиянию музыкальных тест-программ
инструментальной классической музыки и средневековых духовных
песнопений в течение 45 мин. Оценка жизнедеятельности микроор-
ганизмов осуществлялась хелюминесцентным методом по измене-
нию их концентрации в процессе развития. Результаты измерений
показали, что динамика роста клеток микроорганизмов существенно
отличается в зависимости от воздействия. Рост бактерий без внеш-
них воздействий характеризуется небольшим уменьшением актив-
ности лагфазы и равномерным увеличением концентрации. В то же
время, в опытных образцах культуры 81арИу1ососсиа на фоне равно-
мерного увеличения сигнала, соответствующего устойчивому росту
клеток, под воздействием музыки отмечаются периодические вспле-
ски электрохимической активности с амплитудой, превышающей
средний уровень примерно в 10 раз (рис. 9.14). График активности
роста культуры бактерий Е.СоИ под воздействием духовной и клас-
сической музыки представлен
на рис. 9.15, на котором видны
различия в воздействии спек-
тральных характеристик и их
ритмов. Общее влияние аку-
стических волн на культуры
в сравнении с контрольными
пробами (в отсутствии воз-
действия) показало снижение

О 20 40	60 80 1001, мин

Рис, 9,14, Зависимость роста культуры бак-
терии 81арИу1ососсиз от времени: 1 - без воз-
действия акустического генератора; 2 - под
воздействием духовной музыки [2.7].

роста и активности бактерий
81арку1ососсиз в среднем на
12%, а бактерий Е.СоИ на 40%
[2.7].

На жизнедеятельность бактерий, живых организмов, включая и
людей, воздействуют и кавитационные процессы, происходящие в
жидкой воде. Кавитационная обработка воды позволяет ее обезза-
разить почти на 100%, в ней интенсифицируются процессы раство-
рения органических соединений и гидратации белков. Такая вода об-

Рис. 9.15. Зависимость роста культуры бак-
терий Е. СоП от времени: 1- классическая му-
зыка; 2- духовная музыка [2.7].

ладает повышенным уровнем
излучения от инфракрасного
диапазона до ультрафиолето-
вого, причем это излучение об-
ладает лечебными свойствами.
При эксплуатации теплонагре-
вательных установок, исполь-
зующих принцип активации
воды за счет процессов кавита-
ции (см. гл. 8), были получены
некоторые интересные побоч-
ные явления. Вокруг установ-

ки создается некое поле, при нахождении в котором: а) увеличивает-
ся производительность кур-несушек; б) у хромых кур выправляются
лапы; в) у людей, находившихся в зоне работы установки, вылечи-

вается простатит, восстанавливается потенция, нормализуется кро-
вяное давление и т.д. [8.18]. Такой же эффект воздействия электро-
магнитных излучений от теплогенераторов, использующих закрутку
воды с участием кавитационных процессов, описывает изобретатель
Р.И. Мустафьев [8.19, 7.36]. Излучение распространяется на рассто-
яние примерно четыре метра, а рабочие, осуществлявшие монтаж
и эксплуатацию таких установок, излечивались от ряда болезней, в
том числе и от специфически мужских.

О влиянии переменного и постоянного магнитного поля, аку-
стических волн и кавитационных процессов на воду подробно
описано в гл. 6, 7. Воздействие этих факторов запускают квантово-
механические и колебательно-неравновесные химические реакции
(3.25-^3.27), табл. 4.2, рис. 4.2, 4.3, в результате чего происходит
колебательная накачка молекул Н,О. При этом слабые переменные
магнитные поля за счет взаимодействия с сильными электрическими
полями на межмолекулярном уровне напряженностью около 10* В/см
малыми квантами энергии порядка вращательного квантового числа
Ву=0,00141 см 1 накачивают вращательные подуровни колебатель-
ных уровней молекул Н,О, а акустические поля, благодаря раскачке
молекул воды в структуре кластеров, вызывают такой же эффект (см.
гл. 6, 7). Точно также - через воду осуществляется воздействие всех
этих факторов на биологические объекты, в результате чего запасен-
ная колебательная энергия в молекулах воды путем излучения пере-
дается фрагментам органелл, то есть, с одной стороны, происходит
дополнительная их энергизация, а, с другой - за счет колебательного
возбуждения органических молекул резко ускоряются биологиче-
ские реакции. Нужно отметить, что такого типа воздействия могут
играть не только положительную роль в лечении различных заболе-
ваний человека, но могут привести и к негативным последствиям,
когда биологические процессы на уровне клетки, да и всего организ-
ма могут пойти не по тому «пути». Это наглядно видно из влияния
такого слабого воздействия, как акустическое, на развитие бактерий,
когда спектральный состав и его интенсивность кардинально могут
изменить скорость их размножения, активность и жизнеспособность
(см. рис. 9.14 и 9.15). Всплески на кривой №2 (рис. 9.14) говорят
о том, что биологические процессы могут развиваться с большими
скоростями, лавинообразно.

9.5.6.	Роль ультрафиолетовых лучей в жизнедеятельности
живого организма

Из всего спектра излучений, воздействующих на живой орга-
низм, следует выделить ультрафиолетовый диапазон, как один из
наиболее сильно влияющий на его жизнедеятельность. Этот диа-
пазон лежит в основе спонтанного митогенетического излучения:
при работе или отмирании клеток часть «лишней» энергии погло-
щается новыми клетками, другая - стимулирует процессы метабо-
лизма, что создает биоэлектрическую активность соответствующего
органа [9.67]. По степени воздействия ультрафиолета (УФ) на жи-
вые организмы он разделяется на поддиапазоны: а) 0,32^-0,38 мкм,
б) 0,28-Н),32 мкм, в) 0,2-Н),28 мкм. Излучение УФ-области «а» слабо
по активности, но, тем не менее, благотворно влияет на биологиче-
ские процессы живых организмов. УФ-излучение области «б» более
активно и может даже вызвать мутационные изменения в организме,
но наиболее активным является излучение области «в», что уже, в
зависимости от времени и дозы облучения, может привести к резким
мутациям [9.67]. Коротковолновая часть спектра УФ солнечного из-
лучения менее 0,293 мкм полностью поглощается атмосферой, а из
длинноволнового спектра земной поверхности достигает только 5%.
Экспериментальные исследования воздействия УФ излучения на ор-
ганизм человека показали, что оптимальный диапазон, благоприят-
ный для наилучшего физиологического эффекта, является «в» с мак-
симумом распределения (80%) в пределах 0,256-4),258 мкм [9.67].
УФ- излучение в этом диапазоне благоприятно воздействует на им-
мунную систему организма, в частности лимфоциты, лейкоциты,
гранулоциты, существенно усиливается ферментативная активность
и секреция гормонов, рассасываются тромбы, улучшается текучесть
и микроциркуляция крови. УФ- терапия фактически не только лечит
какое-то заболевание, она стимулирует главные жизненные функции
организма, которые улучшают метаболические процессы, повыша-
ют энергетический уровень естественных механизмов регуляции и
самозащиты, иммунная система начинает работать в том режиме,
который заложен в ней Природой [9.67].

Попытаемся понять, почему такое высокоэнергетичное излуче-
ние оказывает сильнейшее воздействие на организм человека. Энер-
гия квантов излучения 0,256-4),258 мкм составляет, соответственно,
38760+39062 см4, а всего диапазона «в» - 35714+50000 см4. Эти
кванты излучения превышают энергию высших колебательных кван-
тов молекул объемной воды 36399 и 37048 см-1 (см. табл. 3.4), сле-
довательно, они не могут поглощать фотоны света этого УФ диапазо-
на. В то же время, энергия взаимодействия молекул связанной воды
в порах мембран клеток, органелл и всех тканей изменяется в диа-
пазоне 150+396 кДж/моль, энергия гидратация ионов СТ, К+, Ма+ во
всех жидкостях организма составляет, соответственно, 243, 268 и 322
кДж/моль (см. выше). В таблице 3.4а приведен энергетический спектр
колебательных уровней молекул Н2О с энергией межмолекулярных
взаимодействий 230 кДж/моль, в который входят одиннадцатые уров-
ни симметричной и асшлметрмчмой моды38610 к39270см~!. .Энергия
этих уровней хорошо совпадает с энергией фотонов света оптималь-
ного УФ-диапазона 38760+39062 см4. Таким образом, при облучении
организма человека излучением данного УФ- диапазона, осуществля-
ется энергизация молекул связанной воды и отрыв гидратированных
молекул от ионов с последующим излучением квантов света, которые
поглощаются окружающими молекулами воды и органеллами.

В книге [7.35] приведены экспериментальные данные по воз-
действию УФ-излучения на подопытных животных, которое предва-
рительно проходило через водный раствор с лекарством. Получили
результат, соответствующий тому факту, что подобное облучение ока-
залось идентичным введению этого лекарства животным. Эти данные
можно объяснить поглощением первичного УФ-излучения молекула-
ми Н2О водного раствора лекарства с последующим переизлучением
его в спектральном диапазоне измененного аттрактора, соответствую-
щего влиянию примеси этого лекарства. Воздействие модулирован-
ного УФ- излучения на животных сводилось к изменению аттрактора
связанной воды в их организмах к аттрактору с соответствующими
спектральными характеристиками водного раствора лекарства.

9.6.	Воздействие биополей и излучений человека на воду

На основании громадного экспериментального опыта воздей-
ствия друг на друга биологических структур, находящихся иногда на
очень больших расстояниях между собой, а также на воду и биологи-
ческие растворы ученые пришли к выводу, что для проявления этого
эффекта требуется передача всего 10^100 квантов электромагнитной
энергии. Этот факт обосновывается очень подробно выше изложен-
ной теорией влияния слабого переменного магнитного поля на воду
(приблизительно в 8000 раз меньше геомагнитного поля земли, см.
гл. 6, 7). Подтверждается это и многими экспериментами, например,
настройка «аквадиска» в виде деревянной подставки с запрессован-
ным в ней слабым магнитиком или целой серией опытных работ по
влиянию биологических структур друг на друга, находящихся в от-
дельных сосудах и разнесенных на значительное расстояние между
собой [2.7], а также рядом исторических примеров из жизненной
практики человечества [5.123].

Если частоты воздействующих квантов энергии, даже очень ма-
лой мощности, близки к бифуркационной границе 2-4 или 2-5 (см.
рис. 6.10), разделяющей область существования в жидкой воде двух
или несколько аттракторов, то периодическое воздействие может
«перебросить» фазовую траекторию из области одного аттрактора
в область другого. У каждого живого существа, включая и человека,
имеется биополе, представляющее собой совокупность электриче-
ского и магнитного полей, а также электромагнитных волн с широ-
ким спектром частот, причем суммарная мощность излучения оце-
нивается согласно закону Стефана-Больцмана величиной примерно
100 Вт [4.62]. Этот спектр частот в громадном большинстве совпада-
ет с резонансными частотами различных биологических растворов,
которые присутствуют в теле человека, и они мало отличаются от
резонансных частот чистой жидкой воды, которая сама по себе обе-
спечивает их громадное разнообразие. Таким образом, человек, да и
любое другое животное или биологический организм являются гене-
ратором электромагнитных и акустических колебаний с диапазоном
частот от 0,014 до 1015 Гц, практически полностью резонансно со-
впадающих со всеми возможными частотами жидкой воды (см. табл.
3.18) и поэтому он может воздействовать на воду.

В этом диапазоне частот ЭМИ от 0,014 до 10'5 Гц, излучаемых
человеком, существует некоторое распределение по энергиям кван-
тов света, и максимум этой функции приходится на дальний инфра-
красный интервал длин волн. Масару Эмото [5.122] со ссылкой на
работу [9.66] пишет, что основной частотой, излучаемой живыми
организмами является 5,7*1014 Гц, но это соответствует длине вол-
ны 0,522 мкм, то есть видимому диапазону, что не отвечает действи-
тельности. С другой стороны, как показывают измерения, максимум
излучения, а, следовательно, и максимум поглощения для человека
приходится на длину волны ~9,3 мкм с квантом энергии 1075 см1.
Так авторы изобретения [9.64] экспериментально определили макси-
мальную интенсивность поглощения излучения человеческим телом
на длине волны ~9,3 мкм, причем оно проникает на глубину под кожу
до 70 мм, и с учетом этого создали баню, где человек прогревается
инфракрасным излучением этой длины волны, при этом температура
лучевого нагревателя составляет всего 37+40°С. По другим данным
максимум излучения и максимум поглощения для человеческого тела
приходится на длину волны 10,6 мкм с квантом энергии 943 см1.

Ответим на вопрос, почему максимум излучения и поглощения
человеческого тела приходится на диапазон квантов 943-4075 см-1?
В соответствие с зависимостью вероятности индуцированного пере-
хода молекулы в колебательно возбужденное состояние при погло-
щении кванта излучения, она прямо пропорциональна плотности па-
дающего излучения оптически разрешенных квантовых переходов и
обратно пропорциональна частоте излучения в третьей степени (см.
6.19). Эти требования к водным биологическим растворам, состав-
ляющих основу строения человеческого организма, выливаются в
следующие положения. Во-первых, максимум распределения насе-
ленностей молекул Н2О биологических растворов, практически со-
впадающих с соответствующим для чистой воды, исходя из средней
энергии межмолекулярных связей 4СН-60 кДж/моль=334(Н5000 см-1,
приходится на первые-вторые колебательные уровни всех трех мод
(см. табл. 3.4). Во-вторых, оптически разрешенными квантовыми пе-
реходами для молекул Н2О в жидкой воде при поглощении квантов
внешнего излучения могут быть только переходы с симметричной
моды на деформационную туда и обратно, а также с асимметричной
моды на деформационную туда и обратно (см. гл. 3,4,6). В-третьих,
с учетом зависимости индуцированного перехода в колебательное
возбуждение под действием внешнего излучения (6.19) поглощае-
мый квант излучения должен обладать минимальной энергией. С
учетом этих требований можно тогда записать наиболее вероятные
квантовые переходы молекул воды в биологических растворах при
внешнем облучении (см. табл. 3.4):

Н2О(у,,0,1)+Ьу=1312 см '=> Н2О(у,,3,0),

Н2О(у,,0,2)+Ьу=815 см '=> Н,О(у,,5,0),	(9.9)

Н,О(1,0,у3)+Ьу=1416 см'=> Й,О(0,3,у3),
Н20(2,0,у3)+Ьу=1014 см '=> Н2О(0,5,у3).

Из системы квантовых переходов молекул воды (9.9) видно, что
теоретически рассчитанный диапазон максимального поглощения
квантов излучения в водных биологических растворах человеческо-
го тела 815-^-1416 см 1 очень хорошо совпадает с экспериментальны-
ми данными 943+1075 см1.

Опишем несколько экспериментов, проведенных Массару Эмото
[5.122], по прямому воздействию человека на воду. На плотине Фуд-
зивара в центральной Японии священник буддийской школы сингон
Хоуки Като пропел несколько молитвенных песнопений над озером.

Рис. 9.16. Фотографии кристаллов озерной воды до и
после прочтения священникам буддийской целительной
молитвы перед озерам [5.122].

Фотографии кристал-
лов льда из проб воды
до и после молитв по-
казали, что вода в озе-
ре стала значительно
чище (рис. 9.16). В сен-
тябре 1999 года на бере-
гу озера Бива (Япония)
собралось 350 человек
во главе с Учителем
Сиоя и пели священ-
ные песнопения. Через

месяц газеты сообщили, что с озером произошло нечто странное -
водоросли, которые заполняли озеро каждый год и вызывали невы-

носимое зловоние в округе, в этом году не появились.

Другой эксперимент заключался в том, что группе школьников в
начальной школе поручили говорить вблизи одной из бутылок с во-
дой слова «Ты - хороший », а другой - «Ты - дурак». Результаты этих
опытов показаны на рис. 9.17, видна разительно отличная картина
одной воды от другой по ее свойствам. Производили также еще та-
кие опыты: бутылка с водой обертывалась бумагой, на которой были
напечатаны (на разных языках) слова и фразы, результаты таких ис-
пытаний приведены на рис. 9.18. Была определена интересная за-
кономерность: когда к воде
обращались уважительно,

спокойно, то образуют-
ся кристаллы правильной
формы, если грубо, резко
- льдинки бесформенных
образований.

К этому же типу фе-

Рис. 9.17. Фотографии кристаллов двух образцов
воды, одному из которой школьники говорили «ты -
хороший», а другому «ты - дурак» [5.122].

номенальных явлений, происходящих с водой, следует отнести не-
однократно проверенные факты изменения ее свойств, когда она

освящается в церкви священником. После того как он прочитает мо-
литву, перекрестит ее, опустит в нее крест (обычно серебряный или
покрытый серебром), вода приобретает лечебные, бактерицидные
свойства, долго не загнивает, помогает от некоторых болезней и со-

храняет эти свойства длительное время (месяцы).

Приведем еще ряд экспериментальных фактов, которые были

изложены в телепередаче [5.123], а также некоторые другие. Зимой

Рис, 9,18. Фотографии кристаллов двух образцов
воды, находившихся в бутылках обернутых листа-
ми бумаги с напечатанными словами на одном «Да-

1881 г. корабль «Лара»
следовал из Ливерпуля в
Сан-Франциско, на третий
день пути на судне начался
пожар, пассажирам при-
• шлось покинуть корабль

на шлюпках. Потерпевшие
испытывали сильные муки

вай это сделаем», а на другом - «Даай это!» (по- ЖЭЖДЫ И КО ГД Й ЧврвЗ Три
японски) [5.122].	недели после мучительных

скитаний достигли берега, капитан Нейл Керри, как человек доста-

точно трезво относящийся к действительности, рассказал следую-
щее: мы мечтали о пресной воде и стали воображать, что вокруг нас
голубая морская вода станет превращаться в зеленоватую, пресную
воду и через некоторое время решились зачерпнуть воду за бортом и

попить ее - она оказалась пресная.

В Китае на одном из совещаний ученых присутствующие об-
суждали вопросы, связанные с сильным биологическим оружием,
при этом во время обсуждения пили только воду, стоявшую на столе.
Через некоторое время всех увезли в больницу с сильнейшим пище-
вым отравлением, при этом расследование зашло в тупик: проверка
воды показала, что никаких вредных веществ в ней не было, состав
был обычный, а в отчете записали, что причиной отравления стала
обыкновенная вода [5.123].

В лаборатории профессора К. Короткова (Россия) проводили экс-
перимент: на стол поставили колбу с водой, а рядом собравшихся людей
попросили спроецировать на воду эмоции любви, нежности, заботы.
Потом заменили колбу с другой водой и попросили операторов спрое-
цировать на колбу с водой эмоции агрессии, жестокости, страха, ненави-
сти. После этого провели спектральные измерения характеристик обеих
проб воды, оказалось, что эмоции любви, заботы и т.д. существенно по-
вышают энергетику воды и стабилизирует ее структуру по сравнению с
воздействием эмоций агрессии, зла, жестокости [5.123].

Согласно хроникам в 1472 году аббат Карл Гастинсис был схва-
чен инквизицией и посажен в тюрьму по ложному доносу за наве-
дение порчи на некую уважаемую женщину. Заключенному аббату в
темнице давали в качестве еды кусок черствого хлеба и ковш гнилой,
зловонной воды, через 40 дней тюремщик заметил, что Карл не толь-
ко не потерял, а наоборот приобрел здоровье и силу. Его обвинили
в связях с нечистой силой, и позже под жестокими пытками аббат
сказал, что над гнилой водой он читал молитву, благодарил господа
за ниспосланные ему испытания, отчего вода становилась мягкой на
вкус, свежей и прозрачной [5.123].

К лету 1991 года в Израиле не было дождя уже два года, вода
в единственном пресном озере Кинереке опустилась ниже критиче-
ской отметки на 15 см, и тогда 10000 израильтян собрались у стены
Плача и молились о дожде - на третий день пошел дождь над всей
страной, многие объясняли это случайностью [5.123].

Массару Эмото [5.122] проводил следующий эксперимент: в
три банки он насыпал рис, куда долил немного воды. Одной банке
в течение месяца говорил «спасибо», второй - «ты - дурак», на тре-
тью не обращал внимания совсем. Через месяц в той банке, которой
говорили «спасибо» рис начал бродить, издавая сильный и приятный
запах; во второй банке рис почернел, в третьей - начал загнивать.
Оказалось, что самое угнетающее воздействие на воду оказывает
равнодушие и невнимание к ней.

18 января 2006 года в канун православного праздника Крещения
провели следующий эксперимент (Россия) [5.123]: наполнили две
колбы водопроводной водой, одну из колб поставили в православ-
ном храме над емкостью, где освящали воду, вторая - контрольная
находилась в обычных условиях в лаборатории. После богослужения
в храме сразу воду в обеих колбах заморозили в криогенной камере,
затем образцы разрезали на пластины, отполировали, смотрели под
микроскопом и сфотографировали. Вода из контрольной колбы дала
бесформенные кристаллы в виде расплывчатого пятна, а освящен-
ная в храме создала кристаллы правильной шестилучевой формы.
Святая вода обладает сильной устойчивой структурой, так, если 10 г
этой воды развести в 60 л. обычной воды, то через некоторое время
вся вода приобретает свойства святой.
Китайские хроники рассказывают о Даосском отшельнике Чанг
Чуне, с которым часто встречался и подолгу беседовал Чингисхан,
однажды, когда страна (Китай) погибала от неизвестной эпидемии,
правитель Пекина попросил отшельника защитить людей - он по-
молился, и болезнь отступила. На многие благодарности, которые
были обращены к нему, он отвечал: молитва это не вещь, требующая
оплаты - нужна Вера [5.123].

На одном из конклавов (соборов) священников и богословов, про-
ходившем в Европе, провели следующий эксперимент: на сцене зала
повесили экран и установили фотоаппарат для съемки с него изобра-
жений. Затем попросили всех присутствующих в зале спроецировать
на экран изображение Иисуса Христа, таким, как они его себе пред-
ставляют. Через некоторое время сфотографировали пустой экран,
после проявления пленки и печатания на фотобумаге получили фото-
снимок молодого мужчины с бородой, удлиненным лицом и общим
обликом полностью соответствующим той канонической форме Ии-
суса Христа, которой представляют его себе большинство верующих.

Восточная медицина базируется на акустическом звучании (воз-
действии) на воду, причем показателем тона звучания является пульс
человека, который может быть сильным, слабым, «холодным», «го-
рячим». Лечение человека осуществляется не водой, поскольку сам
он, его тело и есть вода, а просто он читает мандры (молитвы), чтобы
исправить воду внутри себя [5.123].

Масару Эмото провел эксперимент [5.122]: над колбами с водой
читались буддийская молитва тибетскими монахами, песнопения
японских монахов, христианская молитва, исламская молитва - ока-
залось что для всех типов воды образовывались разной формы кри-
сталлы, но все они были правильной красивой формы. Оказывается,
частота звуковых колебаний молитвы всех конфессий на любом языке
(по данным академика РАЕН К. Короткова) равна частоте 8 Гц, что со-
впадает с частотой колебаний электромагнитного поля земли [5.123].

Автор данной книги в 1996 году работал в археологической экс-
педиции в западном Крыму (городище Беляус). Когда экспедиция
летом только приехала на городище, там находилась грубо обрабо-
танная статуя из известняка, так называемая «скифская баба», кото-
рую привезли военные с одной из возвышенностей в этом же районе
Крыма, где они расчищали площадку для своих целей. Статуя дати-
ровалась первым - вторым веком нашей эры. Автор данной книги с
помощью Г-образных металлических рамок попытался определить
поле вокруг этой статуи (методика лозоискательства) - рамки начи-
нали сильно отклоняться, начиная с радиуса ~15 м, причем чувство-
валось негативное, угнетающее поле и через некоторое время при
нахождении рядом с ней человек чувствовал себя нехорошо, и на-
чинала болеть голова. Проверка отклонения рамок на других подоб-
ных камнях показала, что их практически не было. Согласно исто-
рическим хроникам и исследованиям подобные скульптуры скифы
«заговаривали» на своих врагов и устанавливали на границах своих
территорий.

Большое количество экспериментов демонстрировалось в Рос-
сии и по всему миру людьми -экстрасенсами такими, как, например,
А.В. Чумак, обладавших способностями прямого воздействия на воду
и водные растворы. В результате такого влияния вода изменяла свои
свойства: улучшался ее вкус, она приобретала бактерицидные и ле-
чебные свойства, которые сохраняла в течение длительного времени.
Точно такие же свойства они демонстрировали, воздействуя на кремы,
мази, водные растворы лекарств и т.д. Так, на магнитофонную пленку
был записан сеанс воздействия А.В. Чумака на воду. После окончания
сеанса при прослушивании «немой» пленки был обнаружен импульс
электромагнитного излучения, который распространялся на расстоя-
ние вплоть до 1,5 м с плотностью мощности выше соответствующей
мощности, излучаемой обычным человеком в 30 раз [7.35].

В одной из лабораторий Министерства здравоохранения РФ
были проведены опыты по дистанционному воздействию экстрасен-
сов на воду. Бралась чистая вода, на которую экстрасенс воздейство-
вал мысленно и биополями рук, «закладывая» информацию о болезни
(параличе). После этого в эту воду помещались инфузории, которые
переставали двигаться. Опыты повторялись многократно - результа-
ты были теми же [7.34]. В 1999 г. в НИИ традиционных методов ле-
чения России на примере 300 целителей было проведено тщательное
исследование по отличию мысленных установок на воду. Операторы
находились на расстояниях десятки и сотни километров от объекта
воздействия и результаты экспериментов показали, что при мыслен-
ных установках на «излечение» проводимость воды возрастала, а при
смене установок на «подавление» проводимость уменьшалась [9.72].

Московские биохимики решили проверить дистанционное воз-
действие биополя экстрасенса на жизнедеятельность микробов. Они
попросили экстрасенса воздействовать на пробирку с водой, где
находились инфузории, зарядив ее «негативной» энергией, причем
расстояние между ними составляло несколько километров. Было
оговорено и зафиксировано время воздействия. Инфузории погибли
через две секунды после воздействия и причиной гибели было раз-
рушение оболочек биологических клеток [9.70].

Физик-экспериментатор О. Добровольский создал сверхчув-
ствительный прибор измерения частотного спектра, излучаемого
жидкой водой. Измерения характеристик чистой воды, на которую
воздействовал экстрасенс, показали, что она излучает импульс из-
лучений упорядоченного волнового пакета, при этом мощность его
была в среднем в два раза больше, чем у обычной воды. Кроме того,
оказалось, что частотный спектр этого излучения от исследуемой
воды полностью соответствовал характеристикам электромагнитно-
го излучения здорового органа человека в соответствующей биоло-
гически активной токе [7.34].

Когда человек «общается» с водой, то есть думает вольно или
невольно, чтобы перевести ее в «хорошее» состояние, то независимо
уже от его сознания начинают генерироваться кванты излучаемой
энергии (света) молекулами воды заданного аттрактора с соответ-
ствующим набором резонансных частот, находящимися в его мозгу.
Это излучение абсолютно резонансно поглощаются точно такими же
молекулами Н2О, расположенными недалеко от него (то ли в бутыл-
ке, то ли в озере) и переводит их в тот же аттрактор, как и у челове-
ка. Далее, как уже неоднократно описывалось выше (см. гл. 3,4,6,7),
начинают в малом объеме активированной части воды идти цепные
экзотермические квантово-химические реакции с выделением ко-
лебательной энергии. Эта энергия излучательно - поглотительным
способом распространяется далее по всему объему воды (бутылка
или озеро), переводя ее в новое устойчивое состояние (новый ат-
трактор). Этот аттрактор соответствует тому набору резонансных
частот, который находится в мозгу у человека, воздействующего на
воду. Состояние данного аттрактора в объеме воды поддерживается
за счет постоянного подвода энергии благодаря развалу части моле-
кул Н2О, выступающих в данном случае в качестве «топлива».

Вывод о том, что частота звуковых ритмов, произносимых че-
ловеком во время молитвы разных вероисповеданий, составляет 8
Гц, очень хорошо согласуется с резонансными частотами воздей-
ствия на воду слабого переменного магнитного поля (см. табл. 3.17):
0,078; 7,8; 86; 156 Гц. Более точная величина составляет не 8 Гц, а
7,8 Гц, которая переводит воду в соответствующий аттрактор с набо-
ром этих частот, кратных основной базовой частоте 0,078 Гц целыми
числами - 100,1103, 2000.

В случае использования человеком предметов, в которых мо-
жет находиться «связанная» вода (дерево, бумага, камень и т.д.), в
зависимости от его настроения, от того, на что он в данный момент
настроен, то помимо своей воли (но при достаточно длительной тре-
нировке, как показывает опыт экстрасенсов) испускает «управляю-
щие» электромагнитные волны с заданными резонансными часто-
тами (в основном из мозга), которые переводят эту воду в другой
устойчивый аттрактор. Если теперь этот предмет, содержащий об-
работанную «связанную» воду (дерево, бумагу) положить рядом с
емкостью с водой, то эта вода по тому же принципу воздействия,
который несколько раз описывался выше, перейдет в новое устойчи-
вое состояние (новый аттрактор) и будет обладать свойствами, кото-
рые зададут управляющие резонансные частоты, генерированные
человеком.

Изучение воздействий различного типа излучений, генерируе-
мых человеком, проводившихся в больнице Подмосковного поселка
Абрамцево [7.3], выявило следующее. В момент формирования твор-
ческой доминанты в коре головного мозга образуется группа воз-
бужденных нейронов, классифицируемых в виде объемных матриц,
подобных «звездному телу», которые излучают во внешнюю среду
поляризованные магнитные волны. Эти волны, воздействуя на моле-
кулы воды, находящиеся в грунтовых покрытиях иконы, картины, в
дереве, в бумаге способны сформировать и сохранить на длительное
время «матрицу эмоционального кода творческой личности». В дан-
ном случае молекулы «связанной» воды переходят в состояние соот-
ветствующее аттрактору воды головного мозга человека.

Высокая степень биологической активности воды во взаимодей-
ствии с биополем человека была подтверждена опытами, которые про-
водились с Н.С. Кулагиной, умевшей передвигать предметы, не прика-
саясь к ним, а воздействуя на них биополями, исходящими от рук [7.3].
Ей давалось задание, например, заставить двигаться ареометр (прибор
для измерения плотности жидкости), который был помещен в сосуд с
водой. Под действием мощного излучения, генерированного Н.С. Ку-
лагиной, ареометр перемещался, а вода при этом меняла свою плот-
ность. Здесь происходило сильное колебательное возбуждение моле-
кул Н2О, и вода изменяла свои физические свойства: с одной стороны
- уменьшалась ее вязкость, с другой - под направленным (векторным)
сильным переменным электромагнитным полем, создаваемым ее ру-
ками, с задней стороны ареометра в воде начинали идти сильные кави-
тационные процессы. Присутствие кавитационных пузырьков вблизи
твердой поверхности приводит к тому, что они начинают взрываться,
передавая импульс движения твердому телу и заставляя его двигаться.
О таких явлениях кавитации и физических принципах идущих про-
цессов подробно написано в гл. 3, 6, 7.

Еще один эксперимент описан в статье [7.3]: в изолированной
комнате устанавливался сосуд с водой, рядом с которой находился
прибор, измеряющий спектр излучений (квантов света), генериро-
ванных водой. Когда к сосуду подходила женщина, то прибор фик-
сировал изменившийся спектр излучений, затем женщина выходила
из комнаты и спектр излучения возвращался к исходному. Потом в
комнату входил мужчина, оказалось, что вода также «прореагирова-
ла» на него, но спектр излучаемых частот сместился в сторону более
низких колебаний по сравнению с женщиной. Когда же к воде по-
дошли мужчина и женщина одновременно, то вода сначала «прореа-
гировала» на женщину излучив импульс высокочастотных колеба-
ний, затем на мужчину, излучив импульс низкочастотных колебаний,
а в конце установилось некое среднее интегральное излучение. Этот
опыт еще раз подтверждает существование различных аттракторов
жидкой воды, значительное влияние друг на друга за счет излучае-
мых ими слабых ЭМИ, нестационарных колебательных процессов,
происходящих в ней, и принципиальное отсутствие термодинами-
ческого равновесия в жидкой воде.

Приведем здесь интересный и необычный эксперимент, опи-
санный Масару Эмото [5.122]. В ясный день посмотрите на небо и
наметьте себе одно облако, желательно не слишком большое, пред-
ставьте невидимый луч энергии, посланный из вашего сознания в
направлении облака и разбивающий его на кусочки. Мысленно
представьте, как пучок лучей целится во все облако, а не только в
какую-то его часть. Затем скажите в прошедшем времени: «Облако
исчезло» и одновременно скажите энергии (опять же в прошедшем
времени): «Спасибо за то, что ты это сделала». Если вы правильно
выполните все эти указания шаг за шагом, то облако начнет истон-
чаться и исчезнет через несколько минут. Такой же прямой экспе-
римент описывает Эффи Чау (США) [5.123]: «...это была свадьба
под открытым небом, с утра небо было пасмурно, и потом пошел
дождь, а за полчаса до начала церемонии пошел сильный дождь. Тут
мы вчетвером - я, отец жениха и два ученика начали медитировать,
чтобы улучшить погоду, через минуту в тучах появился просвет, и
солнце засияло над нами - не везде, а только над нами».

Здесь совмещаются две выше изложенные теории (концепции) о
крайней нестабильности существования водных аэрозолей в возду-
хе, способностью их взрываться при очень малых значениях селек-
тивно подведенной энергии излучений (см. гл. 5) и возможностью
человека генерировать спектр излучений, совпадающий со спектром
поглощения жидкой воды. Большой практический опыт челове-
чества говорит о том, что человек действительно может посылать
управляющие сигналы (или излучение слабых ЭМИ) на очень боль-
шие расстояния, поэтому ничего удивительного нет и в подобном
эксперименте.

Так, исследования [9.67] показали, что излучение коры головно-
го мозга человека приходится на ультрафиолетовый диапазон длин
волн 0,256+0,259 мкм, что соответствует энергии фотонов света
39063+38610 см-1. На основании сравнения этих квантов энергии
с колебательными уровнями молекул Н2О в объемной жидкой воде
(табл. 3.4) можно сделать вывод, что за данное излучение ответ-
ственны более сжатые и деформированные молекулы воды. В плазме
крови человека и межклеточной жидкости присутствуют ионы С1 ,
энергия гидратация которых для первого слоя молекул воды равна
~243 кДж/моль (см. гл. 6) и у таких молекул будет свой, отличный от
молекул объемной воды, спектр колебательных уровней. В табл. 3.4а
приведен спектр колебательных уровней молекул Н,О, находящихся
в капле аэрозоля с энергией сжатия -230 кДж/моль, величина кото-
рой практически совпадает с энергией гидратации иона С1 . В этом
спектре одиннадцатые уровни симметричной и асимметричной моды
(38610 и 39270 см ') практически совпадают с диапазоном квантов
энергии, излучаемых человеческим мозгом. В то же время это излу-
чение не поглощается молекулами воды газовой и жидкой объемной
фаз и поэтому может распространяться в воздушной атмосфере без
заметных потерь. Излучение, генерируемое человеческим мозгом,
резонансно поглощается молекулами воды, находящимися в каплях
аэрозолей облаков, переводит их в колебательно возбужденное со-
стояние, начинают идти квантово-механические и химические реак-
ции 3.25^-3.27, табл. 4.2, рис. 4.2, выделяется энергия, капли взры-
ваются и рассеиваются (см. гл. 5). Этот процесс развала аэрозолей
осуществляется лавинообразно и может начаться от небольшого
тригерного спускового механизма, который и обеспечивают кванты
излучения, испускаемые человеческим мозгом.

Приведенные экспериментальные факты воздействия человека
на воду позволяют сделать следующие фундаментальные выводы:

-	человек генерирует спектр излучений, резонансно совпадаю-
щий большим количеством линий со спектром поглощения жидкой
воды в любом ее устойчивом состоянии (аттракторе);

-	жидкая вода также генерирует спектр излучений, резонансно
совпадающий со спектром поглощения жидкой воды, находящейся в
теле человека;

-	управляющее воздействие воды на человека и человека на воду
осуществляется за счет излучаемых ими очень слабых ЭМИ (в основ-
ном переменной составляющей магнитного поля) и квантов света.

9.7.	Левитация человека в воздухе

Попытаемся на основе изложенной теории процессов, про-
исходящих в жидкой воде, и, в частности, в воздушных аэрозолях
(см. гл. 5), объяснить эффект левитации человека в воздухе. Вна-
чале приведем ряд неоспоримых примеров левитации человека над
поверхностью воды и его возможностью «ходить» по ней, начиная
с библейских времен и кончая современными данными. Цитата из
библии: «И ученики, увидев его, идущего по морю, встревожились
и говорили: это призрак, и от страха вскричали. Но Иисус тотчас
заговорил с ними и сказал: ободритесь, это Я, не бойтесь. Петр ска-
зал ему в ответ: Господи! Если это Ты, повели мне прийти к Тебе
по воде. Он же сказал: Иди. И вышедши из лодки, Петр пошел по
воде, чтобы подойти к Иисусу. Но, видя сильный ветер, испугался,
и, начав погружаться, закричал: Господи, спаси меня! Иисус тотчас
простер руку, поддержал его и говорит ему: Маловерный! Зачем ты
усомнился? И когда вошли они в лодку, ветер утих».

Рассказ бывшей фронтовички: «Когда наши войска форсировали
Днепр, я была радисткой. Мы переправлялись через реку под ура-
ганным огнем. На меня напал неописуемый страх. Ехала я вдвоем
с солдатом на какой-то лодочке. Вдруг бах - и мы оказались в воде.
Я плавать не умею, ухватилась за ватник солдата, но он оттолкнул
меня, и я стала тонуть. Сознание я не теряла, но не помню, как вдруг,
какая-то сила вытолкнула меня на поверхность, и вода подо мной ста-
ла твердой как земля. В общем, вскоре я, сама не знаю как, очутилась
на том берегу и стала благодарить Господа за спасение...» [7.35].

Для жрецов некоторых племен и йогов в Индии перевод своего
тела за счет транса в состояние, когда резко уменьшается его вес (не
масса), является привычным делом. Писательница Л. Шапошнико-
ва, долгое время жившая в Индии, рассказывает: «Когда я плыла на
пароходе по реке, то увидела, как бородатый старик в чалме и набе-
дренной повязке перешел реку на противоположный берег по воде,
не замочив ног. Порой левитация может достигать столь высокой
степени, что человек становится весом с пушинку, приобретая воз-
можность не только ходить по воде, но даже летать в пространстве
без каких-либо технических приспособлений...» [7.35].

Приведем еще примеры левитации человека в воздухе. В 2007
году большое количество телевизионных компаний во всем мире, в
том числе и в России, показывали передачу о том, как в США перед
зданием ООН несколько дней подряд в позе лотоса «сидел в возду-
хе» на высоте около метра, опершись одной рукой о палку, воткну-
тую в землю, молодой мужчина.

По третьему телевизионному каналу в Москве 26/01 2008 года
показывали фильм о левитации людей. В одной из сцен индусский
йог также в позе лотоса «сидел в воздухе» на высоте около полуме-
тра, опершись одной рукой о палку. Кроме того, показали, как под-
нимались над землей, раскинув горизонтально руки, несколько раз-
ных мужчин, а один летал в вертикальном положении на высоте до
десяти метров, перелетая через дом.

Попытки современной науки объяснить это явление, основан-
ные на искривлении физического пространства, нейтрализующего
гравитационное поле Земли, или способности человека за счет из-
лучения создавать своего двойника-фантома, либо распылять под
собой лептоны, снижающие гравитационное притяжение, никак не
доказаны и являются только гипотезами.

Автор настоящей книги предлагает следующую, достаточно
простую теорию, объясняющую левитацию человека на воде и в
воздухе. Когда человек входит в особое состояние - транс, его тело
начинает излучать электромагнитные волны либо в КВЧ диапазоне
на резонансных частотах (см. табл. 3.2), либо в ультрафиолетовом
на длине волны 0,34 мкм (излучение Дике, см. гл. 5). Это излуче-
ние, воздействуя на воздушные аэрозоли, находящиеся вокруг кожи
человека, взрывает их (см. гл. 5). Те аэрозоли, которые находятся
в непосредственной близости от кожи или на ее поверхности, при
взрыве передадут ей импульс движения. Суммарный импульс дви-
жения пароводяных струек, приложенный к ступням ног человека,
находящегося в вертикальном положении, сможет компенсировать
силу тяжести (но не массу) человека.

Проведем простые оценки силы, приложенной к ступням чело-
века за счет импульса отдачи пароводяных струй врывающихся аэро-
золей на основании экспериментальных данных (см. гл. 5): радиус
водных аэрозолей находится в диапазоне 2^0,1 мкм; радиус взорвав-
шегося аэрозоля гаэр=2,5 мм; время разлета молекул и ионов т=10 5
сек. Вначале определим максимальную скорость разлетающихся мо-
лекул при взрыве аэрозоля. На основании опытных данных взрываю-
щийся аэрозоль состоит из жидкого ядра, заряженного положитель-
но, и окруженного отрицательно заряженной ионной атмосферой.
Это означает, что при взрыве молекулы воды разваливаются на ионы
Н+ и ОН- по реакции (4.2), при этом максимальная выделяющаяся
энергия для молекул в газовой фазе будет равна ДР=1160 кДж/моль.
Пренебрегая легким ионом водорода и приравнивая эту энергию ки-
нетической энергии разлетающихся ионов, без учета сопротивления
среды, получим для них максимальную скорость Уи= 04 м/сек.
При скорости звука для Т=300°К равной ~350 м/сек скорость иона
соответствует числу Маха ~33, что является очень большой вели-
чиной. Тем не менее, с одной стороны, размер иона ОН' в 250 раз
меньше длины свободного пробега молекул газов в воздухе, с другой
- длина разлета составляет всего 2,5 мм. Поэтому можно предпо-
лагать, что уменьшение скорости иона за счет столкновений с моле-
кулами газов будет незначительным, а среднее ускорение его будет
равно аон“= Уи/т =1,16* 109 м/сек2.

Условие равенства по абсолютной величине сил тяжести, дей-
ствующей на человека, и пароводяных струек можно записать в сле-
дующем виде: тчё=тон'Мон'аон", где - масса человека; § - ускоре-
ние силы тяжести; тон' - масса иона ОН"; Мон“ - общее число ионов
ОН" при взрыве аэрозолей. Для значений параметров тч=80 кг, §=9,8
м/сек2, тон =2,82х 10'26 кг требуемое количество ионов будет состав-
лять Мон“=2,4х1019 или необходимая масса соответственно 6.77Х104
г. С учетом того, что импульс отдачи струи газов на человека длится
всего т=10‘5 сек, общий расход воды, необходимый для того, чтобы
компенсировать силу тяжести человека составит 61В=67,7 г/сек. По-
сле взрыва аэрозоля на его месте резко понизится статическое дав-
ление газов, куда устремиться свежий воздух со скоростью Уг= гАЭР/
т=250 м/сек, то есть получаем дозвуковое течение газа. Примем отно-
сительную влажность атмосферного воздуха летом равной 50% при
температуре 25°С, что соответствует концентрации воды примерно
рв= 10’5 г/см3, а общую площадь двух ступней человека - 8СТ= 320
см2. Тогда можно рассчитать расход молекул воды к коже ступней че-
ловека из близлежащих слоев воздуха 62В=рвУг8ст=80 г/сек. То есть,
поступающей воды в аэрозолях к ступням человека из воздуха для
всех заданных значений параметров заведомо хватает, чтобы ком-
пенсировать силу тяжести человека 62В>61В. Таким образом, мож-
но сделать фундаментальный вывод, что существуют объективные
квантово-механические и физические процессы, обеспечивающие
левитацию человека.

Здесь важно отметить, что длина волны излучения Дике (0,34
мкм, ближний ультрафиолет, см. табл. 5.9), которое излучается при
взрыве аэрозоля [5.113], близка к длинам волн излучаемым чело-
веком. За излучение длиной волны 0,34 мкм (энергия кванта 29411
см-1) в организме человека могут быть ответственны гидратирован-
ные молекулы воды на ионе С1” - Н20(8,0,0) и Н20(0,0,8) с энергией
квантов 29184 и 29784 см*1, либо объемной воды Н2О(7,3,0) - 29541
см*1 и Н2О(8,1,0) - 29273 см1, присутствующие в органическом рас-
творе межклеточной жидкости. При этом данная длина волны из-
лучения близка к диаметру аэрозольных частиц 0,2-4),4 мкм, при-
сутствующих в атмосферном воздухе с наибольшей концентрацией
(согласно функции распределения [9.69]). Это создает условия пол-
ного резонансного поглощения излучения каплями воды.

На основании этих принципов левитации можно создать и ле-
тательные аппараты, которые будут зависать в воздухе, для чего
необходимо подобрать соответствующие длины волн и плотности
мощности излучения, обеспечивающие взрыв водных аэрозолей
в воздушной атмосфере. В этом плане интересно сравнить с этим
принципом левитации большое количество фактов наблюдения по-
летов и зависания летательных аппаратов («тарелок») инопланетян,
когда все наблюдатели отмечали, что корпусы этих кораблей всегда
светились. С учетом изложенной теории можно объяснить и очень
большие скорости этих летательных аппаратов, достигающих чи-
сел Маха 10. При взрыве водных аэрозолей выделяется очень много
энергии в виде световых квантов, а также в составе разлетающих-
ся молекул и ионов будут присутствовать в большой концентрации
свободные электроны, вследствие низкой энергии активации хими-
ческой реакции (4.10). Благодаря этому с большой скоростью пойдут
реакции образования окислов азота (8.2) и большая часть атмосфер-
ного азота в тонком слое у поверхности обшивки летательного аппа-
рата будет превращаться в окислы МО, МО2, М,О. Но эти молекулы и
молекулы кислорода обладают свойством сродства к электрону [1.6],
то есть будут образовываться ионы: О, , МО", МО2 , 14,0". Если теперь
предположить, что в составе устройств летательных аппаратов име-
ются сильные магниты, образующие магнитное поле вокруг внешней
обшивки, то слой ионизированной плазмы может быть отодвинут от
нее на небольшое расстояние. При движении летательных аппаратов
в воздушной среде с большими скоростями наибольшее сопротив-
ление оказывает пограничный слой, образующийся на внешней по-
верхности корпуса и крыльев [5.73]. В случае ионизованной плазмы,
отодвинутой с помощью магнитного поля от наружной поверхности
летательного аппарата, сильного сопротивления от образующих-
ся при его движении слабых пограничных слоев не будет. Для того
чтобы уменьшить аэродинамическое сопротивление за счет круп-
ных турбулентных вихрей в аэродинамическом следе, летательные
аппараты делаются в виде единого крыла (двояковыпуклой линзы).
Движение такого аппарата в воздухе можно создать дополнительным
магнитным полем, заставляющим перемещаться ионизированную
плазму вдоль поверхности обшивки его корпуса. Между прочим, та-
кие аппараты с большой скоростью могут двигаться и в воде.

9.8.	Роль молекулярного кислорода в биологических
процессах живого организма и эндогенное
дыхание человека

В настоящее время в научной литературе, посвященной био-
логии и органической химии, установилось общепризнанное мне-
ние, что главным окислителем в биологических реакциях на уровне
клетки является молекулярный кислород О2. Достаточно широко в
окислительных органических реакциях рассматривают участие мо-
лекулы НО2 и ионов О2 , НО2 (см. 4.15). Но скорости всех реакций
с участием молекулярного кислорода при комнатной температуре
очень низкие (см. табл. 5.1), поэтому считается, что они идут в био-
логических водных растворах с обязательным участием катализато-
ров, ферментов, коферментов и т.д.
Автор данной книги считает, что роль молекулярного кислорода
в биологических процессах несколько иная. Непосредственно сама
молекула О2, растворенная в водном биологическом растворе клетки
и межклеточном пространстве, куда она попадает через кровеносные
сосуды из легких живого организма, через кожу, а также с водой при
питье не принимает непосредственно прямого участия в окислитель-
ных реакциях органических соединений. Окислительные реакции
в цитоплазме клетки и других жидкостях организма идут с участием
только активных частиц О, ОН, О3, которые образуются в результате
колебательно-неравновесных реакций табл. 4.2, рис.4.2 и 4.3 из моле-
кул воды и, в том числе, из молекул О2. Как уже неоднократно отмеча-
лось в гл. 4, 6, 7, только при достаточной концентрации растворенного
в воде молекулярного кислорода возможно комплексное протекание в
ней квантово-механических и колебательно-неравновесных химиче-
ских реакций (3.25+3.27), табл. 4.2, рис. 4.2, 4.3 и запасание энергии
на колебательных уровнях молекул Н20. В списке реакций табл. 4.2
именно реакции №7,8,9,10,13,14 с участием молекулярного кислорода
02 ответственны за образование радикалов О, ОН, Н, без которых во-
обще невозможно протекание остальных реакций. С другой стороны,
если внимательно проанализировать цепные реакции рис. 4.2 и рис.
4.3, то видно, что во всех экзотермических реакциях №1,2,4,5 (рис. 4.2)
для их протекания на входе требуются молекула Н20 и лишняя моле-
кула 02 (на входе в нее на одну молекулу 02 больше, чем на выходе) с
выделением энергии в диапазоне ЗОНЗ16 кДж/моль, то есть, в данном
случае требуется поступление молекулярного кислорода в воду извне.
В то же время для осуществления цепных реакций №3 и 6 (рис. 4.2)
внешнего поступления молекулярного кислорода в воду не требуется,
а в разложении участвуют только молекулы Н,0 с выделением энергии
31+223 кДж/моль. Если энергии будет выделяться достаточно много,
то вместе с цепными реакциями рис. 4.2 пойдут эндотермические цеп-
ные реакции рис. 4.3, которые будут поставлять в раствор молекулы 02
за счет разложения молекул воды. На основании такого анализа мож-
но сделать вывод, что в жидкой воде могут существовать два варианта
осуществления квантово-механических и колебательно-неравновесных
химических реакций (3.25+3.27), табл. 4.2, рис. 4.2, 4.3: первый - с
поступлением в воду молекулярного кислорода извне и второй - без
такого поступления, а только получения его за счет дополнительного
разложения молекул Н20. Ясно, что второй путь протекания реакций
более энергозатратный, чем первый. Этот вывод подтверждается также
большим количеством опытных фактов, когда в грязной, насыщенной
гниющими органическими остатками воде, жизнедеятельность живых
существ значительно затруднена или совсем невозможна. Попытаемся
эти выводы подтвердить также рядом нижеследующих фактов.
В работе [9.50] была поставлена задача: можно ли с помощью
облучения активизировать энергетику брожения дрожжевых клеток
в условиях недостатка атмосферного кислорода, а при достаточной
оксигенации переключить кислородно-потребляющую энергетику на
без кислородную? В качестве объекта исследования использовались
пекарские дрожжи, которые бродили в отдельных пробирках, куда не
было доступа атмосферного воздуха. Облучение части пробирок про-
изводилось от полупроводникового лазера с длиной волны 1,26 мкм и
мощностью 5 мВт, а остальные были контрольными. При проведении
экспериментов для всех облученных пробирок наблюдалось увели-
чение выхода СО2 по сравнению с контрольными на 2000%, причем
степень фотостимуляции процесса сильно зависела от фазы жизнен-
ного цикла этих одноклеточных грибков и в некоторых опытах она
достигала 300% (полное выбраживание веществ), что связано так-
же с влиянием солнечно-генного цикла. В этих экспериментах было
доказано, что с помощью лазерного облучения можно переключать
программу жизнедеятельности клеток на альтернативный цикл гене-
рации энергии даже в присутствии энергетически более выгодного
«горючего» кислорода. Этот вывод имеет очень важное значение для
применения лазерной терапии при лечении раковых заболеваний.

В данном эксперименте за счет внешнего монохроматического
облучения водного раствора с грибками осуществлялось независи-
мое постоянное колебательное возбуждение молекул Н2О, то есть
дополнительный подвод энергии в виде больших квантов 7937 см ',
благодаря чему резко возрастала скорость реакций (3.250.27), табл.
4.2, рис. 4.2,4.3 в воде, и нарабатывались радикалы О и ОН (реак-
ции №5 и 11), необходимые для протекания органических реакций
за счет развала молекул воды. Важно подчеркнуть, что в такой си-
туации биологические процессы, идущие в грибках в процессе их
жизнедеятельности и размножения, переключились на химические
реакции без внешнего потребления молекулярного кислорода из воз-
духа, получая его и другие радикалы (О, ОН, О3) из молекул воды.

В этом плане можно поставить вопрос: чем дышат в воде рыбы и
другие животные, имеющие жабры? Согласно существующей теории,
которая излагается в научных трудах, монографиях и школьных учеб-
никах - рыбы дышат в воде растворенным в ней атмосферным моле-
кулярным кислородом. Но если посмотреть максимальные его кон-
центрации растворимости в пресной воде, то они составляют ~5(Н-30
г/кг в диапазоне температур СН-20°С при давлении ~1 ат [1.16]. Такая
концентрация кислорода в водоемах возможна только в его верхних
слоях, граничащих с атмосферным воздухом, а на самом деле реаль-
ная концентрация за счет потребления его в окислительных реакциях
органических веществ и мелкими живыми существами значительно
меньше и тем более на больших глубинах. Если рассчитать количе-
ство потребляемого молекулярного кислорода, растворенного в воде,
с учетом площади поверхности жабер и расхода пропускаемой воды
в единицу времени для таких крупных животных, например, как аку-
лы, то его явно на многие порядки не будет хватать для воспроизвод-
ства той энергии, которая необходима в условиях больших скоростей,
которые они развивают при плавании, и общей жизнедеятельности. В
связи с этим автор данной монографии высказывает предположение,
что у рыб биологические клетки, из которых состоят жабры, имеют
полупроницаемые мембраны не только пропускающие молекулы
воды, но также за счет активных гидрофильных элементов, входящих
в состав органелл, интенсивно разлагают молекулы Н2О на радикалы
ОН, Н, О, О3 (см. табл. 4.2), которые и осуществляют все окисли-
тельные процессы в органических реакциях. Поэтому можно образно
сказать, что рыбы в воде «дышат» водой.

Еще одно важное доказательство изложенной теории
окислительно-восстановительных реакций в живом организме мож-
но привести на основании развитой теории эндогенного дыхания че-
ловека, экспериментально подтвержденной на большом количестве
применений ее в лечебной и общеоздоровительной практике автором
и разработчиком методики Фроловым В.Ф. [9.51]. На примере боль-
шого количества людей (сотен тысяч, как сказано в его книге) по-
казано, что переход человека с обычного внешнего дыхания на эндо-
генное приводит к резкой перестройке физиологических процессов
на уровне клетки и организма в целом. Он излечивается от многих
болезней и, что принципиально важно - омолаживается. Разберем
эту проблему более подробно. Согласно традиционным представ-
лениям газообмен между кровью и воздушной атмосферой, в част-
ности у человека, осуществляется в легочной альвеоле, поверхность
которой покрыта сетью капил-
ляров, схема структуры одного
из которых показана на рис.
9.19. Капилляр построен из
клеток альвеолоцита, внутри
которого он выстлан клетка-
ми эндотелиоцита, а сверху -
клетками сурфактанта, причем
между клетками альвеолоцита
имеются щели, в которые вне-
дряются воздушные пузырьки.
При обычном дыхании в ка-
пилляр под давлением 2СН-ЗО
мм вод. ст. внедряется пузырек

1 2	3	4	5	6 7 8

Рис. 9.19. Схема структуры капилляра легочной
альвеолы: 1 - полость альвеолы; 2 - сурфак-
тант; 3 - альвеолоцит; 4 - эритроцит в началь-
ной состоянии; 5 - воздушный пузырек; 6 - эндо-
телиоцит; 7 - эритроцит в конечном состоянии
с оболочкой из радикалов: 8 - капилляр.
воздуха, окруженный пленкой из водного раствора суфрактанта. Да-
лее считается, что молекулы эритроцита, представляющие собой «во-
дяные мешки», прилипают к стенкам пузырька. Молекулы кислорода
О2 проникают в эритроцит через стенку пузырька и мембрану эри-
троцита, а затем эритроциты с током крови разносят молекулярный
кислород по всем сосудам и капиллярам организма. Попадая в капил-
ляр какого-то органа, молекула О2 снова через мембрану эритроцита,
мембраны клеток стенок капилляров, мембраны клеток данного ор-
гана проходит в цитоплазму клетки, где идут органические реакции с
его участием. Газообразные отходы продуктов реакции выводятся из
клеток, поглощаются кровью и выносятся в легкие.

В физиологии количество кислорода в крови и тканях обычно
измеряют таким параметром, как напряжение давления кислорода
О, в мм рт. ст. в сосудистой стенке. Для этого в ткань сосуда вво-
дят предварительно прокалиброванные платиновые электроды, по-
тенциалам которых и приписывается данное парциальное давление
молекулярного кислорода в крови. При этом транспортные харак-
теристики крови в состоянии покоя организма характеризуются на-
пряжением кислорода в артериальной системе, которое составляет
95 мм рт. ст., а в области венозного конца капилляра - 40 мм рт. ст.
Предполагается также, что соответствующие перепады давления
возникают в капиллярах альвеол (с 40 до 95 мм рт. ст.) и в капилля-
рах обслуживаемых тканей (с 95 до 40 мм рт. ст.), хотя и в артериях
потребляется значительное количество кислорода. Поэтому кровь,
поступающая в капилляры тканей, должна иметь напряжение кисло-
рода намного ниже 95 мм рт. ст.

Такие положения существующей теории поглощения молеку-
лярного кислорода эритроцитами, транспортирования по артериаль-
ной и венозной системе и поглощения его в клетках органов вызыва-
ют много возражений. Во-первых схема прохождения молекулы О,
через пленку пузырька и большое количество мембран различных
клеток оказывается в высшей степени энергозатратной и не ясен фи-
зический принцип прохождения ее через такие серьезные преграды
(не ясно, какие силы способны это сделать, поскольку она не облада-
ет дипольным моментом). Во-вторых, прямые измерения электро-
дного потенциала артериальных и венозных сосудов показывают его
величину на мембранах клеток, которая зависит не только от кон-
центрации О, в крови, но и многих других параметров (энергонасы-
щенности молекул воды и элементов органелл, концентрации ионов
ОН-, Са2+, М§2+,	К+, Н+, растворенных газов СО,, Н2, СО и т.д.),

и относить его только к молекуле О2 нельзя. В-третьих, известно, что
артериальная кровь переносит также дополнительную энергию, но
откуда она берется - неясно.
На основании теории, разработанной Петраковичем Г.Н. [9.56],
Фролов В.Ф. [9.51] объясняет эти процессы поглощения и переноса
кислорода эритроцитами крови и дальнейшей его передачи клеткам
органов на основе следующих постулатов:

-	клетки обеспечивают свою потребность в кислороде и энергии
за счет реакций окисления ненасыщенных жирных кислот и мем-
бран свободными радикалами;

-	побуждение клеток к указанным реакциям и, следовательно, к
активной работе осуществляют эритроциты крови за счет передачи
им электронного возбуждения;

-	электронное возбуждение эритроцитов крови происходит в
капиллярах легочных альвеол за счет энергии, выделяющейся при
реакции углеводородов тканей с кислородом воздуха, которая про-
текает по механизму горения.

Авторы прямо говорят, что свободнорадикальное окисление не-
насыщенных жирных кислот в организме является единственной
реакцией, производящей кислород и свободные электроны, с помо-
щью которых формируется главный уровень клеточной энергетики
организма.

Электронное возбуждение эритроцитов в альвеолах легких они
описывают следующим образом. При обычном дыхании в узкую
щель между альвеолоцитами внедряется воздушный пузырек в сур-
фактантной оболочке за счет подсасывания, возникающего в легоч-
ных венах, к поверхности которого прилипают эритроциты. Поверх-
ность эритроцита имеет большой отрицательный потенциал, разный
для отдельных эритроцитов, и когда пузырек попадает между двумя
эритроцитами, то, вследствие электропроводности сурфактантной
пленки пузырька возникающий между эритроцитами электрический
разряд мгновенно сжигает сурфактантную пленку пузырька с уча-
стием кислорода, находящегося в нем [9.51]. При этом выбрасыва-
ются электроны, которые, попадая на мембрану эритроцита, иници-
ируют в ней окисление ненасыщенных жирных кислот свободными
радикалами, в результате чего эритроцит заряжается отрицательным
зарядом и накапливает внутри кислород. Далее эритроциты, рас-
пространяясь вместе с током крови по артериям и капиллярам, при
столкновении с их стенками постепенно передают клеткам электри-
ческую энергию и кислород.

Идея, выдвинутая авторам [9.56], об энергизации эритроцитов
в процессе их взаимодействия с атмосферным кислородом в легких
правильная, но предложенная теория просто неверна и никак не от-
ражает действительной сущности происходящих процессов. Можно
предположить, «откуда растут ноги» у этой теории - это объяснение
эффекта сонолюминесценции при кавитационных процессах за счет
электрических разрядов в пузырьках [2.30+2.35], что не соответству-
ет действительности (см. гл. 2, 7).

Попытаемся достаточно корректно описать действительные про-
цессы, происходящие с эритроцитами при контакте их с атмосферным
воздухом. Когда пузырек воздуха втягивается в капилляр через щель
между клетками альвеолоцита, наполненного водным раствором плаз-
мы крови и эритроцитами, вокруг него образуется пленка из молекул
воды, расположенных упорядоченно в два слоя гексагональной струк-
туры (см. гл. 6,7). Поскольку размеры пузырьков небольшие (несколь-
ко мкм), то под действием пульсирующего давления окружающей
жидкости (сердечные ритмы) они начнут сами пульсировать, сжима-
ясь и расширяясь, совершенно так же, как при кавитационных про-
цессах под действием ультразвуковых или инфразвуковых волн (см.
гл. 6,7). При этом частота внешних воздействий (сердечныхритмов)
совпадает с собственными резонансными частотами жидкой воды
0,078 и 1,4 Гц (см. табл. 3.18), что вызывает большую амплитуду таких
пульсаций. Молекулы воды, находящиеся в пленке пузырька, будут ис-
пытывать интенсивную деформацию своей структуры, что приведет к
их колебательной накачке и испусканию фотонов света (тот же эф-
фект сонолюминесценции, см. гл. 3, 6, 7), которые будут поглощаться
окружающими молекулами Н20, фрагментами органелл, мембранами
эритроцитов и молекулами воды, находящимися в них.

Молекулы кислорода 02 атмосферного воздуха, находящиеся
внутри пузырька, при столкновении с его стенкой окажутся в пу-
стотах гексагональной кристаллической структуры водяной пленки
в связанном состоянии. Это вызвано тем, что их радиус составляет
1,21 А, в то время как радиус пустот структуры равен 1,56 А. Кроме
того, молекула 02 является гидрофильной, то есть образует водород-
ные связи с атомами Н молекул воды. В то же время молекула азота
М2, имеющая три связи между атомами и нулевой дипольный момент,
является гидрофобной. Поэтому, сталкиваясь с водяной стенкой пу-
зырька, она будет отскакивать от нее, создавая соответствующее пар-
циальное давление. В таких условиях снаружи вблизи поверхности
пузырька для колебательно-возбужденных молекул воды в присут-
ствии большой концентрации молекулярного кислорода 02 начнутся
квантово-механические и колебательно-неравновесные химические
реакции (3.25+3.27), табл. 4.2, рис. 4.2,4.3, которые могут привести, в
том числе, и к взрыву пузырька (см. гл. 3, 7) с выделением энергии. В
результате этих процессов происходит насыщение окружающих мо-
лекул воды колебательной энергией и образуются элементы ОН, О,
03, НО2, Н2О2, ОН-, Н+, е“ (см. гл. 4). Кавитационные процессы идут
совершенно так же, как при воздействии ультразвука или инфразву-
ка, при этом в водном растворе крови будут растворяться кислород и
азот из воздуха с выделением энергии (см. рис. 7.20), поэтому часть
воды будет испаряться, что и наблюдается в выдыхаемых газах.

Возможно, при интенсивном колебательном возбуждении эле-
ментов окружающих органических молекул пойдут и реакции с
ними. С точки зрения энергизации процессов это будет вторичным
эффектом, но очень важным с позиций нормального функциониро-
вания всех составляющих легочных альвеол. В результате всех этих
процессов молекулы воды внутри эритроцитов будут колебательно
возбуждены, положительный потенциал на их мембранах увеличит-
ся, а к наружной электростатической оболочке окажутся притяну-
тыми вещества ОН, О, О2, О3, НО2, ОН-, е-, которые обладают либо
дипольным моментом (ОН, НО2), либо электростатическим зарядом
(ОН-, е ), либо способностью образовывать водородные связи (О,
О2, О3, ОН, НО2). При дальнейшей транспортировке с током крови
эритроцитов по артериям и капиллярам различных тканей и органов
запасенная энергия в виде фотонов света легко излучается и резо-
нансно поглощается окружающими молекулами воды в цитоплазме
клеток, их мембранах, элементах органелл. По мере излучения этой
энергии уменьшается положительный потенциал на мембранах эри-
троцитов, снижаются электростатические силы связи с элементами
ОН, О, О2,03, НО2, ОН-, е-, которые отрываются, оказываются вбли-
зи клеток тканей, проникают через их мембраны и участвуют в окис-
лительных процессах органических молекул.

Факт излучения эритроцитами фотонов света в артериях мож-
но подтвердить общеизвестными данными о цвете крови: в артериях
она ярко-красного (алого) цвета, а в венах - темно-красная. Действи-
тельно, если сравнить таблицы 5.8 и 3.4, то артериальная кровь излу-
чает кванты света 14818 см-1 при переходе состояний молекул воды
Н20(0,0,4)=>Н20(0,0,0), венозная соответственно 13059 см-1 при изме-
нении состояний 1^0(0,ОЛ^Н^О, 1,0). То есть энергия кванта света
артериальной крови больше соответствующего для венозной крови на
величину Ьу=1 759 см-1, практически в точности совпадающую с первым
колебательным уровнем деформационной моды молекулы Н2О (1757
см-1). Это не является случайным совпадением, а говорит о близкорезо-
нансных явлениях в перераспределении излучательной энергии в орга-
нических процессах. Когда артериальная кровь преобразуется в веноз-
ную, то излучаемые ею кванты света йу=1 759 см-1 абсолютно резонансно
поглощаются молекулами воды, находящимися в организме человека, то
есть происходит полная утилизация излучаемых квантов энергии.

Таким образом, в легочных альвеолах благодаря кавитации в
присутствии молекул О2 запускаются реакции по энергизации эри-
троцитов и образования оксидентных радикалов, которые в дальней-
шем и являются основными составляющими всех биологических ре-
акций в организме, при этом в качестве «топлива» в таких процессах
используются молекулы воды (см. гл. 4, 6, 7).

Здесь мы рассмотрели процессы энергизации организма и снаб-
жения его оксидентными радикалами за счет обычного верхнего
дыхания человека. С позиций понимания физических явлений, про-
исходящих в легочной альвеоле, можно сказать, что такое дыхание
несовершенно: пузырьковая кавитация в жидкости - это в большей
степени вероятностный и слабо управляемый процесс. Это связано
с сильной зависимостью его от размеров пузырьков, возможностью
их бифуркации (деления), взрыва, выделения большого количества
энергии и эрозии стенок капилляров (см. гл. 6, 7). Слишком большое
выделение лучевой энергии и повышенная концентрация оксигент-
ных радикалов приводит к поражению стенок капилляров, оно про-
исходит незаметно, наслаиваясь годами, и постепенно приводит к
утрате функциональной легочной ткани. Главной функциональной
задачей эритроцитов является энерговозбуждение клеток, выстила-
ющих стенки кровеносных сосудов, капилляров и перенос радика-
лов. Наиболее сильно возбуждаются клетки интимы аорты, крупных
артерий, артерий сердца, почек, мозга, так что повышенная концен-
трация радикалов приводит к частичному поражению сосудистой
стенки, в результате чего начинается развитие атеросклероза. Вот
что написано в монографии [9.52]: липидные пятна (полоски) обра-
зуются в разных участках артериальной системы, но раньше в аорте,
где они могут быть обнаружены уже в детском возрасте. В десяти-
летнем возрасте липидные пятна занимают до 10%, а к 25 годам -
до 35^50% поверхности сосудов, к пятнадцатилетнему возрасту ли-
пидные пятна появляются в коронарных артериях сердца, а к 35-^45
годам - и в артериях мозга. Явно избыточные процессы окисления
с помощью свободных радикалов в клетках интимы аорты ведут к
«выжиганию» жиров в мембранах клеток, обуславливая в последую-
щем развитие атеросклеротического процесса, скорость разрушения
мембран клеток, выстилающих сосуды, превышает их скорость вос-
становления. Повреждение мембран и других структур клеток сосу-
дистой стенки - один из универсальных патологических процессов,
характерных для организмов с внешним дыханием [9.51].

Рассмотренные недостатки организма в наибольшей степени
выражены при верхнем, грудном типе дыхания. При выдохе груд-
ная клетка и альвеолы легких максимально растягиваются, а щели
между альвеолоцитами, в которые подсасываются воздушные пу-
зырьки, раскрываются по размеру более чем на 100%. Частота и
мощность дыхания, а также давление в легких в фазе выдоха по-
вышены, что обусловлено перевозбуждением дыхательного центра
вследствие высокого положения диафрагмы. Такие условия приво-
дят к значительному увеличению размеров пузырьков, но поскольку
объем подсасывания сердца - величина постоянная, то количество их
уменьшается. В этом случае снижается суммарная наружная поверх-
ность пузырьков, а, следовательно, объем пленочной воды, кроме того,
уменьшается интенсивность пульсаций пузырьков (вследствие роста
их размеров), снижается количество запасенной колебательной энер-
гии в молекулах воды (см. гл. 6, 7). В то же время объем потребляе-
мого кислорода возрастает, что приводит к интенсификации реакций
(3.25+3.27), табл. 4.2, рис. 4.2, 4.3 и росту концентрации радикалов.
Все это в совокупности вызывает снижение энергизации эритроци-
тов и увеличения концентрации свободных радикалов. Следователь-
но, чем меньше объем легких, тем сильнее выражены эти недостатки,
что вызывает: повышенный износ сосудов и ускоренное их старение,
энергодефицит, неудовлетворительный обмен веществ, тканевую ги-
поксию, выраженный иммунодефицит, предрасположенность к ате-
росклерозу, болезням сердечно-сосудистой, дыхательной и нервной
систем, опухолевым и другим заболеваниям.

В этом плане интересно проанализировать вариант дыхания дол-
гожителя, где частично реализуются свойства эндогенного дыхания
(с недостатком кислорода). У долгожителей относительно большой
объем легких и выраженное диафрагмальное (брюшное) дыхание,
а при малом объеме легких дефицит кислорода обуславливает ме-
ханизм активного грудного дыхания. Как правило, у долгожителей
грудная клетка опущена, щели между альвеолами на выдохе рас-
крыты минимально (70+80%), в капилляры внедряется значительно
больше (примерно в 2+2,5 раза выше среднего уровня), но меньших
по размеру (в 1,5+2 раза) воздушных пузырьков, существенно умень-
шено потребление кислорода. В этом случае, с одной стороны, уси-
ливаются кавитационные процессы в капиллярах альвеол, возрастает
энергизация молекул воды, а с другой - уменьшается концентрация
вырабатываемых радикалов. Так, количество энерговозбужденных
эритроцитов у долгожителей увеличено в 2+2,5 раза по сравнению
со средним уровнем, износ сосудов минимален, сроки появления ате-
росклероза значительно отодвигаются, старение замедлено [9.51]. У
млекопитающих наибольшая продолжительность жизни наблюдает-
ся у китов и касаток (200+300 лет), для которых характерен именно
эндогенный тип дыхания - с длительной его задержкой и очень ма-
лым потреблением кислорода (в пересчете на массу тела).

В чем физические и биологические принципы эндогенного ды-
хания живого организма? Автор настоящей книги высказывает сле-
дующее предположение: цель его - перейти на минимальное потре-
бление атмосферного кислорода, перевести все виды воды во всех
органах, тканях, клетках в такие аттракторы, когда интенсифициру-
ются внутренние процессы разложения молекул Н,0 на радикалы,
молекулы, элементы на основе квантово-механических (3.25-^3.27)
и колебательно-неравновесных реакций табл. 4.2 с преобладанием
цепных реакций №3 и 6 (рис. 4.2) и рис. 4.3 над цепными реакциями
№1, 2, 4, 5 (рис. 4.2) (см. выше). В этом случае во всех местных, ло-
кальных малых объемах воды в живых клетках, межклеточном про-
странстве и так далее будет вырабатываться колебательная энергия,
запасаемая в молекулах Н,О и передаваемая в виде фотонов света
элементам органических молекул, а также образовываться комплекс
радикалов, молекул, ионов, электронов ОН, О, Н, О,, НО2, Н2О2, ОН-,
Н+, е-, участвующих во всех биологических реакциях. То есть орга-
низм в каждой своей части переходит на местное потребление энер-
гии и оксигентных радикалов, полученных при разложении молекул
воды, что резко снижает нагрузки на кровеносную систему, сердце
и другие органы, а дыхательная и кровеносная системы работают, в
основном, на вынос из организма отработанных газов (СО, СО2, Н2§,
Н,, 14 ) и паров воды, при этом в качестве «топлива» используются
молекулы Н2О и частично органические молекулы.

На основании отработанной методики эндогенного дыхания и
проверенной на сотнях тысяч человек Фроловым В.Ф. для перехо-
да организма с обычного верхнего, грудного дыхательного режима с
длительностью акта дыхания ~13 сек на эндогенный требуется тре-
нировка в двух режимах. Первый режим называется гипоксический
с продолжительностью дыхательного акта ~25 сек и второй - эндо-
генный режим с продолжительностью дыхательного акта ~65 сек
[9.51,9.53]. Если пересчитать продолжительности этих дыхательных
актов в частоты, то получим, соответственно 0,077, 0,04 и 0,015 Гц.
Сравнение их с резонансными частотами жидкой воды (табл. 3.18)
показывает, что они совпадают с самыми низкими из них 0,078; 0,04;
0,014 Гц, откуда следует фундаментальный вывод: живые существа
на земле обладают возможностью дышать в трех режимах, ча-
стота которых совпадает с собственными основными (фундамен-
тальными) частотами жидкой воды.

Проведем анализ преимуществ эндогенного дыхания человека,
по сравнению с обычным - верхним, грудным на основании боль-
шого фактического материала, приведенного в работе [9.51]. Так на
рис. 9.20 показаны осциллограммы дыхания двух человек с пример-
но одинаковыми антропометрическими данными, но разными вида-
ми дыхания. Видно, что при верхнем дыхании сумма объемов вдоха
(восходящие ветви) равна сумме объемов выдоха (нисходящие вет-
ви), поэтому средняя линия осциллограммы всегда параллельна оси
абсцисс. При эндогенном дыхании возникает разница за счет пре-
вышения объема выдоха по сравнению со вдохом, для данного при-
мера за одну минуту сум-
марный объем выдохов на
2,6 л больше объема вдоха.
Исследования показали, что
концентрация кислорода в
выдыхаемой смеси газов
составляет 15-46%, а СО2
более, чем в 1,5 раза ниже
(2,69%) по сравнению с
верхним дыханием (4,21 %).

Здесь сделаем отсту-
пление и разберемся, за

Уд, л
6

4

2

О

О 10	20 30 40 501, сек

Рис. 9.20. Осциллограммы объема дыхания челове-
ка: 1 - верхнее, грудное дыхания; 2 - эндогенное
дыхания [9.51].

счет каких газов увеличивается общий объем выдоха, поскольку ав-

тор [9.51] на эту тему нигде не высказывается и не объясняет. Если

проанализировать цепные химические реакции по развалу молекул
воды (рис. 4.2 и рис. 4.3), то на выходе образуются молекулы газов О2
и Н2. Молекулярный кислород, участвуя в тех же реакциях, а также
в органических реакциях в организме будет частично расходоваться,
в то время как молекулярный водород (газ) никак не участвует в по-
следующих процессах (за исключением соединений с серой, присут-
ствующей в органических соединениях). Поэтому при эндогенном
дыхании в выдыхаемых газах должен присутствовать в значитель-
ных количествах молекулярный водород и сероводород (в меньших
количествах). Подтверждением этому могут служить такие факты,
как высокие фонтаны паро-газо-водяной струи, выдыхаемой кита-
ми, и очень тяжелый запах вблизи них (сероводород). Уменьшение в
выдыхаемых газах концентрации СО2 при эндогенном дыхании еще
раз подтверждает тот факт, что энергизация всех процессов на кле-
точном уровне и образование радикалов происходит именно за счет
протекания реакций (3.25-4.27), табл. 4.2, рис. 4.2, 4.3 по развалу
молекул воды, а участие органических реакций в них уменьшается,
фактически, в ~1,5 раза.

В связи с изложенной теорией можно привести следующий ин-
тересный факт. В научно-познавательной телепередаче [9.54] рас-
сказали, что когда Джин Сефин (Лондон) сидела в кругу семьи,
вдруг у нее изо рта вырвалось пламя на расстояние 0,5 м, а рядом
находившийся родственник кинулся к ней и одеялом загасил его.
Женщина осталась живой, но впала в кому, диагноз в клинике по-
казал наличие у нее бронхо-пневмонии, весь рот был обожжен, но
других экстраординарных отклонений в организме не наблюдалось.
Перед этим случаем Джин Сефин очень переживала о смерти своей
матери, и врачи считали, что у нее, по-видимому, была сильно нару-
шена иммунная система. Если предположить, что у нее самопроиз-
вольно резко изменился тип дыхания с обычного на эндогенный, то
возможно образование резкого выброса водорода, который, попадая
в атмосферу, может самовоспламениться. Поэтому на основании из-
ложенных фактов можно высказать мнение, что легенды и сказки
об огнедышащих драконах, присутствующие в этносе практически
всех народов земли, имеют под собой реальную основу.

При эндогенном дыхании количество свободных радикалов в
организме уменьшается в 4+8 раз, уровень клеточной энергетики по-
вышается в 4+6 раз, что зафиксировано измерениями ауры методом
Кирлиана, биохелюминесценции и др.; среднесуточное снижение
температуры составляет 1,2+1,5°С и, согласно прогнозов, при таких
показателях продолжительность жизни возрастает более чем в 1,5 раза
[9.51]. Сравнительный анализ энергонасыщенности тканей организма,
определяемый по интенсивности СВЧ полей и концентрации кислоро-
да для различных типов дыхания, приведен в табл. 9.5. Видно, что с

Тип дыхания	Верхнее дыхание	Гипокси- ческий режим	Эндогенное дыхание	переходом в гипок- сический и эн- догенный режим дыхания эти пара- метры резко уве- личиваются. Эн- догенное дыхание создает условия резкого повыше- ния энергонасы- щенности орга-
Энергия ткани, %	48	768	2592	
Образование кислорода, %	64	153	332	
Табл. 9.5. Выделяющиеся энергия и кислород в тка- нях организма человека с параметрами: вес - 70 кг, потребление атмосферного кислорода 180 мл/мин; удельный объем легких 60 мл/кг [9.51].				

низма (в ~54 раза) при одновременном уменьшении потребляемого
кислорода из атмосферы в пять раз. Практикой применения эндоген-
ного дыхания доказано успешное лечение заболеваний: стенокардии,
нарушения ритма сердца и кровообращения, гипертонии и гипотонии,
заболеваний нервной, дыхательной, эндокринной, пищеварительной
систем и органов чувств, бронхиальной астмы, хронического об-
структивного бронхита, диабета, аллергии, экземы, нейродермитов,
псориаза и остеохондроза, артрита и артроза, ревматизма, пиелонеф-
рита, поликистоза, парадонтоза, мастопатии, бесплодия, импотенции,
язвенной болезни, ожирения и дистрофии, герпеса, гепатитов и мно-
гих других. По оценкам автора [9.51] при эндогенном дыхании тем-
пы старения для молодых людей могут быть ниже обычных в 2+3 и
более раза, существенно увеличивается продолжительность жизни.
Для основной массы людей, которые освоили эндогенное дыхание,
возраст составлял 55+70 лет, а показатели здоровья у них соответ-
ствовали 30+45-летним здоровым людям. Кроме этого, наблюдались
улучшения внешнего вида - омоложение кожи лица, тела, рук, исчез-
новение морщин, восстановление цвета и блеска глаз, пигмента седых
волос или появление новых волос, восстановление легкой походки,
статности и т.д. Накопленный экспериментальный материал позволя-
ет утверждать, что процесс омоложения, например, с возраста 55-^60
лет может продолжаться десятки лет, и запрету этому процессу в че-
ловеческом организме нет [9.51]. Автор труда [9.51] отмечает, что те
люди, которые освоили эндогенное дыхание, принимают пищи в два
раза меньше, практически не принимают витамины, микроэлементы
и намного здоровее своих сверстников.

В книге [9.51] приведено очень много практических примеров
излечения людей самого разного возраста от различных болезней,
включая такие безнадежные, как раковые опухоли, болезни сердца
и т.д. Отмечается принципиально новое поведение организма чело-
века, когда он начинает осваивать эндогенное дыхание: во всех тех
органах тела, которые раньше имели какие либо заболевания, начи-
наются обострения и воспалительные процессы и при дальнейшем
строгом следовании инструкции по обучению этого дыхания воз-
никают кризисные явления, когда воспаления проходят, и наступает
общее выздоровление. Автор [9.51] много и без системы в изложе-
нии пишет, что главными причинами такого кардинально резкого из-
менения всех функционально биологических процессов в организме
человека при переходе его на эндогенное дыхание являются энер-
гонасыщение на клеточном уровне за счет переноса энергии из лег-
ких. Перенос энергии осуществляется «горячими» эритроцитами в
результате «сгорания» в присутствии пузырька воздуха сурфактанта,
но дело здесь принципиально в другом и связано с фундаментальны-
ми новыми преобразованиями в организме.

Как уже говорилось выше, для каждого органа тела человека, всех
его составляющих элементов, включая каждую однотипную клетку,
существует свой, особый аттрактор воды (см. полное его определение
в гл. 6), обладающий набором собственных резонансных частот. Эти
аттракторы в общей сложнейшей автоколебательной системе взаимо-
действия с многочисленными обратными и прямыми связями отдель-
ных органов тела связаны основными, фундаментальными частотами
- это 0,078; 0,04; 0,014 Гц (см. гл. 6), причем все остальные частоты
каждого аттрактора воды кратны этим основным. Из этих основных
частот для верхнего дыхания человека характерна частота 0,078 Гц,
гипоксического - 0,04 Гц и эндогенного - 0,014 Гц. С другой стороны,
для каждого аттрактора воды существует свой особый набор квантово-
механических реакций (3.25-^3.27) перераспределения квантов энер-
гии по колебательным уровням молекул Н2О, а также свои комбина-
ции колебательно-неравновесных цепных химических реакций рис.
4.2 и рис. 4.3 из общего набора реакций табл. 4.2. Причем набор эк-
зотермических цепных реакций № 1,2,3,4,5,6 характеризуется своим
соответствующим набором величин выделяющейся энергии 30, 217,
223,119,316 кДж/моль. Видно, что с учетом эндотермических цепных
реакций рис. 4.3 возможны разные варианты выделения энергии при
разложении молекул воды - от 30 до 316 кДж/моль. Таким образом, на
основании громадного количества фактов, включая и изложенные в
книге [9.51 ], можно сделать фундаментальный вывод, что под влияни-
ем некоторых внешних (резонансных) воздействий организм человека
может перейти на другой набор частот аттракторов воды в раз-
личных частях его тела с существенно большим энерговыделением
за счет развала молекул воды. Это энерговыделение в виде фотонов
света поглощается фрагментами органических молекул, переводя их
в колебательно возбужденное состояние, резко ускоряет биологиче-
ские реакции и функционирования всех систем организма. Причем
важно подчеркнуть, что благодаря эволюции развития всех живых
организмов на земле, начиная от простейших органических молекул,
образования клеток до высших форм органической жизни, генное
управление всеми тремя видами дыхания (или получения кислоро-
да в организме) заложено в молекулах ДНК каждой клетки. В этом и
заключается феноменальный успех лечения людей и их омоложения
при переходе к эндогенному дыханию.

В некоторых особых случаях такой переход в организме челове-
ка одних аттракторов воды в другие может осуществляться лавиноо-
бразно и привести к неконтролируемым явлениям полного распада
всей воды в нем на водород и кислород и самовозгорания людей.
Необычные явления самовозгорания живых людей, в истории чело-
вечества известны с древних времен и могут быть объяснены вы-
шеизложенной теорией. Как излагается в статье [9.55], первые до-
стоверные случаи так называемого пирокинеза - самовозгорания
людей в России, описаны в судебных протоколах XVIII века. Пораз-
ительный случай произошел в Бишкеке: сорокатрехлетняя Галина
Н., мать троих детей, загорелась во сне, очнулась, когда заметила,
что на ней горит рубашка, больно не было, только из сердца шел
страшный жар. Закричавшую жену спас муж: он схватил покрывало
и набросил на жену - огонь прекратился, а на груди, шее и спине у
Галины остались шрамы. Другой случай самовозгорания произошел
в Томске - мужчина погиб в коридоре своего предприятия, пламя
пылало до потолка, но человек даже не пытался его сбить. Он сго-
рел, даже не шевельнувшись, как будто у него отключились рефлек-
сы, его тело потушили, причем оказалось, что гасить пламя с по-
мощью воды было невозможно, а окружающие предметы обгорели
незначительно. Тело отправили на экспертизу, и выяснилось, что в
легких не было следов угарного газа, а в крови не обнаружен карбок-
сигемоглобин, который является характерным признаком угарного
отравления. Пример самовозгорания мужчины Джорджа Мотта, ле-
жавшего в постели с поджиганием ее и других предметов в комнате
был описан в телепередаче [9.54]. При этом мозг его сжался и высох
до таких малых размеров, как при мумифицировании. Стехин А.А.
говорит [9.55], что пирокинез - это холодно-плазменное горение,
когда свободные радикалы «забирают» энергию из воды и она «по-

током квантов вырывается наружу», при этом температура снаружи
тела остается 36°С, а внутренняя достигает 2000°С, и сгорают даже
кости человека. Фотоснимки остатков людей, сгоревших таким об-
разом, приведены на рис. 9.21 [9.55].

На самом деле это несколько не так и такой высокой темпера-

туры внутри тела может и не быть. В данном случае вода, из кото-

рой человек состоит на
7(Н85% под каким-то
внешним воздействием
(о чем подробно на-
писано в гл. 6, 7) пере-
ходит в устойчивое со-
стояние (аттрактор),
когда лавинообразно
начинают развиваться

Рис. 9.21. Остатки людей, погибших от самовозгорания
[9.55].

квантово-химические цепные реакции, идущие, например, по пути
№2-^-5 (рис. 4.2) с выделением водорода и тепла. Водород в присут-
ствии атмосферного кислорода, а также того кислорода, который вы-
деляется в реакциях при разложении молекул воды, возгорается и
происходит только «выгорание воды» ввиду строгого стехиометриче-
ского соотношения в концентрациях выделяющихся О2 и Н2. Поэто-
му несгоревшей остается одежда и обувь, в которых очень мало вла-
ги, а такое пламя невозможно потушить водой, поскольку попавшая
внешняя вода в эти условия за счет сильного излучения переходит
в тоже состояние и начинает разлагаться с выделением водорода и
тепла. Этим объясняется отсутствие следов угарного газа в остатках
сгоревших людей и низкая температура горения (60(Н800°К), кото-
рая не обеспечивает требуемой начальной температуры возгорания
различной органики.

9.9.	Теория кровообращения у животных и человека

Согласно существующим постулатам биологии и медицины вы-
работанная энергия живой клеткой полностью потребляется самой
же этой клеткой, и она не может передать даже часть энергии сосед-
ней клетке, а тем более системам, которые далеко отстоят от нее и
функционируют вне ее досягаемости. Откуда следует, что, например,
система кровообращения сама себя обеспечивает энергией, и вся на-
грузка при этом падает на сердце. Но с этих позиций невозможно
объяснить геодинамические характеристики системы кровообраще-
ния - диаметр аорты у человека в среднем составляет 2 см, по всему
организму аорта разделяется на большое количество сосудов, капил-
ляров, общая площадь сечения которых увеличивается в ~800 раз, а
длина каналов достигает сотни калибров (диаметров). Для преодо-
ления гидравлического сопротивления такой системы явно не хва-
тает перепада давлений, которое создает сердце. Кроме того, сердце
не обладает всасывающими функциями, как типичный насос, и не
создает зоны разряжения в венозных сосудах. Если бы оно обладало
такими свойствами, то в венозный сосуд при его повреждении или,
например, прокалывании иглой происходило засасывание воздуха,
что не наблюдается. На самом деле венозная кровь движется по со-
судам к сердцу под некоторым давлением и против сил тяжести. Не-
ясно, вообще, как из венозных капилляров можно высосать кровь,
поскольку этому препятствуют капиллярные силы.

Сердце не насос по перекачке крови, как думают многие, даже
врачи, это своего рода ресивер - распределительный бачок, кран, с
помощью которого кровь нагнетается только в артерии. Второе серд-
це - вены, обеспечивающие обратный ток крови к сердцу. В отли-
чие от насоса технической системы, в организме человека артерии
с венами соединены с двух концов: одним - к сердцу, вторым - к
капиллярам. Получается, что насосом является не сердце, а именно
капилляры, общая длина которых у человека достигает 100000 км.
При снижении двигательной активности они слабо помогают серд-
цу, и оно преждевременно изнашивается [9.68].

Для объяснения происходящих процессов в системе кровообра-
щения автор работ [9.56,9.57] «придумал» теорию о движении эри-
троцитов в кровеносных сосудах под действием КВЧ поля с часто-
той 6x1018 Гц, которая противоречит нескольким законам квантовой
механики и электродинамики, поэтому не будем ее здесь обсуждать,
а разберемся с этим вопросом с других позиций. Перепада давления,
которое создает сердце, хватает на прокачку крови только в крупных
сосудах аорты 20-^2 мм в диаметре, причем, как предполагает автор
настоящего труда, гидродинамический поток должен закручиваться в
каналах, поскольку это уменьшает общее гидродинамическое сопро-
тивление. Это обеспечивается тем фактом, что крупные сосуды аор-
ты и вен не представляют собой идеальные цилиндрические каналы,
а в реальности имеют форму периодически сужающихся и расши-
ряющихся каналов, которые в соответствие с процессами кавитации
на стенках и обеспечивают закрутку потока крови в них (см. гл. 7,
8). Далее в мелких сосудах аорты и вен, а также в микрокапиллярах
обоих типов начинает действовать электростатическая закрутка тока
крови в них. На рис. 9.22 приведена схема расположения и движения
эритроцита в капиллярном канале, причем, в связи с неидеально-
стью формы, он условно показан, имеющим эллиптическое сечение.
Эритроциты, как показали их многочисленные исследования под

микроскопом, также да-
леки от идеальных сфер
и имеют форму эллип-
соидов, «гантелей», «ле-
пешек» и т.д., поэтому
на рис 9.22 эритроцит
показан в виде сжатой
сферы. Там же показа-
но общее электрическое
поле мембран внутрен-
них клеток сосуда и
мембраны эритроцита.
В соответствие с изло-
женной выше теорией
распределения зарядов

Рис. 9.22. Схема движения эритроцита в капиллярном
канате кровеносного сосуда: / - мембраны клеток со-
суда: 2 - мембрана эритроцита: 3. 4 - распределение
электрического поля.

и электрического поля
мембран (см. рис. 9.7)
рядом с положительно
заряженной областью

гидрофильных головок липидных молекул внутри канала образует-
ся коаксиальная область отрицательно заряженных частиц (молекул,

радикалов, гидратированых электронов). У положительно заряжен-
ной внешней поверхности мембраны эритроцита также создается
отрицательно заряженный слой таких же частиц, поэтому электро-
статические силы выталкивают его на ось канала. Как показано на

рис. 9.7 и 9.22 поперек мембран внутренних клеток капиллярного
канала и мембран эритроцитов в радиальном направлении создаются
резко изменяющиеся электрические поля, которые взаимодействуют
между собой. Поскольку ни внутренняя форма канала, ни наружная
поверхность эритроцита не обладают идеально правильной формой
соответственно цилиндра и сферы, то взаимодействие градиентных
электрических полей по всей наружной сфере эритроцита создаст
нескомпенсированные моменты сил, приложенных к его поверхно-
сти, что приведет к закрутке эритроцита. Вращающийся эритроцит
вследствие электростатических связей его с отрицательно заряжен-
ной наружной оболочкой, состоящей из элементов ОН, О, О2, О3,
Н02, ОН", Н2О , е", вследствие водородных связей будет закручивать
и водную плазму крови. Закрутка водного раствора крови в цилин-
дрическом канале в соответствие с законами гидродинамики для та-
ких потоков, открытых В. Шаубергером [8.38] и подтвержденных в
техническом институте г. Штутгарта в 1952 г. и Королевском Техни-
ческом институте г. Стокгольма в 1981 г. (см. гл. 8), позволяет ком-
пенсировать силу трения потока и создать эпюру осевых сил. Таким
образом, электростатическая закрутка водного раствора крови обе-
спечивает перепад давления по длине канала и транспортировку ее
по всем капиллярным и венозным сосудам вплоть до сердца. Эта те-
ория прекрасно подтверждается многочисленными исследованиями
движения крови в сосудах под микроскопом. Кровь в канале разделя-
ется на ярко-красную в осевой области в виде некоторого «стержня»,
состоящую из эритроцитов, и светлую плазменную прослойку между
«стержнем» и стенкой сосуда, причем скорость осевой части потока
значительно выше, чем периферийной. Оказывается возможным и
объяснение экспериментального факта движения эритроцитов в со-
судах группами («монетными столбиками»), это связано с тем, что
при их вращении на оси возникает взаимная поляризация внешних
оболочек и электростатические (дисперсионные) силы сжимают их.

На основании изложенных теорий взаимного воздействия из-
лучений воды и человека, а также кровообращения можно понять и
объяснить, например, один из основных постулатов древнекитайской
теории универсальной энергии ци, согласно которому кровь следует за
ци, ци следует за мыслью. В данном случае универсальная энергия ци
является энергией межмолекулярных и межатомных связей в воде, ко-
торая, в конечном счете, образуется за счет развала молекул Н2О и за-
пасается в виде колебательных квантов молекул воды и органелл. Эта
энергия излучается в виде фотонов света и электромагнитной энергии,
обеспечивая движение крови по всем кровеносным сосудам, включая
капиллярные каналы. С другой стороны, с током крови эта энергия
привносится и в мозг человека, где осуществляются процессы мыш-
ления и генерация излучений (снова энергии) во внешнюю среду.

9.10.	Влияние содержания углекислого газа в
атмосферном воздухе на здоровье людей

На основании многочисленных выводов учеными разных стран
показано, что за последние 3005 лет резко увеличилось количество
заболеваний людей, в особенности, детей и дело, оказывается, свя-
зано не только и не столько с общей экологией во многих странах,
регионах, сельских и городских условиях проживания, а имеет гло-
бальный характер для всей планеты. В книге [9.51] приведена сле-
дующая статистика: в России родилось детей без диагнозов на какие
либо заболевания в 1950 г. - 98%, в 1975г. - 52%, в 2000 г. 2%; рост
заболеваемости подростков 15-^17 лет с 1991 по 1997 г.г. составил:
новообразования в 2,52 раза, эндокринной и иммунной системы в
3,21 раз, сердечно-сосудистой системы в 1,93 раза, органов пищева-
рения в 1,39 раза и врожденные пороки в 2,42 раза. По городам и об-
ластям России рост заболеваемости детей оказался: г. Владивосток, с
14-ти лет, с 1981 по 1995 г.г.: новообразований в 14 раз, эндокринной
системы в 16,6 раз, сердечно-сосудистой системы в 3,25 раз, крови в
1,64 раза, органов пищеварения в 2,98 раз, психические заболевания
в 5,96 раз, врожденные пороки в 2,75 раз; Свердловская область, до
14-ти лет, с 1992 по 1999 г.г.: бронхиальная астма в 3 раза, эндокрин-
ной системы и крови в 2 раза, органов пищеварения - в 2 раза; Ор-
ловская область, школьники, с 1995 по 1999 г.г: сердечно-сосудистой
системы в 1,74 раза, пищеварения в 1,68 раза, врожденные пороки в
1,83 раза. Необходимо обратить внимание на беспрецедентно высо-
кий уровень нарушения здоровья у новорожденных - 80%, родив-
шихся в 1999^-2000 г. По данным Госкомстата РФ с 1991 по 1997 г.г.
первичная заболеваемость подростков в 15-47 лет (9,3%) в 3 раза
превышала заболеваемость взрослых (3,1%); за период с 1991 по
1998 г.г. прирост возрастных коэффициентов смертности населения
России от сердечно-сосудистых и иных заболеваний в наибольшей
мере выражен в возрасте от 10 до 25 лет. Одновременно анализ из-
менения такой характеристики дыхания, как удельный объем легких
для лиц мужского пола в возрасте двадцати лет за период с 1970 по
2000 г.г. во всем мире показал, что он снизился с 80 мл/кг до 67 мл/
кг [9.51]. Насколько серьезна ситуация со здоровьем рождающихся
детей во всем мире свидетельствуют следующие данные: в 2004 году
в мире родилось только около 1,3% здоровых детей, а остальные со
следующей статистикой заболеваемости: примерно 53% с пораже-
ниями сердца, около 70% - с болезнями мозга, 15% умственно не-
полноценных. Согласно прогнозам, только 19% этих детей потенци-
ально способны к воспроизводству потомства, а ущербность вновь
рождаемых с каждым годом будет нарастать [7.36].

Фролов В.Ф. [9.51] связывает это резкое увеличение заболевае-
мости, смертности и деградацию населения с ростом концентрации
углекислого газа в воздушной атмосфере, но физические и биологи-
ческие причины им не объяснены. Проанализируем эту колоссально
важную проблему. Согласно известным статистически достоверным
измерениям концентрация СО2 в атмосфере земли с 1900 по 1950 г.г.
составляла 0,03%, что было эквивалентно содержанию 5х 108 т угле-
рода. За период с 1951 по 2000 г.г. количество углерода в атмосфере
земли увеличилось на 2,5* 10* т углерода. С другой стороны, исходя
из данных по потреблению в мировом масштабе основных энерго-
носителей - нефти, газа и угля, удалось установить, что за тот же
период в атмосферу было выброшено 2,528*10* т углерода. Отсюда
следует, что если до 1950 г. поглотительные способности планеты
(океан, почва, растения) обеспечивали содержание СО, на одном
уровне, то затем они подошли к пределу насыщения и в 2007 году
его концентрация в атмосфере достигла величины 0,048%.

Разберемся с фундаментальной проблемой - как физиологиче-
ски на человека влияет, казалось бы, такая малая концентрация СО, в
атмосферном воздухе, когда он выдыхает смесь газов и паров воды с
содержанием углекислого газа в 4,2%. Как известно, при выдохе аль-
веольные щели в легких закрываются пленкой суфрактанта и отра-
ботанные газы туда не попадают, тем более, чтобы внедрить пузырек
газа в жидкость капилляра через щель необходимо создать перепад
давления, который осуществляется при вдохе. Растворимость СО, в
воде при температуре 36°С в 23 раза больше, чем О,, поэтому практи-
чески весь углекислый газ из вдыхаемого воздуха будет растворяться
в водном растворе крови, и концентрация его увеличилась по сравне-
нию с пятидесятыми годами в 1,6 раза. При растворении в крови СО,
под влиянием кавитационных процессов в альвеолах легких проис-
ходит поглощение тепловой энергии (см. рис. 7.20). Это, естествен-
но, негативно скажется на процессах выработки и запасания коле-
бательной энергии в эритроцитах, а также образования оксигенных
радикалов, то есть уменьшится энергизация крови и насыщения ее
радикалами. Все это может привести к заметному уменьшению пере-
носа энергии и радикалов по всем кровеносным сосудам, снижению
скорости тока крови в артериях, капиллярах и как следствие - ухуд-
шению всех функциональных способностей организма.

Второй эффект заключается в том, что согласно данным работы
[7.27] после многократного использования в эксперименте одного и
того же образца объема воды, насыщаемого новыми порциями СО, в
присутствии кавитационных процессов, в нем образуется вещество
подобное парафину. Таким образом, можно достоверно констати-
ровать, что при кавитации в воде и насыщении ее газом СО, идут
реакции образования сложных углеводородов, причем реакции эти
эндотермические и проходят с отбором энергии от воды. Как влияют
эти органические вещества на процессы в легких - неясно и требу-
ются дополнительные, тщательные исследования, но можно с какой-
то долей уверенности сразу сказать, что это влияние явно негатив-
ное, поскольку, осаждаясь на стенках капилляров, образующиеся
органические соединения будут закупоривать проходные отверстия
и оказывать существенное воздействие на биологические реакции.
Кроме того, эти воздействия приведут к изменению аттракторов
воды, начиная от клеточного уровня до тканей, органов тела и всего
организма в целом, существенно отличных от тех, которые в течение
миллионов лет обеспечивали основную базу развития органической
жизни на земле.

Последний вывод, между прочим, подтверждается статистиче-
скими данными, которые говорят, что повышенная концентрация
СО2 в атмосфере значительно сильнее сказывается на заболеваниях
людей, родившихся после 1950 года, чем более старших, причем это
влияние имеет прогрессирующий характер и прав автор книги [9.51],
когда он делает вывод о сильнейшем влиянии углекислого газа на
развитие плода у беременной матери. Поскольку мать дышит возду-
хом с повышенной концентрацией СО2 в воде, в которой находится
зародыш, образуется аттрактор с измененным набором собственных
резонансных частот, который в течение всего времени развития пло-
да оказывает существенное влияние на все последующие биологи-
ческие процессы, включая генетические программы. Но для того,
чтобы сформировать природе новый генофонд воздухо-дышащих
существ на земле, которые приспособятся к высокому содержанию
СО2 в атмосфере могут потребоваться сотни тысяч и миллионы лет.

Вышеизложенные выводы могут объяснить резкий рост первич-
ной заболеваемости легких (астма) в последние ЗСН-50 лет у людей
во всем мире. Так, например, в США за 14 лет с 1980 по 1994 год
количество больных астмой детей в возрасте до четырех лет возрос-
ло в три раза [9.71]. В возрастной группе от 5-ти до 14-ти лет - уве-
личилось в два раза, в возрастной группе людей от 15-ти до 34-х - в
два раза, в группе людей возраста с 35-ти лет до 64-х - на 30%, а у
людей возрастом старше 65-ти лет - на 25%. Влиянием повышения
концентрации углекислого газа в атмосфере можно объяснить рез-
кое количество рождения недоношенных детей во всем мире.

Поскольку в следующие 25^30 лет содержание углекислого
газа в атмосфере будет только увеличиваться в связи с ростом по-
требления углеводородов населением земли, то переход на эндоген-
ное дыхание, когда потребление атмосферного кислорода и воздуха
в целом организмом снижается в пять раз, приведет к его оздоров-
лению и омолаживанию. Это принципиально решает поставленную
проблему на большое число поколений вперед, когда человечество
перейдет на энергетику с минимальным потреблением природных
углеводородов. В этом плане разработанная Фроловым В.Ф. мето-
дика перехода человека любого возраста на эндогенное дыхание в
течение двух-трех месяцев, проверенная на сотнях тысячах человек,
имеет колоссально важное значение и должна внедряться в широ-
кую медицинскую практику.
ЛИТЕРАТУРА

1.	Секисов А.Г. Реальность живой воды. Москва. «Советский спорт», 2000.

2.	Каигтапп Ж 8оте Гас1огз т Й1е 1п1егрге1а1юп о? рго1ет йепаШгаПоп.// Абу.
Рго1ет СЬет. V. 14, р. 1+65, 1959.

3.	Тап/опЗ О. ТЬе НубгорЬоЫс Ейес1.// 2п<1 ей, Ы.У.: АУПеу 1п1ег8с1епсе, 1980.

4.	Брандте Дж. Ф. Конформационные переходы белков в воде и смешанных
водных растворителях. Структура и стабильность биологических макромолекул.
-М.:Мир, 1973.

5.	Хиппель П., Шлёйх Т. Влияние нейтральных солей на структуру и конфор-
мационную стабильность макромолекул в растворе. Структура и стабильность
биологических макромолекул в растворе. - М.: Мир, 1973.

6.	Волькенштейн М.В. Молекулярная биофизика. - М.: Наука, 1975.

7.	Волькенштейн М.В. Биофизика. - М.: Наука, 1988.

8.	Веп-На1т А. НубгорЬоЫс 1п1егас1юп.// Ы. V., Асабегтс Ргекз, 1980.

9.	Лихтенштейн Г.И. Закономерности в энтропийных и энергетических
свойствах ферментативных процессов. - Биофизика, т. 19, стр. 562+575, 1966.

10.	Волькенштейн М.В. Физика ферментов. - М.: Наука, 1967.

11.	Ламри Р„ Билтонен Р. Термодинамические и кинетические аспекты кон-
формаций белков в связи с биологическими функциями. Структура и стабиль-
ность биологических макромолекул. - М.: Мир, 1973.

12.	Батгу К. СопГогтабопа! тесЬатзтк Гог йее епег§у 1гапз<1ис11оп т ргоГет
зузСетз: о1б Иеак апб пе\у Гас1з.//Апп. № У. Асаб. 8с1. V. 22, р. 46-5-75, 1974.

13.	Акзуопоу 8.1. АУа1ег аз а ге§и1а€ог т Ыо1о§1са1 зуЫетз.// 81и<1. ВюрЬузка.
V. 84, р. 37+38, 1981.

14.	Аскоченская М.А., Петинов Н.С. Структура воды и ее роль в биологиче-
ских объектах. Успехи современной биологии. Вып. 2, т. 73, стр. 288+306, 1972.

15.	Богданович У.Я., Гусев Н.А. и др. Состояние воды в биологических объ-
ектах в норме и патологии по данным ЯМР. Спиновое эхо. - Казань, КГУ, 1974.

16.	Новиков Ю.В., Сайфутдинов М.М. Вода и жизнь на земле. - М.: Наука,
1981.

17.	Гуман А.К. Особенности талой воды. Структура и роль воды в живом
организме. - Л.: ЛГУ. Вып. 1, стр. 179+189, 1966.

18.	Тринчер КС. Структурно-связанная вода и биологические макромолеку-
лы . Успехи современной биологии. - М.: т. 61, вып. 3, 1966.

19.	Медведев И.М., Фисанович Т.Н. Структура воды в клетке. Проблемы ге-
матологии и переливания крови, т. 20, №4, 1975.

20.	Грант Н. Биологическая роль льда. - Наука и жизнь №12, 1966.

21.	Клотц И. Вода - горизонты биохимии. - М.: Мир, 1964.

22.	Тюньков И. В. Сравнительное изучение активности ферментов в талой и
дистиллированной воде. Автореф. дисс. мед. наук. - Иркутск, 1968.

23.	Фомин Г.В., Блюменфельд Л.А. и др. Участие воды (ионов ОН-) в
окислительно-восстановительных процессах. Структура и роль воды в живом ор-
ганизме. - Л.: ЛГУ, вып. 3, 1970.

24.	Габуда С.П. Связанная вода. Факты и гипотезы. - Новосибирск, Наука,
1982.
25.	Стехин А.А., Яковлева ГВ. и др. Явление объемной гетерогенной цепоч-
ной ион-кристаллической ассоциации воды в электромагнитном поле. Открытие
РФ от 20.01. 1999.

26.	Сырников Ю.Г К вопросу о термодинамических процессах в живой си-
стеме и о роли воды в этих процессах. Структура и роль воды в живом организме.
Л.: ЛГУ, вып.1, стр.58-65, 1966.

27.	Фрадкин Б.Э. Белые пятна безбрежного океана. - М.: Недра, 1982.

28.	Вержбинская Н.А., Сидорова А.И. ИК-спектры поглощения тяжелово-
дородной и обычной воды в тканях животных. Структура и роль воды в живом
организме. - Л.: ЛГУ, вып. 1, 1966.

29.	Болдырев А.А. Биологические мембраны и транспорт ионов - М.: МГУ,
1985.

30.	Мякин С.В. Вода: Новые представления о качестве, методы структури-
рования и взаимодействие с организмом человека. Сознание и физическая реаль-
ность (биоэнергоинформатика), т. 5, №2, стр. 61-72, 2000.

31.	Батмангхелидж Ф. Вода для здоровья. - Мн.: ООО «Попурри», 2005.

32.	Привалов П.Л. Энергетика структуры белковых молекул. Биофизика, т.
30, стр. 722-733, 1985.

33.	Вегтап Н.М.. П'е.чФгоок У., Геп% 2., СиНПапУ С., ВНа1 Т.П., И'еквт^ Н„
81пп<1уа1оу 1.Н., Войте Р.Е. ТЬе рго1еш да1а Ьапк.// 3. Мис1е1с Ас1<3. Кез. V. 28 р.
236-242, 2000.

34.	Кушнер В.П. Конформационная изменчивость и денатурация биополиме-
ров. Л.: Наука, 1977.

35.	МеНгохЛсИ Н., Зскега^а Н.А. П1з(пЬийоп о? Фе ЬуйгорЫНс, ЬуФорЬоЫс,
пеШга! апб атЫуа1еШ атто асИз т Фе т(епог апб ех1епог 1ауегз оГ паоуе рго1ет.//
Масгото1еси1ез. у. 15, р. 1406-1414, 1980.

36.	Каихтапп В7., МоогеК., ВсЬиЬй. РпИетбепзШез (готХ-гау сгуЖаИо^гарЫс
соогФпа1ез.//МаШге. V. 248, р. 447-449, 1974.

37.	Аксенов С.И. Исследование конформационной подвижности белков в во-
дных средах методом ядерного магнитного резонанса. Равновесная динамика на-
тивной структуры белка. - Пущино, стр. 42-59, 1977.

38.	УагУекку О., КоЬеНз С.5.К. ЫМК ш то1еси!аг ЬЫо^у.// М. V.: Асабепмс.
Ргезз, р. 681, 1981.

39.	Ирап С., 8гаЬо А. МобеЫгее арргоасЬ 1о Фе ш1егрге1а1юп о? ^МК
ге!аха1юп т тасгото1еси1ез, I. ТЬеогу апб гап§е оГ уа!Ийу.// 3. Атег. СЬет. 8ос. V.
104, р. 4546-4559, 1982.

40.	Ырап С., 5гаЬо А. МоёеЫтее арргоасЬ 1о Фе т1егрге1аЦоп оГ ^МК
ге1ахайоп т тасгото!еси1ез, II. Апа1уз13 оГ ехрептеп1а! гезикз.// 3. Атег. СЬет.
8ос. у. 104, р. 4559-4570, 1982.

41.	Юхновский И.Р, Головко М.Ф. Статистическая теория классических рав-
новесных систем. - Киев, «Наука Думка», 1980.

42.	Абрагам А. Ядерный магнетизм. - М.: ИИЛ, 1963.

43.	Аксенов С.И., Горячев С.Н. и др. Исследование связи между динамикой и
функцией фотосинтетических мембран пурпурных бактерий при разной влажно-
сти с помощью ”С и’'Р-ЯМР спектроскопии. Биол. мембраны, т.8, стр. 491-503,
1991.
44.	Захаров С.Д. Гибель опухолевых клеток при их облучении гелий-
неоновым лазером. Лазерная биофизика и новые применения лазеров в медици-
не. Тарту, 1990.

45.	Козлов В.И. Фотобилстимуляция - основа лазерной терапии. Лазер-
Информ №1-2, 2001.

46.	Клебанов Г.И. Молекулярно-клеточные механизмы лазеротерапии.
Лазер-Информ №7, 2000.

47.	Закускин С.Л. Лазерная терапия - мифы и реальность, возможные пути
развития. Лазер-Информ №2, 1999.

48.	Кульчавени Е.В. Лазеры против туберкулеза. Лазер-Информ №17-19,
1999.

49.	Рассадкин Ю.П. Еще раз к вопросу о компоненте неизвестной физиче-
ской природы, присутствующей в излучении. Лазер-Информ №12, 2001.

50.	Аминова Э.М. Лазерная стимуляция клеточных культур в условиях ги-
поксии. Лазер-Информ №9-10, 2002.

51.	Фролов В.Ф. Войдите в столетие молодым. Эндогенная медицина без
альтернатив. - М.: Москва, «ТРИАДА Плюс», 2002.

52.	Бреслав ИС. и др. Физиология дыхания. - Санкт-Петербург.: «Наука»,
1994.

53.	Фролов В.Ф. Инструкция по дыханию на тренажере ТДИ-01. Москва,
2001.

54.	Телепередача по украинскому телевидению, программа СТБ от 19.09.
2006.

55.	Мурга Н. Тела несчастных сгорали полностью, но одежда и обувь сохра-
нялись целыми. Газета «Жизнь», Москва, №67 от 28.03 2006.

56.	Петракович ГН. Свободные радикалы против аксиом: новая гипотеза о
дыхании. Русская Мысль №2, стр. 50+65, 1992.

57.	Петракович ГН. Биополе без тайн: критический разбор теории клеточ-
ной биоэнергетики и гипотеза автора. Русская Мысль №2, стр. 66+71, 1992.

58.	Иванов А.В. Современные тенденции развития методов фотодинамиче-
ской терапии раковых опухолей. Лазер-Информ №23-24, 2000.

59.	Дидюков А.И. и др. Метастабильное электронное состояние и кинетика
активных сред. ФИАН им. Лебедева. Препринт № 238, 1982.

60.	Иванов А.В. Новая лазерная технология в медицине. Лазер-Информ №12,
2002.

61.	Захаров С.Д., Иванов А.В. Светокислородный эффект в клетках и пер-
спективы его применения в терапии опухолей. Квантовая электроника, т. 29, №3,
1999.

62.	Блознелите Л., Пономарев И. Опыт применения фотодинамической тера-
пии в Литовском онкологическом центре. Лазер-Информ №5-6, 1998.

63.	Залевский ИД. «Радахлорин» ждет большое будущее...». Лазер-Информ
№19-20, 2006.

64.	Ляхов В.С., Тепломан Р. Русская баня Маслова. Рекламный буклет Строй
Пассаж №3, стр. 67+72, 2005.

65.	Свирин В.Н. Аппарат лазерной гипертермии и фотодинамической тера-
пии «ЛГФ». Лазер-Информ №11-12, 2007.
66.	Уоррен Дж. Хамерман.Н 1. 2ГЬ Сепшгу Збепсе апд ТесЬпо1о§у. №3-4,
1989.

67.	Неумывакин И.П. Перекись водорода: мифы и реальность. Москва -
Санкт-Петербург, «Диля», 2005.

68.	Неумывакин И.П. Вода - жизнь и здоровье: мифы и реальность. Москва
- Санкт-Петербург, «Диля», 2005.

69.	Довгалюк Ю.А., Ивлев Л.С. Физика водных и других атмосферных аэро-
золей. - СПб: Из-во С.- Петербургского университета, 1998.

70.	Киврин В. Энергетика воды. Расшифрованные послания кристаллов
воды. - СПб.: «Вектор», 2006.

71.	Батмангхелидж Ф. Вы не больны, у вас жажда. Пер. с англ. О.Г. Бело-
шеев. - Мн.: ООО «Попурри», 2004.

72.	Под ред. Орловой Л. Тайны воды и заговоры на воду. - Минск: Харвест,
2007.
ГЛАВА 10

ВОДА ПИТЬЕВАЯ И ЛЕЧЕБНАЯ

В данной главе будут рассмотрены некоторые вопросы питьевых
и лечебных вод с учетом комплексной теории происходящих процес-
сов в жидкой воде на уровне квантово-механических и колебательно-
неравновесных явлений, описанных в предыдущих разделах настоя-
щей книги. При этом автор еще раз напоминает, что он не является
специалистом в биологии и медицине и высказывает только личное
мнение по некоторым аспектам влияния воды на организм человека.
В связи с этим, приведенные в данном разделе некоторые выводы и
рекомендации по лечению людей, никак не могут служить конкрет-
ным руководством к действию, а требуют дополнительных тщатель-
ных исследований специалистов по биологии и медицине.

В связи с резко ухудшающейся экологической обстановкой воз-
никли острейшие проблемы загрязнения питьевых вод не только в
крупных городах и других населенных пунктах, но, фактически, уже
всех источников: рек, озер, подземных и ключевых вод, льда и снега
на всем земном шаре. Вследствие больших выбросов в сточные воды
и атмосферу от промышленных предприятий и канализационных
стоков населенных пунктов тяжелых металлов, нефтепродуктов,
лекарственных и химических веществ, пестицидов, органических
веществ и болезнетворной микрофлоры существующие системы
очистки питьевой воды в городах и мегаполисах уже во всех странах
не справляются с поставленными задачами. Сегодня в водопрово-
дной воде обнаруживают до 5000 вредных соединений. Кроме того,
даже очищенная вода после транспортировки ее через городские
системы водоснабжения существенно меняет свои характеристики
в негативную сторону и становится непригодной для потребления
человеком, вызывая целый «букет» заболеваний, и значительно уко-
рачивает продолжительность жизни. По данным Всемирной органи-
зации здравоохранения, от инфекций, передаваемых через воду, еже-
годно на нашей планете заболевает до 500 млн человек и погибает
свыше 5 млн детей.

Поэтому за последние 50-^70 лет возникла задача для рядово-
го потребителя питьевой воды, будь то в городе или сельской мест-
ности - как улучшить качество потребляемой водопроводной воды
или из другого источника. Вторая проблема, которая существовала
еще, начиная с времен развития человека как разумного существа и,
имеющая наиглавнейшее значение в современном мире в настоящее
время, - это водолечение от большого количества заболеваний. На
эти темы многочисленными специалистами и просто энтузиастами-
любителями выпущено много научной и околонаучной литературы.
В этой литературе, с одной стороны, приведено громадное число
экспериментальных фактов успешного водолечения людей, начиная
еще с древнейших времен и кончая многочисленными современны-
ми данными, а с другой - вследствие непонимания фундаментальных
процессов влияния свойств воды на биологические процессы в жи-
вом организме, объяснения даются иной раз некорректные и просто
неправильные. Употребление такой терминологии, как память воды,
энергоинформационное пространство, полевое воздействие, струк-
турирование воды, вода воспринимает информацию и т.д. не раскры-
вает действительных квантово-механических и физико-химических
процессов, происходящих в воде, а только дискредитирует большую
массу экспериментальных фактов, вызывая недоверие и неприятие
их официальной наукой фактически во всем мире.

В данной главе сделана попытка с учетом материалов, изложен-
ных в главе 9 о роли воды в живом организме, объяснить физические
и химические свойства питьевой воды при различных типах воздей-
ствий на нее, а также влияние ее на организм человека.

10.1.	Некоторые биологические и медицинские аспекты
влияния аттрактора воды на жизнедеятельность
живого организма

Вначале проанализируем общеизвестные факты существования
органической жизни на земле с позиции, развитой в настоящей кни-
ге, теории процессов, происходящих в жидкой воде. Для этого еще
раз напомним, что такое заданный аттрактор воды - это некоторое
квазиравновесное состояние составляющих ее частиц (свободных
электронов, атомов, молекул, кластеров, ионов, радикалов, клатра-
тов, пузырьков), находящихся в колебательном состоянии с заданным
набором собственных резонансных частот, и запасенной колебатель-
ной энергией с данным распределением по всем степеням свободы
этой системы частиц. Аттрактор воды сильно зависит от различных
внешних воздействий, даже очень слабых, о чем подробно изложено
в гл. 3, 4, 6, 7, 9 настоящей книги. В связи с тем, что практически
все основные частоты колебательных процессов, происходящих в
живом организме, начиная от простейших до самых высших форм
развития - человека, совпадают или кратны фундаментальным резо-
нансным частотам жидкой воды, можно предположить, что именно
заданный аттрактор воды, под управлением которого происходило
развитие данного живого организма за миллионы лет, определяет
его нормальное здоровое существование в течение всей его жизни.
Если живой организм начинает потреблять воду или живет в водной
среде, аттрактор которого существенно отличается от заложенного
в его генетическом коде ДНК, то он заболевает и может погибнуть.
Конечно, в процессе эволюции за миллионы лет у некоторых живых
организмов выработались способности перерабатывать воду различ-
ных аттракторов (по-видимому, за счет переключения в генном коде
молекул ДНК на спектральный состав другого аттрактора воды), к
которым можно отнести рыб, млекопитающих, птиц, совершающих
сезонные миграции на большие расстояния по земному шару.

По теории биолога Зенкевича Л. А. все типы современных живот-
ных существовали еще в докембрии, то есть они все сформировались
в гидросфере [10.10]. После выхода их на сушу в фанерозое не сфор-
мировалось ни одного нового типа животных, и все представители
одного типа животных имеют единый план строения. Количество
типов, которые отражают основные ветви филогенетического древа
животных, составляет 16 штук (по другим теориям от 13 до 33 штук).
К этой информации нужно добавить, что морская вода по своему со-
ставу почти полностью совпадает с составом крови человека, а вода,
находящаяся в камнях (граните, кремне), полностью соответствует
составу лимфы [10.9]. На основании этих и многочисленных других
данных можно предположить, что генетический код аттрактора свя-
занной воды живых организмов формировался на основе собствен-
ных резонансных частот окружающей водной среды еще в докем-
брии, при этом в те времена, по-видимому, она была менее соленая.

Можно поставить риторический вопрос, почему всем крупным
сухопутным млекопитающим животным необходимо пить сырую
воду, когда с пищей они (особенно, травоядные) воды потребляют
заведомо достаточно для обеспечения организма (содержание воды
в растительной пище достигает 7(Н80%)? Для того чтобы напиться,
травоядные животные, живущие в степях, за сутки могут проходить
сотни километров, при этом на испарение через кожу и рот уходит
воды больше, чем, потребляемая ими при питье. Ответ может быть
только один - кроме восполнения части потерянной влаги питьевая
вода нужна также для настройки аттрактора связанной воды в орга-
низме животного на заданные резонансные частоты, которые в про-
цессе больших энергетических нагрузок могут «расстраиваться».
Это вызвано тем, что вся вода в растениях находится в связанном со-
стоянии в порах и микрокапиллярах, кроме того, в ее состав входят
органические молекулы растительного происхождения. Аттрактор
такой связанной воды существенно отличается от аттрактора связан-
ной воды в живом организме, поскольку спектральные характеристи-
ки (набор основных резонансных частот) биологических процессов
в растительной клетке другие, по сравнению с соответствующими в
живой клетке.

Человек и его далекие предки, от которых он произошел, за вре-
мя своей жизни, исключая последние несколько тысяч лет, никогда
не мигрировали на большие расстояния и потребляли сырую воду в
данной местности примерно одного и того же аттрактора. Большое
разнообразие человеческих рас, физиологических типов, внешних
признаков, строений скелета, черепа и т.д., по мнению автора, свя-
зано не только с условиями среды обитания, трудовыми навыками,
питанием и т.д., но также и с тем аттрактором воды, которая потре-
блялась людьми. Это особенно наглядно видно на примере таких
народностей-долгожителей, которые употребляют, в основном, та-
лую воду: горцы северного Кавказа, Перинеев, Тян-Шаня, Памира,
Гималаев, коренные жители Якутии, Чукотки, Аляски, Канады. Так
в горных районах Китая Гималаях народ, состоящий из трех племен,
называемый хунза, и, постоянно живущий в долине реки Хунза, еще
в пятидесятых годах XX века обладал отменным здоровьем и долго-
летием [6.54]. В горном местечке Хунзакуд (Пакистан) также живут
долгожители (средняя продолжительность жизни 120 лет), причем
они пьют ключевую воду, поступающую с ледников [10.1].

У человека в генетическом коде молекул ДНК заложены спек-
тральные характеристики аттрактора чистой сырой воды, которые
определились в процессе его развития в течение миллионов лет.
Переход населения, особенно в развитых странах, за последние сто
-двести лет на потребление вместо сырой воды - кипяченой воды,
соков, чая, кофе, различных напитков резко ухудшил здоровье людей
и, по мнению автора, является основной причиной многих заболе-
ваний. После кипячения воды ее кластерная структура существенно
изменяется (это видно, например, из рис. 3.14), следовательно, меня-
ется и аттрактор, который восстанавливает свои характеристики до
соответствующих сырой воде только через 6-^7 суток. Все фрукты,
овощи и соки из них, как уже ранее говорилось, содержат воду с
аттрактором несовместимым с требуемыми характеристиками свя-
занной воды в организме человека. Во всех напитках, содержащих
чай, кофеин, молоко, сахар, кислоты, ароматизаторы, растворенные
газы в больших концентрациях, аттрактор воды находится в сильно
измененном состоянии по сравнению с соответствующим для сырой
воды. Ежедневно, потребляя в большом количестве такую воду, ор-
ганизм человека затрачивает много энергии не только на отделение
молекул Н,О от всех нужных и ненужных составляющих элементов
и веществ в жидких напитках, но и на их резонансную настройку
частот, соответствующих характеристикам связанной воды в тканях.
Это приводит к постоянным перегрузкам всех систем жизнеобеспе-
чения, раннему старению организма и различным заболеваниям.
Поэтому для постоянного поддержания аттрактора связанной воды в
организме в нормальном состоянии человек должен ежедневно пить
в достаточном количестве чистую сырую и желательно энергизован-
ную (активированную) воду.

Влияние аттрактора воды на развитие плода у матери начинается
с его зачатия, поэтому если он сильно изменен (другой спектральный
состав резонансных частот) по сравнению с тем, в присутствии кото-
рого развивались и жили предки матери и отца, то развитие плода и
дальнейшая жизнь этого человека будет ненормальной и подверже-
на различным заболеваниям. Вывод этот глобальный и основан на
том, что в генетическом коде ДНК женской клетки и мужского спер-
матозоида уже заложены основные (базовые) резонансные частоты
громадного количества биологических процессов, происходящих в
живом организме, которые должны совпадать с основными базовы-
ми частотами жидкой воды (см. гл. 9). Поэтому качество воды, по-
требляемой матерью во время беременности и кормлении грудным
молоком, имеет громадное значение для здоровья будущего ребенка.
Если взрослый человек часто меняет питьевую воду, в связи с пере-
ездами в разные регионы земли или потребляет из разных источни-
ков, то это тоже негативно будет влиять на его здоровье.

В связи с вышеизложенным возникают вопросы - как опреде-
лить аттрактор воды, необходимой для организма данного человека,
и как создать воду с подобным аттрактором? Для ответа на первый
вопрос автор настоящего труда предлагает следующую методику.
Поскольку невозможно определить характеристики аттракторов
воды далеких предков человека, то можно идти обратным путем.
В молодом возрасте 19^20 лет проводят тщательный медицинский
анализ всех органов человека и, в случае их здорового состояния,
снимают спектрограммы электромагнитных колебаний излучений
в диапазоне частот от 0,014 до 1,2* 1015 Гц (см. таблицу резонанс-
ных частот жидкой воды 3.18) и записывают на какой-то носитель.
Если какой-то орган у человека больной, то его необходимо пред-
варительно вылечить и затем снова снять спектрограмму излучений
всего тела. Полученной спектрограмме (основным частотам) долж-
на строго соответствовать спектрограмма аттрактора воды, которую
будет потреблять этот человек. Для того чтобы дети родились здо-
ровыми и далее росли, не болея, необходимо у молодоженов перед
бракосочетанием также провести медицинский анализ всех органов
тела и снять спектральные характеристики у девушки и юноши. Эти
спектрограммы в дальнейшем будут контрольными и базовыми, на
основании которых можно будет создавать нужный для данного чело-
века аттрактор воды, причем каждый из родителей должен пить воду
своего аттрактора, а для детей до совершеннолетия питьевая вода
приготавливается путем смешивания воды отца и матери. В послед-
нем случае будет создаваться устойчивый аттрактор воды полностью
соответствующий развивающемуся и растущему организму ребенка.
Этот вывод можно косвенно подтвердить получением и свойствами,
так называемой «трехзвонной» активированной воды, которая при-
готавливалась освящением трех порций воды в церквях под влия-
нием колокольного звона. Эти церкви должны были находиться на
таких расстояниях друг от друга, что звон колокола в одном не был
слышен в двух других. После смешивания этих трех порций полу-
чали воду, которая помогала лечить многие заболевания и сохраняла
свои свойства длительное время [7.36].

Для приготовления воды с заданными спектральными харак-
теристиками аттрактора необходимо создать генератор широкопо-
лосного электромагнитного излучения (не обязательно один для
всего диапазона частот 0,014-4,2 х 1015 Гц) с выходной мощностью
Ю^-НО'5 Вт/см2. В этот генератор закладывается базовая частота
данного человека, и он должен с хорошей точностью генерировать
электромагнитное излучение заданного спектрального диапазона.
Этим излучением обрабатывается предварительно очищенная и ак-
тивированная вода, которая переходит в аттрактор со спектральны-
ми характеристиками, соответствующими связанной воды в различ-
ных органах данного человека. Полученную активированную воду
небольшими порциями ежедневно и должен пить человек. В этом
случае остальная вода, потребляемая человеком, как питьевая, так и
с пищей в организме будет переводиться в заданный аттрактор, бла-
гоприятный для его развития и существования. Здесь нужно отме-
тить, что воздействовать на воду можно не всем диапазоном частот
0,014-4,2*1015 Гц, а, например, инфразвуковыми 0,014, 0,04, 0,078,
1,4, 1,54 Гц или ультразвуковыми 2х103-4,5*105 Гц, либо в КВЧ-
диапазоне 2,27х10,0-4,05x10" Гц, инфракрасном либо в ультрафио-
летовом. Данная рекомендация основана на том, что все резонансные
частоты жидкой воды кратны основным базовым инфразвукового
диапазона и, если воздействовать на воду каким-то одним набором
частот, то в ней возбудятся все кратные им. Устойчивость во времени
полученного аттрактора воды будет, с одной стороны, определять-
ся той энергией, которая выделяется за счет квантово-механических
(3.25-4.27) и колебательно-неравновесных химических реакций
табл. 4.2, рис. 4.2, 4.3, а с другой - внешними электромагнитными,
световыми и акустическими воздействиями.

Эти теоретические положения воздействий на воду по изло-
женной схеме подтверждаются экспериментальными данными
врача-невропатолога В.Н. Сарчука [7.36]. Воздействуя на биологи-
чески активные точки человека, он снимает и записывает на носи-
тель спектральные характеристики электромагнитного излучения
от различных органов. Эти носители спектра, изготовленные в виде
коробочек-кассет, он называет микрорезонансными контурами. На
них после определенной технологической обработки фиксируются
и длительно удерживаются спектрально-волновые характеристики
здоровых и больных тканей органов человека. Весь комплект весит
около двух килограммов, а для обследования пациента достаточно
пятнадцати минут. В случае заболевания какого-либо органа, паци-
ент на обследование приносит с собой термос с водой, а через сутки
врач возвращает ему обработанную воду, которую необходимо пить
порциями (50 г) ежесуточно пока она не кончится. В этом заключа-
ется курс водолечения активированной водой. Обратим здесь внима-
ние на тот факт, что пациент приносит с собой ту воду, которую он
постоянно пьет в домашних условиях, изменение аттрактора которой
и осуществляется прибором. В этом случае вся вода, потребляемая
в дальнейшем пациентом дома, будет легко переводиться в его орга-
низме в аттрактор активированной воды. При переноске и хранении
активированной воды в термосе за счет металлического корпуса и
вакуума между колбой и корпусом обеспечивается ее экранировка от
внешних электромагнитных и акустических воздействий.

В качестве еще одного примера опишем методику воздействий
излучений на водный раствор, биологическую клетку и больной ор-
ган человека, разработанную и испытанную на многих пациентах
Г. Марковым, руководителем группы ученых Института неоргани-
ческой химии Сибирского отделения РАН [10.5]. Он создал прибор,
с помощью которого регистрировал электромагнитные колебания,
излучаемые живой клеткой, которые по специальному алгоритму ко-
дировались и записывались на магнитную пленку. Затем эта пленка
использовалась как носитель информации в приборе, излучающем
электромагнитные колебания, которыми воздействовали на живые
объекты. Так, после облучений микроорганизмов дафний, они на-
чинали размножаться не через 48 часов, как обычно, а через два
часа. Облучение улитки в аквариуме приводило к ее «омоложению»,
уменьшению размеров до величины икринки и потом она давала не
похожее на себя потомство. Опыты показали, что воздействия на
живую клетку можно передавать, используя различные физические
поля - магнитные, электромагнитные, акустические, свет. На маг-
нитную пленку записывались два вида информации: о гибели биоло-
гических клеток и их размножении. Облучение клеток какого-то ор-
гана живого организма, в том числе и человека, тем или иным видом
излучения приводило либо к размножению клеток или к их гибели.
В статье [10.5] описан достоверный случай: на магнитной пленке с
одной стороны была записана информация роста раковых клеток, а
с другой стороны - их гибель. Один из сотрудников, решив полечить
себя от доброкачественной опухоли, не имея достоверных сведений
о записях на магнитной пленке, включил прибор и облучил свою
опухоль излучением, соответствующим росту опухолевых клеток.
За десять минут опухоль выросла в два раза, и когда сотрудники в
панике прибежали за Г. Марковым, то он, перевернув запись пленки
на другую сторону, с помощью облучения опухоли за те же десять
минут довел ее до прежнего размера и даже уменьшил. Им также
была разработана методика лечения людей с помощью воздействия
излучения на водный раствор из меда и кофе с добавлением дру-
гих органических компонент. Этот облученный раствор назначался
больным людям в качестве питья, и по анализам крови определя-
лось его воздействие на организм. Лечение различных заболеваний
(диабета, камней в почках, бронхиальной астмы, лейкоза, рака носа,
печени, поджелудочной железы с метастазами в легкие и костную
ткань) показало, что вначале наступает обострение болезни, а затем
полное выздоровление, в том числе и для многих раковых больных.
При этом наблюдаются побочные явления: темнеют седые волосы,
восстанавливаются разрушенные зубы, зрение и половая потенция.
Этот пример еще раз четко подтверждает, что воздействие излучения
на организм происходит через восстановление спектральных харак-
теристик аттрактора воды в различных органах. При этом не только
вылечивается данная болезнь, но оздоравливается и омолаживается
весь организм человека.

Еще один широко распространенный способ лечения человека с
помощью генератора КВЧ излучения с заданным спектральным диапа-
зоном аттрактора чистой воды заключается в облучении им больного
органа. Методика такого воздействия в КВЧ диапазоне частот 48^65
ГГц и многочисленные примеры полного излечения больных приведе-
ны в работе [4.62] (см. гл. 9). В этом случае воздействие излучения с
параметрами нескольких резонансных частот, соответствующих чистой
воде, на связанную воду в организме человека переводит ее в тот же ат-
трактор, который заложен в генетическом коде молекул ДНК. Благодаря
этому нормализуются все биологические процессы в организме челове-
ка, он выздоравливает, и укрепляется его иммунная система.

На основе вышеизложенных способов лечения и теории аттрак-
тора воды можно рекомендовать методику омоложения человека. В
процессе жизнедеятельности и старения организма микрокапилляр-
ные каналы многих органов зашлаковываются, ухудшается их кро-
воснабжение, накапливается много вредных веществ органического
и неорганического происхождения. Все это в совокупности приво-
дит к изменению аттракторов связанной воды в органах человека, их
спектральные характеристики становятся отличными от тех, кото-
рые были в молодом возрасте и заложены в генетическом коде моле-
кул ДНК, следствием чего является ненормальная работа клеток, их
старение и частая гибель. Методика омоложения человека может за-
ключаться в регулярных сеансах облучения с возрастом через опре-
деленное количество лет базовым спектральным составом, который
был измерен и записан в молодом возрасте. При таком воздействии
на связанную воду в организме человека по мере увеличения его воз-
раста она будет переводиться каждый раз снова в аттрактор со спек-
тральными параметрами соответствующими (еще раз повторимся)
тем, которые заложены в генетическом коде молекул ДНК. Переход
связанной воды в нужный аттрактор сильнейшим образом активи-
зирует все биологические процессы в организме, благодаря чему он
будет очищаться от шлаков, восстанавливаться кровоснабжение всех
тканей органов, произойдет общее оздоровление и омоложение.

Чтобы приготовить питьевую воду с заданным аттрактором и со-
ответствующими спектральными характеристиками, заложенными в
генетическом коде молекул ДНК человека, ее необходимо предва-
рительно очистить от минеральных частиц, грязи, вредных веществ
и болезнетворных микроорганизмов. Далее рассматриваются спосо-
бы ее очистки в домашних условиях и объясняются действительные
физико-химические процессы, сопутствующие этим технологиям.

10.2.	Очистка воды в домашних условиях

Основная очистка вод природных источников (рек, озер, подзем-
ных вод) в больших населенных пунктах производится на водопрово-
дных станциях, где осуществляется удаление крупных механических
примесей, солей тяжелых металлов, органических частиц, жидких
углеводородов и обеззараживание от болезнетворных микроорганиз-
мов путем хлорирования или озонирования воды до требуемых норм
предельно допустимых концентраций. Тем не менее, в водопрово-
дной воде в зависимости от местности и источника водопользования
очень часто оказывается высокая концентрация мелких взвешенных
частиц глины, ржавчины, органических веществ, карбонатных со-
лей, солей тяжелых металлов, хлористых соединений, болезнетвор-
ных микробов. Это связано, как с несовершенством систем очистки
на станциях, так и сильным влиянием водопроводных систем, когда
вода от станции очистки до потребителя может проходить по ним
десятки километров. Поскольку водопроводные системы состоят, в
основном, из стальных труб, то на их внутренней поверхности за
долгий срок эксплуатации образуется толстый слой ржавчины, ко-
торая для чистого железа имеет постоянный состав Ее2О,«Н,О, а для
стали - переменный пЕеО*1Ее,О,*]Н,О, где п, 1,] — зависят от условий
протекания коррозии [10.2]. Кроме того, на внутренней поверхности
труб образуются крепкие наросты из железобактерий (рис. 10.1), ко-

торые на один грамм синтезированного ими вещества окисляют 279
г железа (II) с образованием 534 г Ее(ОН)3 [6.81 ]. Продукты жизнеде-
ятельности этих бактерий
и ржавчина попадают в
воду, особенно в заметных
количествах, после профи-
лактических и ремонтных
работ систем водоснаб-
жения. То есть при суще-
ствующих системах водо-
снабжения и очистки пока
принципиально невозмож-
но получить из водопро-

водного Крана питьевую Рис. 10.1. Водопроводные трубы с обрастаниями из
воду С заданными харак- Железобактерий [10.2].

теристиками минерального состава, полностью обеззараженную и
требуемым аттрактором. Для получения питьевой воды требуемого
качества необходимо в домашних условиях не только дополнительно
очистить от вредных веществ, но и перевести ее в заданный аттрак-
тор, соответствующий по характеристикам, например, талой воды с
горных ледников или хорошей ключевой.

Для очистки воды в домашних условиях можно пользовать-
ся различными типами фильтрующих приборов, которые выпу-
скаются фирмами в России и других странах. Типы очистки воды
подразделяются на: механический, сорбционный, ионообменный,
осмотический, активационный, электрохимический, окислительно-
восстановительный [10.3, 10.4].

10.2.1.	Механический способ фильтрации

Механическая фильтрация предназначена для задерживания
крупных и мелких частиц взвеси органического и неорганического
происхождения и крупных бактерий. Она включает в себя макро и
микрофильтрацию. В качестве первой могут использоваться патроны
с картриджем в виде сеток с размером ячейки 5 мкм, устанавливаемые
в водопроводную трубу на входе в квартиру. В таких сетках задержи-
вается до 95% частиц размером до 15+50 мкм и более. Микрофиль-
трация с размером пор 0,5-Н мкм осуществляется путем установки
патрона с картриджем непосредственно перед сливным краном. Та-
кая очистка позволяет очистить питьевую воду от крупных и мелких
органических и неорганических частиц, с некоторой вероятностью
задержать крупные органические молекулы, микробы и даже виру-
сы, но пропускает все растворенные соли, газы, хлорорганику. Для
предотвращения размножения микрофлоры в картриджах и прорыва
сеток необходимо регулярно их снимать и промывать.

10.2.2.	Сорбционный способ очистки

Сорбционный способ очистки воды от находящихся в ней веществ
основан на способности развитой поверхности сорбента собирать их
в порах. От механической фильтрации этот процесс отличается тем,
что материал механического фильтра инертен, а сорбционного - ак-
тивен: его атомы за счет межмолекулярных связей образуют прочные
соединения с гидратированными частицами, ионами и молекулами
примесей, находящихся в воде. Производительность сорбционного
фильтра будет зависеть от размеров пор, общей пористости структуры
и химической активности вещества из которого он сделан. Типичным
материалом для целей фильтрации воды является активированный
уголь, где размер пор составляет от 20 до 1000 А, а полная поверх-
ность пор для лучших образцов, произведенного из скорлупы коко-
совых орехов, достигает 800-^-1500 м3/г. Такие сорбционные фильтры
удаляют из воды хлорорганику (хлороформ, СС14, бромдихлорметан
и другие вещества), тяжелые металлы (железо, свинец, кадмий и т.д.),
взвесь мелких твердых частиц, вредные газы (хлор, токсичные газы,
сероводород, летучие органические соединения, тригалометаны), пе-
стициды, вредные запахи, органические примеси, бактерии и цисты
одноклеточных организмов таких, как кишечная палочка, протозоа,
лямблии и криптоспоридии, частично вирусы. Большим минусом
угольных фильтров, является быстрое заполнение пор всеми при-
месями, имеющимися в воде, приводящим к необходимости частой
замены картриджей (один-два раза в месяц), и низкая скорость филь-
трации (менее 2 л в минуту). Кроме того, скопление микробов в пори-
стом материале и присутствие органики в воде приводят к быстрому
их размножению и заражению проточной воды. Такие характеристи-
ки активированного угля вызваны низкой энергией связи углерода с
молекулами воды (150 кДж/моль, см. табл. 6.9).

В то же время, если заменить активированный уголь, напри-
мер, на сорбент версойл, имеющий пористость 378 м2/г (см. гл. 7),
в который входят элементы 81, Ге, М§, А1, обеспечивающие энер-
гию связи до 470 кДж/моль, можно существенно улучшить качество
и срок службы фильтрующего элемента. В этом случае, например,
количество нефтепродуктов в воде уменьшается в 20000 раз, орга-
нических веществ в 5000 раз, ионов меди в 14 раз, ионов кальция в
4,5 раза, ионов железа в 276 раз. Причем фильтруемые органические
вещества не забивают пор сорбента, а разваливаются на простые
составляющие, включая газы, которые удаляются из воды. Еще од-
ним важным преимуществом этого сорбента является уничтожение
микробной флоры за счет высокоактивных молекул воды, излучаю-
щих фотоны света ультрафиолетового диапазона. Картридж с таким
сорбентом будет иметь большой срок службы и для его дальнейшей
эксплуатации достаточно будет промыть чистой водой.

Применяют также в качестве сорбентов совместную компоновку
шунгита и цеолита, первый из которых обладает ярко выраженными
бактерицидными свойствами, а второй - поглощает неорганические
примеси тяжелых металлов, хлорорганических соединений, аммиака,
нитратов [6.54]. Шунгит обеззараживает воду от кишечной палочки
и холерного эмбриона, очищает от фенола, диоксина и других орга-
нических загрязнителей, нейтрализует действие тех лекарств, кото-
рые после применения покидают организм в биологически активной
форме и попадают в питьевую воду. Вода, профильтрованная через
цеолит, приобретает бактериологический эффект: микробное число
ее после хранения при комнатной температуре, в 9^13 раз ниже, чем
очищенной через другие типы искусственных загрузок. Шунгит об-
ладает такими свойствами, потому что он практически полностью со-
стоит из пористого поликристаллического и нитеобразного углерода,
а цеолит содержит в своем составе алюмосиликаты и окислы крем-
ния, обладающие большой энергией связи с молекулами воды.

10.2.3.	Очистка воды с помощью ионообменных веществ

В этом методе очистки воды используют иониты - ионообмен-
ные (катионные и анионные) смолы или искусственные материалы с
такими же свойствами. Эти свойства связаны с тем, что ионообмен-
ный материал способен присоединять к себе ионы металлов и неме-
таллов из воды, отдавая в нее ионы ОН и Н+, которые после рекомби-
нации образуют молекулу воды. В остальном, эти вещества, подобно
сорбционным материалам, достаточно пористые и поглощают много
вредных веществ, но основное их назначение определяется способ-
ностью очищать воду от ионов тяжелых металлов (свинец, медь, кад-
мий и т.д.) и смягчения ее жесткости - удаление избыточных ионов
кальция и магния. Изготавливают специальные иониты, насыщенные
серебром или йодом, которые в воде дополнительно замещают ионы
металлов и неметаллов на ионы серебра и йода. Эта способность ио-
нитов позволяет обеззараживать воду от болезнетворных микробов,
но в этом случае необходимо следить, чтобы концентрация ионов се-
ребра и йода не превышала предельно допустимых значений.

10.2.4.	Осмотический способ очистки воды

В данном случае для фильтрации и очистки воды используют
полупроницаемую мембрану, разделяющей два параллельных ка-
нала, по которым течет водопроводная вода. В один канал под дав-
лением подается водопроводная вода и, проходя через мембрану за
счет явления обратного осмоса, увеличивается концентрация чистой
воды в другом канале. Полупроницаемые мембраны изготавливают
из разных материалов, в составе которых всегда присутствуют ато-
мы активных элементов, обладающих большой энергией связи с мо-
лекулами воды с размером пор и каналов 0,1-4),5 мкм. Мембраны в
зависимости от материала делают либо в виде полимерных пленок,
либо пластин из керамики. Керамические фильтры, например, изго-
тавливают из глины, вулканического стекла или магнитного желез-
няка, а также из специального стекла «пирекс», в которых размер
каналов и пор не превышают 0,5 мкм. Обратный осмос - это один
из самых эффективных методов удаления минералов, тяжелых ме-
таллов (свинец, медь, кадмий) мышьяка, солей (сульфаты, нитраты
и фториды), асбестовых волокон и практически всех органических
соединений. Мембраны задерживают взвеси, микрофлору, любую
органику, ионы кальция, магния и тяжелых металлов, успешно уда-
ляют различные химические соединения, такие, как фториды, ни-
траты, бактерии. Кроме того, они ограничивают количество цист та-
ких организмов, как криптоспоридии за счет малого размера пор. Во
всей литературе, посвященной очистке воды за счет явления осмоса,
объясняют фильтрацию свойством пор и каналов пропускать только
«маленькие» молекулы воды, что принципиально неверно.

Воздействие полупроницаемых мембран на воду и водные рас-
творы подробно описано в гл. 6 и 7, поэтому только кратко напом-
ним, что, благодаря сильным межмолекулярным связям молекул
воды с активными атомами, находящимися в веществе пор, проис-
ходит развал кластеров воды, диссоциация и ионизация молекул
Н2О. Из водного пространства пор происходит эмиссия свободных
электронов в близлежащие слои воды, создавая в них отрицательный
заряд, при этом сама мембрана заряжается положительно. Молекулы
воды в порах сильно накачиваются колебательной энергией (вплоть
до 250+300 кДж/моль), между ними происходит переизлучение све-
товых квантов от инфракрасного до ультрафиолетового диапазона,
диэлектрическая проницаемость уменьшается от величины е5=80,
характерной для обычной воды, до е5=4, образуются в больших
концентрациях элементы ОН, О, О3, Н, ОН', Н+. Поэтому, когда ги-
дратированные катионы попадают в зону действия мембраны, то их
гидратные оболочки разрушаются, сами ионы отталкиваются от по-
ложительно заряженной мембраны, а через нее проходят только мо-
лекулы воды за счет осмотического давления. Гидратированные ани-
оны сразу отталкиваются от отрицательно заряженных слоев воды,
расположенных рядом с мембраной, и таким образом осуществляет-
ся очистка воды от солей, а вода приближается по своим свойствам к
дистиллированной. Благодаря сильному колебательному возбужде-
нию молекул воды и излучению фотонов света в ультрафиолетовом
диапазоне происходит обеззараживание воды и гибель большинства
болезнетворных микробов. Кроме того, вода насыщается колеба-
тельной энергией и элементами ОН, О, О3, Н2О2, Н, ОН , Н+.

Керамические фильтры обладают тем преимуществом, что их
ресурс составляет более 4000 л, имеют продолжительный срок служ-
бы, на них не скапливаются и не размножаются микроорганизмы,
когда они засоряются, то достаточно их вынуть из корпуса и очи-
стить щеткой под струей холодной воды. Однако чтобы получить 1 л
чистой воды, необходимо слить в канализацию 6 л грязной воды.

10.2.5.	Электрохимический метод фильтрации

Данный способ очистки воды основан на электролизе воды с
полупроницаемой перегородкой между электродами. На электроды
подается постоянная разность потенциалов, и в области анода об-
разуется анолит с кислотной средой, а в районе катода - католит со
щелочной средой. У полупроницаемой мембраны со стороны анода
электронное облако и отрицательно заряженные ионы уйдут к элек-
троду, превращаясь в кислород и воду, а у катода концентрируются
ионы Н+, образующие молекулярный водород. В таких условиях ги-
дратированные анионы различных солей, присутствующие в воде,
попадая в мембрану, теряют свои гидратные оболочки, молекулы
воды проходят в анолит, а анионы скапливаются у катода, нейтра-
лизуются и выпадают в осадок в виде солей. Таким образом, анолит
существенно разбавляется чистой водой, а соли скапливаются в ка-
толите. Если в воде имеются хлориды или фтористые соединения,
то в анодном пространстве будут выделяться газообразный хлор и
фтор. За счет повышенной концентрации электронов, элементов ОН,
О, О3, Н2О2, Н, ОН , Н+, запасенной колебательной энергии и излуче-
ний фотонов света между молекулами Н2О в ультрафиолетовом диа-
пазоне в воде происходит полное уничтожение всех микробов. Этим
способом очистки можно разрушить или перевести в нейтральные
соединения многие вредные вещества, либо сосредоточить их в
определенном объеме и вылить вместе с водой в дренаж. То есть,
этот способ позволяет отделить очищенную воду от грязной, при
этом работает электрический ток и полупроницаемая мембрана, ко-
торые имеют большой срок службы. С другой стороны, этот метод
очистки имеет недостатки: высокая цена, необходимость регулярно
промывать электроды слабым раствором кислоты и невозможностью
контроля качества фильтрации (в домашних условиях).

10.2.6.	Окислительно-восстановительный способ очистки

Очищать воду можно также с помощью веществ, обладающих
редокс-потенциалом, к которым, например, относится специальный
медно-цинковый сплав. В научной литературе объяснения физико-
химическим процессам, происходящих в слабом водном электро-
лите, при контакте таких материалов с водой даются неправиль-
ные. Считается, что ионы различных солей, находящиеся в воде,
обладая сильным зарядом, притягиваются к материалу, имеющего
редокс-потенциал, приобретают или теряют электроны и меняют
свою структуру. Эта трансформация называется окислительно-
восстановительным процессом, или редоксом.

Эта теория сильно уязвима для критики. Во-первых, все ионы
в водном растворе гидратированы, и за счет перераспределенно-
го электронного облака в молекулах Н2О происходит практически
полная компенсация электрических зарядов ионов. Таким образом,
получаются фактически нейтральные частицы, которые не могут
самостоятельно притягиваться к твердому веществу. И только под
действием приложенного внешнего электрического поля, когда про-
исходит поляризация гидратных молекул воды, образуется частич-
ное разделение зарядов и создается крупномасштабный диполь, ко-
торый может двигаться к одному из электродов. Во-вторых, простые
равновесные химические реакции между гидратированными ионами
и материалом твердой стенки в воде при комнатной температуре не
должны идти, вследствие больших активационных барьеров.

Подробно о процессах, происходящих в воде, контактирующей
с твердыми материалами, содержащими в своем составе активные
элементы, описано в гл. 6, 7. Точно также, как и в случае полупро-
ницаемой мембраны, за счет высокоэнергетических связей активных
атомов твердой поверхности с молекулами воды создается их накач-
ка колебательной энергией, эмиссия электронов в приповерхност-
ный слой и образование между им и твердой поверхностью разности
потенциалов с напряженностью электрического поля, достигающей
105~Н06 В/см. Благодаря этому электрическому полю в отрицательно
заряженную прослойку воды у твердой поверхности притягиваются
гидратированные катионы, у которых разрушаются гидратные обо-
лочки, и они рекомбинируют до нейтральных атомов. Кроме того,
вследствие тех же процессов от твердой стенки отрываются атомы
и частички вещества, которые, вступая в реакцию с ионами и атома-
ми элементов, находящихся в воде, образуют нейтральные вещества.
При этом энергия активационных барьеров к реагирующим моле-
кулам поступает в виде фотонов света, излучаемых колебательно-
возбужденными молекулами воды.

Конкретно медно-цинковый сплав характеризуется энергией
связи Си с водой равной 336 кДж/моль и потенциалом нулевого за-
ряда 0,03 В (см. табл. 6.9). При контакте воды с ним потенциально
опасные химические вещества становятся безвредными. Так цинк
превращает хлор в растворимый хлористый цинк, медь вступает в
реакцию с сероводородом, образуя сульфид меди, а накипь из жест-
кого состояния переходит в порошкообразное. Эффективно снижа-
ется в воде содержание свинца, железа, мышьяка и ртути. Излучение
от колебательно возбужденных молекул воды и наличие радикалов
препятствует росту микробов.

10.2.7.	Активационные способы очистки воды

К активационным способам частичной очистки условно можно от-
нести: обработка переменным магнитным полем и ультрафиолетовым
излучением. Обработка воды магнитным полем осуществляется путем
пропускания ее через постоянный магнит и предназначена, в основном,
для уменьшения ее жесткости и накипи в сосудах при кипячении.

Для обеззараживания воды применяют также облучение ее уль-
трафиолетом в специальных устройствах, представляющих собой
цилиндрический металлический корпус с установленной в центре
источником излучения ультрафиолетового диапазона. Вода проходит
между корпусом и источником ультрафиолета, облучаясь в течение
нескольких секунд, после чего уничтожается большинство микро-
бов. Мощность таких источников обычно составляет около 60 Вт, а
ресурс работы - до 7500 часов. При низких эксплуатационных рас-
ходах можно обработать тысячи литров воды.

Описанные способы очистки водопроводной воды показывают,
что, в принципе, на современном уровне развитии этих технологий
можно получить «чистую» питьевую воду, снизив до минималь-
ных концентраций содержание вредных веществ и болезнетворных
микробов. В то же время «хорошая» очистка будет дорого стоить,
поскольку не только высока стоимость приборов бытового пользо-
вания, обеспечивающих высокое качество получающейся питьевой
воды, но и частая смена дорогостоящих картриджей. Кроме того,
очень часто характеристики бытовых очистителей воды и, в том чис-
ле срок службы картриджей, заявляемые в рекламных проспектах
и паспортах фирм-производителей, оказываются не соответствую-
щим действительности. Все это требует тщательных специализиро-
ванных и дорогостоящих проверок питьевой воды на химический и
биологический анализ, что не может себе позволить каждый рядо-
вой потребитель. Еще один фактор связан с тем, что до сих пор нет
четких критериев определения оптимального солевого баланса воды
для каждого человека в отдельности, когда, например, одному по-
лезна относительно жесткая вода, другому - мягкая.

10.3.	Влияние водопроводных сетей и систем очистки
на аттрактор воды

Проанализируем теперь еще одну из наиглавнейших проблем по-
требления питьевой воды человеком. Предположим, Вы приобрели
дорогостоящие бытовые приборы очистки питьевой воды и добились
ее высокого качества с точки зрения существующих стандартов, но
возникает вопрос: полезна или вредна она будет вашему организму с
точки зрения оптимальных характеристик аттрактора связанной воды
вашего организма? На этот вопрос не существует пока не только чет-
кого ответа, но и понимания всей сложности этой проблемы.

На основании достаточно большого опыта лечения людей ин-
фразвуком, ультразвуком, КВЧ излучением, монохроматическим
излучением (лазерная терапия) и ультрафиолетом (см. гл. 9) можно
сделать вывод, что основные собственные резонансные частоты свя-
занной воды в организме человека совпадают с собственными резо-
нансными частотами чистой объемной воды, имеющей энергию меж-
молекулярных связей ~41 кДж/моль (теплота испарения) (см. табл.
3.4 и 3.18). Поэтому человеку необходимо потреблять чистую воду
со спектральными характеристиками именно такого аттрактора.

Вода, находящаяся в трубах водопроводной сети длительное
время (часы и сутки), постоянно подвергается облучению от гидра-
тированных молекул Н,О, связанных в окислах железа Ее2О3*Н2О,
пЕеО«1Ее2О3»)Н,О и Ее(ОН)3. Рассмотрим этот вопрос подробнее с
учетом материалов, изложенных в предыдущих главах настоящей
книги. В жидкой воде постоянно идут процессы переизлучения фо-
тонов света от инфракрасного до ультрафиолетового диапазона, при-
чем для молекул обычной невозбужденной объемной воды макси-
мум функции распределения населенности колебательной энергии
приходится на первые-вторые колебательные уровни симметричной,
асимметричной и деформационной мод. Это означает, что основной
спектр излучений при переходе молекул воды из возбужденного со-
стояния на нулевой уровень или со второго на первый будет соответ-
ствовать следующим квантам энергии: 1720, 1757, 3477, 3657, 3744,
3752, 3848, 7401, 7600 см~' (см. табл. 3.4). Эти фотоны света будут
поглощаться гидратированными молекулами воды в окислах железа
по реакциям: Н2О(у1,у2,у3) + ДЕд—>Н2Огид(у1,у2,у3), где дефект энер-
гий ДЕд берется из кинетической энергии молекул, КолебатвЛЬНО-
возбужденные гидратированные молекулы Н2О окислов железа,
переходя в равновесное состояние, будут излучать фотоны света в
своем спектральном диапазоне, существенно отличающемся от спек-
тра объемной воды. Это связано с тем, что, например, энергия связи
молекул воды с атомами железа составляет 439 кДж/моль (см табл.
6.9), а с окислом ЕеО, соответственно, 236 кДж/моль. Это вызыва-
ет сильную деформацию молекул Н2О, перестройку колебательных
уровней, что видно из сравнения таблиц 4.3 и 4.3а, а также изменен-
ный спектральный состав излучаемых квантов энергии: 2205, 2253,
3878, 3970, 3978, 4080,4458, 7848, 8058 см1.

Длительное облучение молекул водопроводной воды от гидрати-
рованных молекул ЕеО»Н2О окислов железа, вследствие стремления
системы всех частиц к минимуму потенциальной энергии, приводит
к переходу аттрактора водопроводной воды со спектральными ха-
рактеристиками, образованными после прохождения систем очист-
ки на водопроводной станции, к аттрактору молекул Н2О, гидрати-
рованных на окислах железа. То есть, на выходе из водопроводного
крана вода будет находиться в устойчивом состоянии аттрактора с
существенно измененными спектральными характеристиками, по
сравнению с той, которая необходима для организма человека. При
длительном потреблении такой воды будет происходить постоянная
расстройка спектральных характеристик аттрактора связанной воды
во всех клетках, мембранах, межклеточной жидкости и т.д. организ-
ма человека, что негативно скажется на всех биологических процес-
сах, вызовет дополнительные затраты энергии, преждевременное
старение клеток и различные заболевания.

После прохождения воды через некоторые бытовые системы
фильтрации аттрактор водопроводной воды также может существен-
но измениться. Это касается следующих способов очистки: сорб-
ционный, ионообменный, осмотический, активационный, электро-
химический и окислительно-восстановительный. В данном случае
степень изменения спектрального состава аттрактора воды будет за-
висеть от длительности и энергии взаимодействия ее с активными
элементами, входящих в состав материалов сорбентов, ионитов, полу-
проницаемых мембран, веществ, обладающих редокс-потенциалом.
Сильное влияние на изменение аттрактора воды оказывают такие
внешние воздействия, как электролиз, облучение ультрафиолетом и
переменным магнитным полем, причем во всех случаях принципи-
ально всегда будет неизвестно - какие спектральные характеристики
аттрактора получатся. Активные способы очистки могут привести
к значительной энергизации воды, когда запасенная колебательная
энергия становится очень большой. В качестве примера можно при-
вести спектральные характеристики воды, очищенной сорбентами
СГН-30, Е-400 и АНМ [2.7], показанными на рис. 3.1а. Для этой воды
степень колебательного возбуждения молекул Н2О оказывается су-
щественно высокой, когда уровни симметричной и асимметричной
мод заселены вплоть до четвертого, деформационной - до третьего,
а спектральные характеристики смещаются в коротковолновую об-
ласть. В то же время для организма человека требуется уровень засе-
ления колебательной энергии для первых-вторых уровней и другой
спектр излучения.

Далее возникает вопрос: даже если вода «хорошо» очищена от
различных минеральных и органических примесей, означает ли это,
что получена питьевая вода высокого качества, благоприятная для
организма человека? Опытный гомеопат Вам ответит: нет, недоста-
точно, поскольку вода «помнит» о всех веществах, которые были в
ней. В соответствие с изложенной теории процессов, происходящих
в воде, изложенных в настоящей книге, этот ответ означает, что по-
сле очистки вода находится в аттракторе со спектральными характе-
ристиками, на которые повлияли все растворенные вещества в ней,
и он может быть неблагоприятен живому организму.

В этом плане потребление питьевой бутылированной воды в пла-
стиковой таре, широкое использование которой происходит в послед-
ние годы во всем мире, не решает проблемы «чистой» воды. Даже,
если такая вода действительно хорошо очищена от вредных веществ и
имеет сбалансированный состав солей и минералов, то под действием
реагентов, с помощью которых она очищалась, тех вредных элементов,
которые в ней раньше присутствовали, а также благодаря длительно-
му воздействию сильных электромагнитных, лучевых и акустических
полей, которые постоянно присутствуют в окружающем нас простран-
стве, ее аттрактор не будет соответствовать спектральным характери-
стикам, заложенным в генетическом коде ДНК человека.

В связи с вышеизложенным, возникает проблема перестройки
аттрактора воды, полученной после очистки с помощью бытовых
приборов, под заданные характеристики связанной воды человече-
ского организма. Во всей научной и околонаучной литературе, по-
священной этому вопросу, употребляют термин «структурирование
воды», который никак не отражает сущности проблемы, а просто ее
затуманивает. Понятие структуры можно применять к кристалли-
ческому телу, в то же время жидкая вода представляет собой набор
«свободных» молекул Н,О, кластеров, ионов, электронов, молекул
газов, микропузырьков, клатратов и т.д. Из этого состава только кла-
стеры и клатраты имеют жидкокристаллическую структуру и, если
под структурированием понимать укрупнение кластеров за счет
«свободных» молекул, то такая вода неблагоприятна для живого
организма. Это связано с тем фактом, что во всех видах жидкостях
организма большое значение имеет способность проникновения их
через микрокапиллярные каналы, где крупные кластеры размером
до 400А, присутствующие в чистой жидкой воде, не пройдут. Эта
проблема в живом организме решена Природой за счет присутствия
в органических водных растворах ионов Са2+, М§2+, К+, 2п2+, Си2+,
М2', Со2+, Ее2', Ее’+, Мп2+, Сг2", У2+, С1", Н2РО43, НРО42, НСО', 80/ ,
которые за счет энергии гидратации разрушают крупные водяные
кластеры до размеров 5^-1 оА. Поэтому более правомерно употребле-
ние терминов энергизация, подразумевающая увеличение запасенной
колебательной энергии в воде и интенсивности излучения фотонов
света в ней от инфракрасного до ультрафиолетового диапазонов,
а также нейтральное понятие - активация воды, связанная с различ-
ными типами внешних воздействий на нее.

Рассмотрим в дальнейшем различные виды энергизации и акти-
вации сырой питьевой воды после ее очистки с помощью бытовых
приборов с целью получения заданного аттрактора, благоприятного
для человека. Для приготовления такой воды, еще раз подчеркнем,
нельзя использовать кипяченую воду, как рекомендуют многие спе-
циалисты и любители. Это связано с тем, что структура кластеров
и аттрактор в ней сильно изменяются и для того, чтобы ее характе-
ристики восстановилась до нормальных, требуется не менее семи
суток выдержки при комнатной температуре, а за это время в ней
увеличивается концентрация болезнетворных микробов.

10.4.	Талая вода

О талой воде написано много и практически в каждой книжке
или брошюре, посвященной питьевым и лечебным водам, но нигде
в этой популярной литературе [6.54, 10.1, 10.3, 10.5,9.72] нет объяс-
нений ее уникальных свойств, соответствующих действительности,
поэтому попытаемся восполнить этот недостаток. Давно уже отме-
чено, во время таяния снегов и льда стремление животных, птиц,
насекомых пить именно талую воду. Многочисленные виды пере-
летных птиц ранней весной, когда начинают таять снега и льды к
моменту вскрытия рек, мигрируют на расстояния 5000+10000 км из
южных стран, где достаточно им корма, в полярные северные районы
земли, чтобы за короткое время вывести потомство. Исследователи-
полярники засвидетельствовали, что у краев тающих льдов особенно
бурно развиваются микроорганизмы, мелкие водоросли, хотя усло-
вия для их развития далеко не лучшие. Обратим внимание также на
тот факт, что киты выводят своих детенышей в непосредственной
близости от айсбергов. Сельские жители заметили, что домашние
животные охотно пьют такую воду: как только на полях начинают
сходить снега, домашний скот устремляется к лужицам талой воды.
Животные выводят свое потомство преимущественно в весеннее
время - период таяния снега и льда, а потребление талой воды обе-
спечивает детенышам активный рост. В талой воде с удовольствием
купаются птицы, бродят олени, вблизи тающих льдов на альпийских
лугах растительность всегда пышнее. Полив талой водой повышает
урожайность сельскохозяйственных культур, ускоряет прорастание
семян. При потреблении талой воды устойчиво повышаются приве-
сы в животноводстве, ускоряется развитие цыплят. Исследования по-
казали стимулирующее действие талой воды на биологические объ-
екты, она ведет себя как своеобразный биологический стимулятор
[10.7]. Авторы работы [10.8] подтверждают важную биологическую
роль свежеталой воды и отмечают увеличение плодовитости мышей,
пьющих талую воду, а поросята, которым давали такую воду, прибав-
ляли в весе интенсивнее, чем те, которые получали обычную воду.

По многочисленным опытным данным установлено, что талая
вода благоприятно сказывается на здоровье человека [7.35,9.1,10.9].
При ее потреблении очищаются сосуды, кровь, лимфа, кости, су-
ставы, сухожилия и вообще весь организм, активизация процессов
обмена веществ позволяет не только выводить из организма разные
шлаки, но и удалять старые, уже разрушенные клетки. Постоянное
употребление талой воды обеспечивает повышение физиологиче-
ской активности человека, способствует излечению мочеполовой
системы и импотенции. Талая вода обеспечивает человека допол-
нительной энергией, снижает утомляемость, позволяет обходиться
меньшим, чем обычно, количеством пищи и сна. Люди, которые го-
лодают на такой воде, практически не испытывают чувства голода,
а организм очищается хорошо. Эксперименты показали, что такая
вода лечит тяжелейшие формы артритов, варикозов, остеохондро-
зов, радикулиты, атеросклерозы, аллергии, мигрени и многие дру-
гие болезни. Она прекращает сильные геморроидальные кровоте-
чения, у сердечно-сосудистых больных значительно понижается
содержание холестерина в крови и улучшает обмен веществ, служит
эффективным средством против патологической полноты. Свежая
талая вода влияет на энергетический, информационный, гумораль-
ный, ферментативный уровни живого организма. Талая вода позво-
ляет спортсменам показывать высокие результаты и сокращает вре-
мя вхождения их в форму. Все вышеперечисленные свойства талой
воды связаны с тем, что она ведет как биологический стимулятор и
благотворно влияет на активность ряда ферментов, повышение фа-
гоцитатной активности нейтрофилов крови и активности лизоцима
в сыворотке [2.7].

Как же объясняют ученые и исследователи влияние талой воды
на живой организм. Одни связывают уникальные свойства воды с
тем, что она сохраняет упорядоченность структуры льда и поэтому
легко усваивается живыми организмами [9.17,7.36]. Другие считают,
что она близка по структуре к клеточной воде, имеет упорядочен-
ную, склонную к полимеризации, структуру, а также равновесный,
сбалансированный показатель рН (динамически сбалансированную
концентрацию ионов Н3СГ и ОН ) [7.36]. Третьи полагают, что талая
вода идентична по своему строению физиологическому раствору,
который соответствует всем жидкостям в организме: кровь, межтка-
невая плазма, внутриполостная, спинномозговая, внутрисуставная и
т.д. [9.68]. Другие предполагают, что свойства талой воды связаны
с изменением соотношения между пара и ортоводородом в пользу
первой формы, тогда как в обычной воде это соотношение равно ‘/з
[10.11]. Или выдают еще такой перл: в талой воде молекулы по раз-
меру такие маленькие, что беспрепятственно проходят через мем-
брану клетки [7.35]. В то же время имеется мнение, что в основе
наблюдаемых явлений лежит изотопный или газовый состав воды
[3.41,10.12]. На самом деле все эти объяснения не соответствуют в
полной мере действительности и легко уязвимы для критики.

Во-первых, в свежеталой воде за счет повышенной запасенной
колебательной энергии, сохраняющейся некоторое время, благодаря
тому, что энергия связей молекул Н2О во льду примерно на ~10 кДж/
моль больше, чем в жидкой воде при комнатной температуре, пре-
обладают кластеры больших размеров, имеющих тетрагональную
структуру. В физиологических растворах всех жидкостей в живом
организме, как уже говорилось выше (см. также гл. 9), благодаря
присутствию сильных двухзарядных ионов и крупных органических
молекул с гидрофобной наружной поверхностью крупные кластеры
разрушаются. Кроме того, структура связанной воды, присутствую-
щая во всех тканях организма, определяемая размером пор (20+50 А)
и энергией связей с активными атомами (150+395 кДж/моль), стано-
вится уже не тетрагональной, а приближается к кубической структу-
ре льдов VI, VII, VIII. Во-вторых, считают, что сходство талой воды
и органических жидкостей основано на близких характеристиках
уменьшения вязкости и поверхностного натяжения, что принципи-
ально неверно, поскольку они вызваны разными причинами. В талой
воде поверхностное натяжение уменьшается вследствие укрупнения
кластеров, о чем подробно изложено в гл. 6. В органических жидко-
стях большое количество молекул воды уходит в гидратные оболоч-
ки ионов и связанную воду органических молекул, вследствие чего
межмолекулярные связи между этими образованиями уменьшаются.
Кроме того, у всех органелл большая часть наружной поверхности
гидрофобно, что, с одной стороны, усиливает развал крупных кла-
стеров воды, благоприятствуя уходу отдельных молекул Н2О в ги-
дратные оболочки и связанную воду, а с другой - являясь хорошей
«смазкой», существенно уменьшает связи органелл с молекулами
воды. Эти два фактора и определяют уменьшение вязкости органи-
ческих жидкостей. Радиусы молекул Н2О для льда I и объемной воды
слабо отличаются друг от друга: 1,45 и 1,465 А (см. табл. 2.2) и не
определяют особых свойств талой воды. Предположение отличия
соотношения орто и параводы в талой воде по сравнению с обычной
водой является чисто гипотетическим и требует тщательной экспе-
риментальной проверки.

По мнению автора, уникальные качества талой воды опреде-
ляются тремя факторами: содержанием в ней в коллоидной форме
частиц минералов и солей, включающих большую часть элементов
периодической таблицы; увеличением запасенной колебательной
энергии молекул Н2О и, как следствие, интенсивности переизлуче-
ний между ними; уменьшением содержания тяжелой воды.

Ядром конденсации каждой капли водного аэрозоля и снежин-
ки в атмосфере служат минеральные частички атмосферных аэро-
золей, поскольку вероятность конденсации паров воды, начиная с
единичных молекул, крайне низкая. Наиболее вероятные размеры
атмосферных аэрозолей составляют 0,1+2 мкм, а химический со-
став минеральных составляющих над континентами в среднем сле-
дующий: 8Ю2 - 40+50%, А12О3 - 15%, Ее - 5,4+6%, СаО - 2,4+0,9%,
№,О - 2+1,5%, К_>О - 1,9+1,1 %, М§О -1,5+1,2%, ТЮ - 1 +0,2%, МпО
- 0,08+0,05% [9.69]. Кроме этих компонентов наблюдается относи-
тельно большое содержание элементов: Си, Ва, №, 8с, Сг, Хп. Над
морской и океанской поверхностью химический состав минераль-
ных частиц примерно соответствует составу сухого остатка морской
воды: №С1 - 78%, МёС1 - 11%, Са8О4+№28О4+ К_,8О4 - 11%. Вме-
сте с минералами и солями в воздушной атмосфере много гумино-
вых частиц органического происхождения, источником которых яв-
ляются растительность, насекомые, различные почвенные бактерии.
Когда капли дождя или снежинки падают из облаков на землю, то
за счет адгезии на них осаждается значительное количество таких
частиц. Таким образом, снег и лед на земной поверхности, обра-
зовавшиеся за счет атмосферных осадков, оказываются насыщены
солями, минералами, микроэлементами и гуминовыми веществами
в виде мельчайших частиц, при этом энергия связи активных ато-
мов, присутствующих в них, с молекулами воды достигает величин
162^-586 кДж/моль.

При таянии такого снега и льда эти частички не опускаются на
дно водоема, лужицы, ручья, а остаются в воде в коллоидной форме.
Образование коллоидных частиц вызвано вышеописанными процес-
сами взаимодействия полупроницаемых мембран и твердой гидро-
фильной поверхности, содержащей активные атомы, с молекулами
воды (см. гл. 6). Благодаря большой энергии этих связей происходит
диссоциация, ионизация молекул Н2О и эмиссия электронов с по-
верхности частички в близлежащие слои воды, в результате чего ми-
неральная частица ядра заряжается положительно, а ионная атмосфе-
ра молекул воды вокруг его - отрицательно. В случае гидрофобных
частиц, например, таких как гидроокиси алюминия и железа, за счет
покрытия их поверхности гуминовыми веществами они становятся
гидрофильными и образуют вокруг себя ионную атмосферу [10.2].

Обратим здесь внимание, что по массовому минеральному со-
ставу частиц почти половина приходится на двуокись кремния и за
счет большой энергии связи его, а также других элементов молекулы
воды вблизи поверхности частиц будут колебательно возбуждены.
Переизлучение фотонов света между колебательно возбужденными
молекулами Н2О приведет к колебательной накачке остальной массы
воды. Общий запас колебательной энергии увеличивается также в
момент таяния снега и льда на величину ~10 кДж/моль, за счет раз-
ности средней энергии межмолекулярных связей во льду ~50 кДж/
моль и жидкой воде -40 кДж/моль.

Таким образом, талая вода, полученная из льда и снега горных
ледников, льдин и айсбергов в морях и океанах, а также на поверх-
ности суши, где нет сильных загрязнений промышленной деятель-
ностью человека, насыщена кремнеземом и другими веществами в
коллоидной форме, а также энергией в виде фотонов света в широ-
ком спектральном диапазоне от инфракрасного до ультрафиолетово-
го. Кроме того, в ней существенно снижена концентрация тяжелой
воды, что доказано экспериментально. При этом нужно подчеркнуть
принципиальную вещь, что аттрактор такой воды по спектральным
характеристикам за счет присутствия окислов кремния полностью
соответствует тому, который заложен в генетическом коде молекул
ДНК животных и человека. При потреблении такой воды в организм
попадают кремнезем и другие минеральные вещества в легко усвояе-
мой коллоидной форме, которые необходимы для его жизнедеятель-
ности и развития, а также происходит дополнительная энергизация
всех видов клеток и протекающих биологических процессов.

В домашних условиях жителям крупных городов, поселков и
сел в зимний период нельзя брать снег и лед на улице, в полях, лесах,
озерах и реках, поскольку в них наверняка будут большие примеси
солей тяжелых металлов, сернистых соединений, хлоридов, токси-
нов, нефтепродуктов и болезнетворных микробов. Поэтому можно
рекомендовать изготовление талой воды из водопроводной с целью
снижения концентрации тяжелой воды и солей металлов. Очищен-
ная сырая вода разливается в небольшие пластмассовые сосуды на
85% их объема, закрывается крышками и ставится в морозильник.
При достижении температуры воды примерно +3°С она вынимает-
ся из холодильника и появившийся лед (тяжелой воды) снимается
и выбрасывается, а емкости с остальной водой снова ставятся в мо-
розильник. Когда замерзнет примерно % всей воды можно вынуть
ее из холодильника, слить оставшуюся воду (насыщенную солями),
вынуть лед, обмыть его под струей холодной воды и растопить при
комнатной температуре. По этой методике получается талая вода,
очищенная от тяжелой воды, частично опресненная и немного энер-
гизованная, но с неизвестным аттрактором. Энергизация такой та-
лой воды сохраняется не более восьми часов, ее нельзя держать в
металлическом сосуде и нагревать выше 37°С.

10.5.	Обработка воды минералами

10.5.1.	Вода, обработанная кремнем

За последние десятилетия получило широкое распространение
обработка питьевой воды кремнем. На основании большого прак-
тического опыта определено, что такая питьевая вода приобретает
прекрасные вкусовые качества и, кроме того, обладает лечебными
свойствами. В то же время разумных объяснений свойствам такой
воды в научной литературе нет, поэтому попытаемся подробно рас-
крыть физический принцип действия таких минералов на воду.

Еще наш крупнейший ученый В.И. Вернадский отмечал, что ни
один живой организм не может существовать и развиваться при де-
фиците элемента кремния (81). Исследования показали, что, наряду
с другими элементами, доля кремния в биосфере составляет почти
30% и, следовательно, настолько же здоровье человека зависит от
этого элемента. Из 70-ти химических элементов, обнаруженных в
организме человека, по концентрации кремний занимает 15-е место,
но если учесть его восьмикратное использование в биологических
процессах, то по важности он занимает одно из первых мест [7.36].

Кремний (81) является основным элементом связи в цепочке
мозг - тело, и при его дефиците страдает в первую очередь централь-
ная нервная система, уменьшается эластичность сосудов. Кальций
(Са), замещающий кремний в сосудистой стенке, делает их жестки-
ми, а оседающий холестерин запускает механизм развития таких бо-
лезней, как стенокардия, ишемическая болезнь сердца, кардиоскле-
роз, инфаркт и инсульт, варикозное расширение вен и тромбофлебит,
нервно-психические заболевания. Введение в организм кремния в
виде коллоидных частиц кремня останавливает развитие атероскле-
роза и помогает восстановить нормальную чистоту, эластичность
и функцию сосудистой стенки. Кремний также оказывает прекрас-
ную помощь нормальной микрофлоре кишечника в поддержании
внутренней чистоты организма. При этом молочно-кислые палочки,
бифидо- и лактобактерии не сливаются с коллоидными частичками
кремня и остаются в кишечнике, обеспечивая его нормальное функ-
ционирование [6.54]. В то же время, коллоидный кремень обладает
способностью «приклеивать» на себя вирусы гриппа, гепатита, по-
лиартрита, ревматизма, кандиды, канидии, дрожжи и иные микро-
организмы, вызывающие паталогические срывы, как в крови, так и в
кишечнике. После вывода таких коллоидных образований из крови
и кишечно-желудочного тракта организм очищается от болезнетвор-
ных вирусов [7.36].

По мнению автора настоящей книги, влияние кремния в живом
организме на его нормальное функционирование вызвано следую-
щими причинами. Элемент 81 обладает сродством атома к электрону
и является гидрофильным, то есть образует прочные связи с молеку-
лами воды с энергией от 376 до 245 кДж/моль (см. гл. 2). Связанная
вода, находящаяся в порах тканей, сухожилий, костей и т.д., где в
состав органических молекул входит кремний (см. рис. 2.4), за счет
такой энергии межмолекулярных связей оказывается насыщенной
колебательной энергией, которая постоянно переизлучается в виде
фотонов света и поглощается окружающими органеллами, обеспечи-
вая преодоление активационных барьеров всех химических и орга-
нических реакций (см. гл. 6, 7,9). Эти процессы обеспечивают также
поддержание аттрактора связанной воды в состоянии со спектраль-
ными характеристиками, заложенными в генетическом коде молекул
ДНК. Кроме того, частички кремня или других окислов кремния, на-
ходящиеся в кишечнике, крови и межклеточной жидкости, опять за
счет тех же процессов создают эмиссию электронов, заряжаясь поло-
жительно и образуя вокруг себя отрицательно заряженную ионную
атмосферу (см. гл. 6). Вследствие этого, с одной стороны, благодаря
излучению фотонов света колебательно-возбужденными молекула-
ми воды, находящимися в приповерхностном слое частиц, насыща-
ется энергией окружающий биологический раствор, что благопри-
ятствует энергонасыщению клеток, жизнедеятельности бактерий и
всех реакций. С другой стороны - благодаря внешнему отрицатель-
ному заряду коллоидных частиц кремня, крупные бактерии, такие
как молочно-кислые палочки, бифидо- и лактобактерии, имеющие
также отрицательный заряд на наружной поверхности [6.81] и на-
ходящиеся в кишечнике, не прилипают к ним. Поскольку вирусы не
обладают клеточной структурой, а представляют собой образования,
состоящие из белковых веществ и нуклеиновой кислоты [6.81], то
под действием электростатического поля большой напряженности,
создаваемого кремневой коллоидной частицей, они поляризуются и
притягиваются к наружной ионной атмосфере частицы. Благодаря
такому процессу вирусы адсорбируются на коллоидных частичках
кремня, которые затем выводятся из организма.

В соответствие с правилом квантования числа протонов в ядрах
элементов органических соединений (см. гл. 9), элемент 81, имею-
щий в ядре 14 протонов, может быть заменен другим элементом или
молекулой с таким же или кратным ему числу протонов. У молекул
вещества СаО, которое хорошо растворяется в воде (равновесное со-
держание СаО в воде при температуре 35°С составляет ~1 г/л [10.6]),
суммарное число протонов равно 28, то есть два атома кремния мо-
гут быть заменены одной молекулой СаО. В случае нехватки крем-
ния и его окислов в пище и, особенно в коллоидной форме в воде,
при образовании органических молекул происходит их замещение
молекулами СаО. Но элемент Са не обладает сродством к электрону
и является гидрофобным, а гидрофильной является только молеку-
ла СаО с энергией гидратации 81 кДж/моль [10.6], то есть энергия
ее связи с молекулами воды в 3^4,6 раза меньше, чем у кремния.
При растворении окислов кальция в воде образуются смесь гидрати-
рованных молекул СаО«пН,О и ионов Са++. С одной стороны, ионы
Са++ необходимы живому организму, с другой - при нехватке крем-
ния идет его замещение в органеллах на молекулы СаО. Молекулы
СаО, обладая низкой энергией связи с молекулами воды, не создают
достаточного запаса колебательной энергии в молекулах воды и со-
ответствующей интенсивности переизлучаемых фотонов света, что
существенно снижает интенсивность химических и биологических
реакций в клетках и тканях живого организма. Кроме того, замена
кремния на окись кальция изменяет спектральные характеристики
аттрактора связанной воды, которые оказываются несовместимы с
заложенными в генетическом коде ДНК, вследствие чего и развива-
ются различные заболевания в живом организме.

Достаточно длительное контактирование воды с горными поро-
дами, содержащими элемент 81, существенно улучшает ее качества,
рассмотрим, в частности, воздействие на нее породы кремень. Силь-
ную связь между молекулами воды и окислами кремния подметили
давно. Сравнение кристаллической структуры воды с кристалличе-
ской структурой кварца 8Ю2 [2.6] показывает, что тетраэдрическая
структура воды обусловлена ее реологической связью с кварцем и
другими кремнийкислородными минералами, преобладающими
в земной коре, из недр которой когда-то появилась вода на Земле.
Поэтому наличие в воде кремнийкислородных элементов (солей) за-
ставляет перестраиваться ее молекулы относительно своих граней
и связей, образуются их гидратные соединения, что ведет к увели-
чению степени деформации молекул Н2О и, как следствие, к росту
запасенной колебательной энергии в среде.

Кремень представляет собой плотную разновидность кремнезе-
ма (8Ю2), который входит в раздел классификации минералов под
названием халцедон. Кремень - это непрозрачный халцедон темного
или серого цвета, раскалывающийся на обломки с острыми режу-
щими краями, при ударе о сталь он дает искры. Если его тереть в
темноте, то испускается дождь искр - явление, известное под на-
званием триболюминесценция. Рентгеноструктурные исследования
показали, что кремень сложен из аморфного кремнезема, являю-
щегося первичным продуктом накопления поликремневой кислоты
из природных вод биогенным и неорганическим путем, а также
микрокристаллическим кварцем и микроволокнистыми агрегатами
из них, причем отдельные волокна представляют собой пучки еще
более мелких кристаллов с примесями окислов железа и алюминия.
Аморфный кремнезем имеет формулу 8Ю2*пН,О и сложен из шаро-
видных частиц (глобул) диаметром 1500+3500 А. Сами глобулы име-
ют сложную внутреннюю микроструктуру и построены из частиц
кремнезема порядка нескольких сотен ангстрем и меньше [10.13].
Необходимо подчеркнуть, что находящийся в составе кремня аморф-
ный кремнезем содержит гидратированную воду (см. рис. 2.4), а кри-
сталлы кварца, имеющие формулу 8Ю2, очень плотные и такой воды
не содержат. Кремень имеет мелкопористую структуру и при погру-
жении его в воду он ее впитывает, что подтверждается многолетней
практикой окраски халцедонов. Фотография образца кремня девон-
ского периода из Подмосковья приведена на рис. 10.2 (с любезного
разрешения Браташова Н.Ю.).

Процесс активации воды кремнем осуществляется точно так же,
как описанный выше в полупроницаемой мембране, в веществе ко-
торой имеются активные
элементы (см. гл. 6). Ког-
да камень кремня погру-
жается в воду, то за счет
энергии связи аморфного
кремнезема с молекула-
ми воды, находящимися
в порах, происходит их
диссоциация, ионизация
и эмиссия электронов
с поверхности камня в
близлежащие слои воды.
В этом случае наружная
поверхность камня заря-
Рис. 10.2. Образец конкреции кремня девонского пери- жаетСЯ ПОЛОЖИТеЛЬНО, а
ода из Подмосковья. (Авторский снимок Браташова ТОНКИЙ СЛОЙ ВОДЫ ВОКруГ
НЮ.)	него отрицательно, при

этом напряженность электрического поля между ними может дости-
гать 105-Ч06 В/см. Молекулы воды, находящиеся в приповерхностном
слое, колебательно возбуждены вплоть до шестых колебательных
уровней симметричной и асимметричной мод с энергией квантов
21159 и 21648 см '. Эти возбужденные молекулы будут постоянно из-
лучать кванты света, которые резонансно поглотятся в окружающем
объеме воды, благодаря чему повысится общий уровень запасенной
колебательной энергии всей воды. Вода перейдет в аттрактор с повы-
шенным содержанием перекиси водорода, обеспечивая ее бактери-
цидные свойства. Таким образом, получается энергизованная вода по
степени кислотности сдвинутая в щелочную область.

Здесь нужно подчеркнуть, что описанный процесс энергизации
воды при контакте ее с аморфным кремнеземом (81О2»пН2О) проис-
ходит благодаря сильному колебательному возбуждению гидратиро-
ванных в нем молекул Н2О. В то же время плотный кварц не обла-
дает такими свойствами, поэтому при покупке образцов кремня для
активации воды необходимо требовать сертификат, в котором указы-
валось бы процентное содержания обеих форм кремнезема.

Многочисленные исследования такой воды показали, что проис-
ходит интенсивное оседание солей металлов А1, Ее, Сд, Сз, Хп, РЬ,
8г, очистка от радионуклидов, разложение химических соединений,
устранение неприятных запахов, уничтожение микробов. Кремневая
вода, начиная с седьмого дня воздействия минералом, обладает спо-
собностью укреплять гомеопатические возможности крови, у людей,
постоянно потребляющих такую воду, существенно уменьшается
риск заболеть раком. Эта вода помогает возобновить утраченный и
усилить ослабленный иммунитет, снижает количество холестерина
в крови, быстро залечивает раны, препятствует развитию аденомы
и импотенции у мужчин, а также предупреждает бесплодие у жен-
щин. Потребление кремневой воды улучшает состояние желудочно-
кишечного тракта, нормализует обмен веществ, останавливает кро-
вотечение, снимает воспалительные процессы, регенерирует ткани
при ранах и ожогах, лечит парадонтоз и конъюнктивит, почечные за-
болевания, повышает сопротивляемость организма и т.д. [7.36,10.5,
9.72]. Самое главное - кремневая вода образует аттрактор, полно-
стью соответствующий спектральным характеристикам, зало-
женным в генетическом коде молекул ДНК человека.

Способ приготовления воды, настоянной на кремне, следую-
щий. Очищенная с помощью бытовых фильтров сырая водопрово-
дная вода заливается, допустим, в две большие стеклянные банки
(~5 л), в одну из которых кладется кусочек кремня весом 1(Н20 г.
Банки закрываются крышками и ставятся рядом на светлое место,
исключая возможность попадания прямых солнечных лучей на них.
Вода выдерживается не менее семи суток, после чего ее можно пить.
Когда в первой банке останется примерно 1/3 объема нужно акку-
ратно слить сверху часть воды в свободную емкость, а остальную
часть воды, где скопились соли вылить в канализацию. Затем эту
банку с кремнем вымыть чистой водой, залить туда ту часть воды,
которая была в ней, долить до верха водой из второй банки, а во
вторую банку налить свежую очищенную водопроводную воду. При
соблюдении такой процедуры воду из банки, где находится кремень
можно начинать пить уже через час. Не реже раза в неделю нуж-
но промывать кремень от наслоений, слизи и солей чистой водой
и мягкой щеткой без какого-то мыла и шампуней. Вследствие на-
личия микропористой структуры у кремня она с течением времени
забивается осадками, обычные промывки не помогают, и он теряет
свои свойства, поэтому автор рекомендует не раже одного раза в два
месяца очищать кремень в ультразвуковой ванне с водой.

Еще раз напомним, что таким образом получается энергизован-
ная вода, обладающая бактерицидными свойствами, с аттрактором,
спектральные характеристики которого соответствуют заложенным
в генетическом коде ДНК человека, но коллоидных частиц из крем-
незема в ней не будет. Чтобы компенсировать нехватку коллоидного
кремния в организме рекомендуется пить настой хвоща полевого, в
котором много кремния, съедать в день по чайной ложке каолиновой
глины, постоянно включать в свой рацион питания продукты бога-
тые кремнием - это цельные злаки и крупы [6.54].
10.5.2.	Воздействие шунгита на воду

Шунгит это пористый минерал, состоящий из особой разновид-
ности углерода с незначительной примесью окислов железа и крем-
незема. Структура минерала микрокристаллическая и состоит из
молекул фуллерена (С^) - кристаллической разновидности углерода,
которые по форме и строению сходны с водными клатратами. Един-
ственное в мире месторождение шунгита находится в Карелии, целеб-
ные свойства которого были хорошо известны с петровских времен.
Заонежские шунгиты уникальны, содержание углерода в них может
достигать 100%. Некоторые их разновидности внешне напоминают
каменный уголь. Этот минерал под названием «аспидный камень»
использовался для обработки воды, которая после контакта с ним
приобретала бактерицидные и лечебные свойства. Так в санатории
«Кивач», что в 50 км от Петрозаводска, лечат от разных заболеваний
водой из горной реки, берега которой сложены шунгитом [6.54].

Физика воздействие минерала шунгита на воду аналогична
кремню, но характеристики его значительно слабее, что связано с
низкой энергией связи углерода с молекулами Н2О (150 кДж/моль,
см. табл. 6.9). В связи с этим степень энергизации воды оказывается
меньше, и удаление куска шунгита из воды, либо слив ее из емкости
приводит к быстрому исчезновению этого эффекта (от нескольких
часов до, максимум, одних суток) [7.38]. Кроме того, к недостаткам
шунгита следует отнести, во-первых, быстрое загрязнение микро-
пор, которые не удаляются обычной промывкой, а во-вторых, самое
главное - получающийся аттрактор воды по своим спектральным
характеристикам не соответствует тому, который заложен в генети-
ческом коде молекул ДНК организма человека.

10.6.	Воздействие электромагнитных волн
миллиметрового и дециметрового диапазона
через промежуточный корректор на воду

В данном разделе показываются способы энергизации и актива-
ции воды, физика которых подробно описана в гл. 7 и 8. К конкрет-
ным устройствам реализации этих способов относятся: «Аквадиск»
и «Росинка», выполненных в виде деревянной подставки, бипирами-
ды А.Ф. Панова, рамные устройства В.К. Селищева, корректирую-
щие элементы В.П. Аванесяна (рис. 7.9, 7.11, 8.6).

В устройствах «Аквадиск» и «Росинка» вмонтированы коррек-
тирующие элементы, представляющие собой пластмассовые коро-
бочки с микрокристаллическим порошком, состоящим из гидратных
соединений кремнезема, алюмосикатов и других элементов. Кроме
того, в деревянной подставке «Аквадиска» вмонтирован неболь-
шой постоянный магнит. На последней стадии изготовления этих
устройств на них устанавливается сосуд с чистой родниковой водой
на несколько суток, качество которой достоверно известно. В этом
случае молекулы связанной воды, находящейся в порах деревянной
подставки, и гидратных молекул в порошке минералов корректирую-
щих элементов под влиянием электромагнитных полей ультразвуко-
вого и КВЧ диапазонов, а также световых квантов от инфракрасного
до ультрафиолетового диапазона, излучаемых родниковой водой, пе-
реходят в устойчивый аттрактор с теми же характеристиками. Если
теперь поставить на эти деревянные подставки в стеклянном сосуде
обыкновенную воду и закрутить ее по часовой стрелке, то через не-
сколько часов ее аттрактор будет соответствовать аттрактору чистой
родниковой воды. Необходимо отметить, что характеристики этой
воды неоднократно проверялись независимыми экспертами, а в ле-
чебных качествах на практике убедилось много людей.

К недостаткам этих устройств следует отнести: а) неизвестны ха-
рактеристики аттрактора эталона - родниковой воды и соответствуют
ли они аттрактору связанной воды человека; б) со временем под влия-
нием сильных внешних электромагнитных волн, которыми насыще-
на атмосфера, характеристики аттрактора молекул связанной воды в
дереве могут сильно измениться; в) общая энергизация обрабатывае-
мой воды оказывается слабой и она быстро теряет свои свойства.

Устройства В.П. Аванесяна (биокорректирующий элемент,
рис. 10.3), А.Ф. Панова и В.К. Селищева сделаны несколько иначе,
в которых также имеются корректирующие элементы с порошком
поликристаллических ми-
нералов, состоящих из ги-
дратных соединений крем-
незема, алюмосиликатов и
т.д. Кроме того, в конструк-
цию устройств входят про-
волочные антенны милли-
метрового диапазона (В.П.

Аванесяна) и дециметрово-
го (А.Ф. Панова и В.К. Се-
лищева). Принцип работы
этих устройств заключается
в следующем: проволочные
антенны принимают элек-
тромагнитное излучение,
Существующее В окружаю- рис, 10.3. Биокорректирующий элемент для обра-
щем Нас пространстве, И ботки питьевой воды В.П. Аванесяна.
переотражают в заданном диапазоне длин волн на порошок из ми-
нералов. Если частота приходящих электромагнитных колебаний со-
впадает с собственными резонансными частотами молекул связанной
воды этих минералов (табл. 3.18), то они перейдут в колебательно
возбужденное состояние. Далее эти молекулы, переходя в равновес-
ное состояние, будут излучать фотоны света, КВЧ и УЗ излучение
в спектральном диапазоне, соответствующему характеристикам (ат-
трактору) связанной воды в поликристаллическом порошке. Если
теперь воздействовать этим излучением на обрабатываемую воду, то
молекулы ее будут колебательно возбуждаться, и ее аттрактор будет
строго соответствовать характеристикам аттрактора связанной воды
в порошке. При этом, если в порошке основную долю составляет
гидратированный кремнезем, то полученный аттрактор будет соот-
ветствовать аттрактору связанной воды в организме человека. К до-
стоинствам этих устройств следует отнести высокую стабильность
исходного аттрактора связанной воды в поликристаллическом по-
рошке, достаточно большую мощность излучения от биокорректора
и высокую энергизацию молекул обрабатываемой воды.

Активация очищенной питьевой воды с помощью биокорректи-
рующего элемента Аванесяна В.П. производится аналогичным обра-
зом, как и кремнем, только при этом банка с водой ставится на него.
Для гарантийного улучшения качества, таким образом приготовлен-
ной воды, можно дополнительно положить в эту банку кусок кремня.

Автор настоящей книги уже давно (около года) регулярно пьет
воду, активированную с помощью биокорректора В.П. Аванесяна,
и может объективно констатировать следующее: нормализовалось
артериальное давление (было пониженное), прекратились головные
боли, улучшилась работа желудочно-кишечного тракта, прекрати-
лась частая изжога, уменьшилось число простудных заболеваний.

10.7.	«Серебряная» вода

Опишем физико-химические принципы воздействия гидратиро-
ванных атомов и коллоидных частиц, в которых могут находиться от
нескольких штук до сотен атомов А§, а также ионов серебра на воду.
Использование питьевой воды с растворенным в ней серебром с це-
лью обеззараживания от болезнетворных микробов, а также лечение
с ее помощью человека от многих болезней имеет давнюю историю
и большую практику применения в настоящее время. В то же время
физико-химические процессы влияния серебра на воду до сих пор
полностью не раскрыты, поэтому попытаемся восполнить этот недо-
статок в связи с большой важностью этой проблемы.
Обеззараживающие и лечебные свойства серебра, а также в
меньшей степени меди и золота были известны с древнейших вре-
мен человечества, так еще 4500 лет тому назад в древнем Египте при
лечении ран, полученных воинами в сражениях, на них накладывали
для быстрейшего заживления серебряные пластины. Жители Индии
лечили заболевания желудочно-кишечного тракта, проглатывая не-
большие кусочки мягкого сусального серебра. Вот что, например,
говорится в одном из древнейших источников восточной лечебной
литературы: «Лучшим является чистое серебро. Природа его холод-
на и суха... Оно обладает укрепляющими свойствами, сушит гной
и кровь. Если растереть серебро и ввести его в глаз, это укрепит ро-
говицу, оно укрепляет сердце, помогает при геморрое. Если чистое
серебро подержать во рту, оно утоляет жажду, устраняет запах под
мышками. Доза его приема - за один раз 0,18г, но оно вредно для
мочевого пузыря. Заменителем его является бронза». Персидский
царь Кир, по свидетельству Геродота, во время длительных военных
походов пользовался водой, хранившейся в серебряных кувшинах. В
описаниях походов Александра Македонского упомянут случай, ког-
да его воины в массовом количестве заболели болезнью по симпто-
мам напоминающей массовое отравление, в то же время, офицеры
- военачальники при этом не пострадали, поскольку причина, оче-
видно, состояла в том, что рядовые воины пользовались оловянной
посудой, а военачальники - серебряной. Для длительного сохране-
ния воды и предохранения от развития в ней болезнетворных микро-
бов в Индии, например, погружали в нее раскаленный серебряный
меч, опускали в нее серебряные предметы, хранили ее в серебряных
или медных сосудах. Воды священной реки Ганг в Индии на про-
тяжении многих веков считаются целебными и это несмотря на то,
что они всегда грязные, насыщены большим количеством частичек
ила, органических соединений, отходами жизнедеятельности людей
и животных. Оказалось, что в некоторых местах грунтовые воды,
поступающие в реку, омывают рудные месторождения серебра, ко-
торое частично вымывается и растворяется вплоть до концентрации
0,4 мг/л. В некоторых местах реки образуются «святые купели», где
люди и совершают омовения, излечиваясь от кожных и других за-
болеваний, при этом зарубцовываются язвы, затягиваются свищи и
т.д. [10.5, 10.9, 10.2].

Об этих свойствах серебра знали в древнем Риме, в Европе в
Средние века, и поэтому всегда была в цене серебряная посуда, а
серьезные исследования по воздействию А§ на болезнетворные ми-
кробы и в лечебных целях начались в конце XIX века, когда фран-
цузский врач Бенье Креде сообщил об успехах в лечении сепсиса
ионами серебра. Было обнаружено, что серебро в течение трех дней
убивает дифтеритную палочку, в течение двух - стафилококка, а воз-
будителей тифа - за сутки. Поиск и исследования дезинфицирую-
щих свойств других металлов в то время показали, что подобными
свойствами обладают также золото и медь. Выяснилось, что диф-
терийная палочка погибала на серебряной пластине через три дня,
на медной - через 6 дней, на золотой - через восемь. Стафилококк
погибал на серебре через два дня, на меди через три, на золоте через
пять дней. Тифозная палочка на серебре и меди погибала через 18
часов, а на золоте - через 6^7 дней. В 1930 году в СССР академик
Кульский Л.А. впервые получил «серебряную» воду электролитиче-
ским способом разложения, что позволило нарабатывать нужные его
концентрации и контролировать процесс. В 1942 году англичанину
Р. Бентону удалось остановить эпидемию холеры и дизентерии, сви-
репствовавших на строительстве дороги Бирма-Ассам, когда он на-
ладил снабжение рабочих чистой питьевой водой, обеззараженной с
помощью электролитического растворения серебра в концентрации
0,01 мг/л. В настоящее время вода, насыщенная электролитически
атомами и ионами серебра, а также приготовленные на ее основе
мази и лекарства широко используется в медицине в таких ее от-
раслях как: хирургия, офтальмология, отоларингология, эндокрино-
логия, инфекционные болезни, педиатрия, акушерство, гинекология,
онкология, дерматология, стоматология и т.д. Такая вода с раство-
ренными в ней атомами и ионами серебра с целью исключения раз-
множения в ней болезнетворных микробов, сохранения вкусовых и
лечебных качеств используется в качестве питьевой при длительных
плаваниях подводных лодок, кораблей, в космонавтике.

На основании этого небольшого обзора применения «серебря-
ной» воды человечеством становится ясным насколько важно знание
тех физико-химических процессов, которые оказывают сильнейшее
влияние на жизнедеятельность микроорганизмов, находящихся в
воде, а также функционирование биологических клеток и всех со-
путствующих процессов, происходящих в живом организме. В на-
стоящее время теории, описывающие влияние серебра на жизнедея-
тельность клетки, объясняют происходящие процессы следующим
образом: клетка теряет жизнеспособность в результате взаимодей-
ствия электростатических сил, возникающих между отрицательно
заряженными бактериями и положительно заряженными ионами
серебра, то есть происходит адсорбция последних на бактериальной
клетке. Серебро сорбируется клеточной оболочкой, при этом обо-
лочка выполняет защитную функцию и клетка остается жизнеспо-
собной, хотя нарушаются ее некоторые функции, например, деление.
Как только на поверхности клетки сорбируется избыточное количе-
ство серебра, оно проникает внутрь клетки и задерживается цито-
плазменной мембраной, в которой расположены основные фермент-
ные системы клетки. Серебро блокирует бактериальные ферменты,
в результате чего клетка гибнет [10.9].

Изложенная теория воздействия растворенного серебра в воде
на биологическую клетку просто неверна, поэтому попытаемся осве-
тить этот вопрос с позиций вышеизложенного материала о проис-
ходящих квантово-механических и физико-химических процессах в
водном растворе серебра. Нужно помнить, что растворение серебра
то ли за счет приэлектродных процессов отрыва атомов А§ от метал-
ла (см. гл. 6), то ли за счет электролиза, когда используется в качестве
катода серебряная пластина, а анода - нейтральный металл, проис-
ходит в чистой воде. То есть, в таком водном растворе посторонних
примесей других солей присутствует ничтожное количество, поэто-
му даже если в процессе электролиза и образовалась какая-то концен-
трация катионов А§+, то вследствие обязательного требования общей
электронейтральности раствора, в воде образуется такая же концен-
трация анионов ОН-. С другой стороны, концентрация ионов ОН- в
жидкой воде постоянно регулируется реакцией диссоциации молеку-
лы Н2О: Н2О^ОН +Н+ (см. гл. 4), и на основании закона минимума
потенциальной энергии системы взаимодействия частиц в воде она
всегда будет минимальной, что приведет к рекомбинации ионов А§+
и превращению их в нейтральные атомы. Благодаря большой энергии
гидратации резко уменьшается работа выхода (отрыва) электронов от
атомов А§ и перехода их в раствор воды (в табл. 6.12 это величина
ДО=93-91=35 кДж/моль), что приводит к повышенной их концентра-
ции в воде и протеканию равновесной реакции А§^А§++е + 35 кДж/
моль. Кроме того, особенно в процессе электролиза с материала като-
да будут отрываться не только отдельные атомы А§, а целые частички,
состоящие из значительного количества атомов. Эти частички сере-
бра за-счет энергии связи с молекулами воды (380 кДж/моль, см. табл.
6.9) обеспечат их диссоциацию и ионизацию, в результате чего будет
происходить эмиссия электронов. Благодаря такому процессу ча-
стички серебра будут заряжаться положительно, а близлежащие слои
воды отрицательно, и образуются коллоидные частицы. Поскольку
внешние слои молекул Н2О коллоидных частиц связаны с остальной
массой молекул воды водородными связями, а также благодаря ки-
нетической энергии молекул воды коллоидные частички серебра не
выпадают в осадок и оказываются взвешенными в растворе.

Согласно современным представлениям биологическая клетка
окружена замкнутой мембраной, состоящей из двойного слоя липид-
ных молекул, внутри которого находятся растворы белковых молекул,
гликопротеинов, гликолипидов и полисахаридов. Основу такой мозаич-
ной структуры образует двойной слой липидных молекул с ионными и
полярными группами атомов, лежащими на внешней и внутренней по-
верхностях мембраны, причем они гидрофильны. При этом непосред-
ственно наружный слой мембраны органелл клетки заряжен положи-
тельно, а слой жидкости соприкасающейся с ней отрицательно (см. рис.
9.7). Поэтому коллоидная частичка серебра с отрицательно заряженной
ионной атмосферой будет отталкиваться от мембраны клетки и атомы
серебра не могут осаждаться на клеточную мембрану.

Физика и химия воздействия атомов серебра в водном растворе
на биологические клетки заключается в том, что, поскольку атомы
А§ обладают положительным нулевым потенциалом (см. табл. 6.12)
и обеспечивают повышенную концентрацию электронов, то они пе-
реводят воду в состояние (аттрактор) с пониженной концентрацией
ионов Н\ то есть, сдвигают ее в щелочную область. В этом случае
увеличивается концентрация перекиси водорода и Н2 (см. выше),
причем степень увеличения показателя рН будет зависеть от кон-
центрации растворенного серебра, которая обычно на практике из-
меняется от 0,01 до 35 мг/л. Болезнетворные микробы и вирусы, на-
ходящиеся в воде, попадая в щелочную среду, погибают совершенно
таким же образом как при обработке раствором Н2О2.

Доказательством этих выводов служат также эксперименталь-
ные данные по усилению бактерицидного действия водных раство-
ров серебра при добавлении к ним перекиси водорода, воздействия
ультрафиолетового излучения, ультразвука, а также электромагнит-
ного поля [10.9]. Добавление в питьевую воду Н2О2 в концентрации
3 мг/л позволяет получить надежный обеззараживающий эффект
при дозе серебра 0,05.мг/л и времени контакта 20 мин. Ультрафио-
летовое облучение значительно усиливают антимикробное действие
А§: обеззараживающий эффект наступает практически через 1+2
минуты. Бактерицидный эффект малых доз серебра значительно
усиливается при воздействии на его водный раствор ультразвуковых
колебаний, так при трехминутном облучении ультразвуком воды,
обсемененной кишечной палочкой (830 особ/мл) и содержащей се-
ребро в концентрации 0,05 мг/л, достигается стопроцентная гибель
бактерий. Очень сильно интенсифицируется процесс обеззаражива-
ния водного раствора серебра и лечебного воздействия на организм
человека при наложении электрического поля. Отмирание патоген-
ной микрофлоры начинается уже при низких значениях напряжения
электрического поля на электродах и очень малых концентрации
серебра - 0,01 мг/л. Даже в случае, когда раствор серебра в концен-
трации 0,5 мг/л оказывает незначительное воздействие на споровые
культуры, то наложение электрического поля позволяет производить
полное обеззараживание воды дозой серебра 0,05+0,1 мг/л при на-
личии в ней 105 особ/л.
Как подробно описано в гл. 4, 6, 7, все эти воздействия на воду:
облучение в ультрафиолетовом диапазоне; ультразвуковых волн и
кавитации; электромагнитного поля переводят ее в аттрактор, где
преобладают реакции водородного типа (4.17), увеличивается кон-
центрация свободных электронов и среда сдвигается в щелочную
область (увеличивается параметр рН), то есть в ту же область, куда
переводят воду и атомы серебра. В случае приложения электрическо-
го поля к водному раствору серебра от внешнего источника электри-
ческого тока с катода в раствор дополнительно стекают свободные
электроны, которые существенно усиливают квантово-механические
и физико-химические реакции (3.25+3.27), табл. 4.2, рис. 4.2, приво-
дящие к сдвижке аттрактора воды в щелочную область.

С этих позиций интересно оценить влияние на воду других ме-
таллов, обладающих положительным нулевым потенциалом: Р1, Рб,
Аи, Си. Как видно из табл. 6.12 на основании главного параметра
- повышенной концентрации свободных электронов (величина рабо-
ты выхода электрона ДО=Р3-Р|) по степени сдвижки воды в щелоч-
ную область эти металлы располагаются в ряд: Рб>А§>Си>Аи>Р1.
Поэтому с большой уверенностью можно сказать, что наилучшими
бактерицидными свойствами обладает палладий, затем следует се-
ребро, далее медь, золото и самые низкие свойства у платины. Этот
вывод прекрасно подтверждается опытными данными по гибели бо-
лезнетворных микробов на пластинках из серебра, меди и золота,
проведенными еще в XIX веке и описанными выше по тексту.

Таким образом, активация воды серебром позволяет только су-
щественно улучшить ее бактерицидные свойства, при этом энергиза-
ция ее оказывается существенно выше, чем требуется для человека. В
то же время, при постоянном потреблении воды обработанной сере-
бром, оно может накапливаться в организме, поскольку как тяжелый
металл медленно выводится из него. При длительном (до 10 лет и
более) накоплении серебра возможно проявление признаков отравле-
ния серебром [10.6]. Кроме того, по спектральным характеристикам
аттрактор воды, обработанной серебром, не будет совпадать с тако-
выми для связанной воды в организме человека (спектр сдвинется
в коротковолновую область). Поэтому воду, насыщенную ионами и
коллоидными частицами серебра, нужно применять только для лече-
ния различных заболеваний, в основном, как наружное средство.

10.8.	Обработка воды излучением, концентрируемым
пирамидами и геопатогенные зоны

Уже в начале XX века обратили внимание на необычные свой-
ства четырехгранных полых пирамид с квадратным основанием, вы-
полненных из диэлектрического материала [6.54,7.35], но до сих пор
не существует научных объяснений им. Так, помещенные продукты
под такую пирамиду не портятся и не разлагаются, у них улучша-
ется вкус, молоко, выпускаемое в пакетах-пирамидах, не скисает
вчетверо дольше, чем в обычной упаковке. Вода, выдержанная под
пирамидой сутки, приобретает необычные свойства: в ней оказыва-
ется повышенное содержание кислорода и фосфора, она становит-
ся бактерицидной, не замерзает при температурах вплоть до - 10°С.
Употребление такой воды в качестве питьевой усиливает энергиза-
цию организма, оказывает сильное лечебное действие, она обладает
лучшим вкусом, полезнее для желудка, бодрит. Она позволяет ле-
чить целый ряд заболеваний кишечно-желудочного тракта, печени,
желчно-выводящих путей, почек, при нарушении обменных про-
цессов. Вода, обработанная в пирамиде, может служить прекрасным
косметическим средством, заменяя кремы и омолаживая кожу, при
ополаскивании такой водой головы, волосы растут гуще, исчезает
перхоть и даже может исчезнуть седина. Многочисленные лечения
людей, находившихся в пирамиде в течение от 15 минут до часа по-
казали: снимается стрессовое состояние, раздражительность, пере-
утомление, исчезают головные боли, нормализуется артериальное
давление. Полив водой, выдержанной в пирамиде, растений увели-
чивает урожайность и зеленую массу, срезанные цветы не вянут в
ней более трех недель.

Пирамида влияет не только на воду и вещества, содержащие ее,
но и на металлы, кристаллы минералов, так, если подержать в кар-
тонной пирамидке затупленные лезвия бритв, предназначенных для
бритья, то они снова становятся гладкими и острыми. При синтезе
алмазов внутри пирамид увеличиваются размеры и твердость кри-
сталлов, их структура становится более совершенной. Кристаллы
минералов, помещенные в пирамиды, существенно улучшают свое
качество - уменьшается количество дислокаций, улучшается про-
зрачность и световая игра граней. На Ишимбайском нефтяном ме-
сторождении после установки пяти больших пирамид вязкость неф-
ти в пластах уменьшилась на 25% и выросла отдача скважин.

Дадим полное объяснение феномену влияния пирамид на воду
и другие вещества. В книгах [6.54, 7.35] приведены примеры изго-
товления четырехгранных пирамид с квадратным основанием для
использования в быту с конкретными рекомендациями и размерами.
Большой опыт применения показал, что они должны изготавливать-
ся из диэлектрического материала (картон, пластик, дерево, стекло).
В книге [6.54] приведены размеры боковых граней в виде равнобе-
дренных треугольников 157х 150х 150 мм, а в книге [7.35]: основание
- 4,3 м, высота - 2,78 м, угол при основании - <рп=51,867°. Расчет
угла между падающим лучом, перпендикулярным основанию пира-
миды, на боковую грань и отраженным от нее для первого варианта
дает величину фп= 104,33°, а второго - ф0= 103,44“ (см. рис. 10.4). Тот

же угол ф0 получается и между пересекающимися лучами, падающи-
ми на две противоположные грани пирамиды. Значения этих углов

с хорошей точностью совпа-
дают с величиной полярного
угла молекулы Н,О для газовой
фазы (см. рис. 2.1 и гл. 2), воз-
никает вопрос: что это случай-
ное совпадение, или нет? Не-
ясно, знали ли об этом факте
строители древних пирамид,
подчеркнем четырехгранных,
а не те сравнения современных
исследователей с трехгранной
пирамидой, которая образует-
ся электронными орбиталями

Рис. 10.4. Ход лучей КВЧ излучения в четырех-
гранной пирамиде: I - боковая грань пирами-
ды: 2 - сосуд с водой: 3 - лучи КВЧ излучения.

молекулы Н,0 (см. рис. 2.1), поскольку она не обеспечивает такого
хода лучей.

Автор настоящей книги высказывает следующую гипотезу. Все
виды горных пород верхней мантии земли имеют в своем составе

связанную воду, такую же воду содержат и верхние осадочные слои,
включая почву. Эта вода постоянно генерирует все виды излучений:
инфразвуковые, звуковые, ультразвуковые, КВЧ и СВЧ волны, свето-
вые кванты от инфракрасного до ультрафиолетового диапазонов (см.
табл. 3.18, гл. 3, 6, 7). Необходимо подчеркнуть, что энергия связи
между молекулами воды и активными атомами или молекулами, при-
сутствующими в породах и почве, изменяется от 40 до 500 кДж/моль,
поэтому интенсивность излучения может быть большой. Поскольку
все породы и почва пронизана микропорами, заполненными водой,
начиная с больших глубин до почвы, то практически все виды из-
лучений, необходимо подчеркнуть резонансно, будут передаваться с
глубин земли до ее поверхности. Эта передача будет происходить по
цепочке, когда одна молекула воды (диполь) поглощает квант энер-
гии, пришедший от нижерасположенной молекулы, и снова излучает
строго в том же направлении в сторону выше размещенной. Благо-
даря такому воздействию нижние слои связанной воды, как самой
энергонасыщенной, будут постепенно переводить в свой аттрактор
вышележащие слои этой воды, причем спектральные характеристики
аттрактора будут сильно зависеть от вида и концентрации активных
элементов, присутствующих в горных породах и верхнем слое почвы.
Эти излучения будут проникать точно таким же образом в бетон, кир-
пич, дерево и другие пористые строительные материалы, насыщен-
ные связанной водой, из которых построены все здания и дома.

Необходимо подчеркнуть принципиальную вещь: чтобы переве-
сти состояние воды, в том числе и связанной, из одного аттрактора в
другой, нужна, например, напряженность резонансного переменного
магнитного поля в 8000 раз меньше, чем напряженность геомагнитно-
го поля земли. Опытные данные по воздействию резонансного КВЧ
излучения на жидкую воду показывают, что требуемые плотности из-
лучения для изменения аттрактора составляют 1О'*Ч-106 Вт/см2 (см. гл.
6). Таким образом, излучение, идущее из глубин земли, может быть
очень слабым, но влияние его на воду на поверхности - сильным.

В воздушной атмосфере из всех видов излучений воды с наи-
меньшими потерями на большие расстояния будут распространяться
инфразвуковое, КВЧ и СВЧ излучение. Именно резонансное КВЧ из-
лучение миллиметровых длин волн (см. табл. 3.2), идущее из глубин
земли, попадает внутрь пирамиды, отражается от диэлектрических
стенок и концентрируется в двух ее взаимно перпендикулярных пло-
скостях симметрии. Молекула воды, находящаяся в воздухе, облада-
ет дипольным моментом, поэтому под действием магнитного поля
земли и двух КВЧ лучей, пересекающихся под углом, равным ее по-
лярному углу, развернется в заданном направлении. Упорядоченное
размещение диполей в воздухе, а также взрыв водяных аэрозолей
(см. гл. 5) создаст электростатическое поле повышенной напряжен-
ности, что, в свою очередь, вызовет диссоциацию и ионизацию мо-
лекул воды. Кроме того, при взрыве аэрозолей создается сильное
излучение в широком диапазоне длин волн от инфракрасного до уль-
трафиолетового. Эти все факторы и оказывают сильное влияние на
живой организм, находящийся в пирамиде.

Когда в пирамиду ставят емкость с водой, то под действием
пересекающихся под углом, близким к полярному углу молекулы
Н2О, четырех лучей излучений резонансных длин КВЧ (табл. 3.2)
кластеры, являясь макродиполями (см. гл. 6, 7), разворачиваются и
выстраиваются в упорядоченное расположение, совершенно так же,
как при сильной закрутке воды. Напряженность электростатическо-
го поля в воде повышается, происходит колебательное возбуждение
молекул воды, начинают идти квантово-механические (3.25-^3.27) и
колебательно-неравновесные химические реакции табл. 4.2, рис. 4.2,
4.3, нарабатываются радикалы ОН, О, Н2О2 (см. гл. 3,4, 6). Происхо-
дит энергизация воды, степень кислотности сдвигается в щелочную
сторону, и создается новый устойчивый аттрактор.

Воздействие пирамиды на бритвенное лезвие связано со следу-
ющим эффектом. Затупление бритвенного лезвия вызвано искривле-
ниями режущей кромки вследствие местных упругих деформаций
кристаллической решетки металла. КВЧ и СВЧ излучения, попадая
на металлическое лезвие, вызывают появление в нем замкнутых
электрических токов (токи Фуко), что приводит к резкому увели-
чению эмиссии электронов, особенно, с острых краев бритвы, где
плотность электрического тока стремится к бесконечности. Увеличе-
ние плотности электронов в местах дислокации кристаллов металла
действует как «смазка», позволяя восстановить им прежнюю форму
и структуру, благодаря энергии упругой деформации. Точно такое
действие лучи КВЧ и СВЧ излучения оказывают и на кристаллы ми-
нералов, снимая внутренние напряжения между отдельными блока-
ми по плоскостям спайности. В этом случае в кристалле уменьша-
ется количество дислокаций, он становится плотнее и однороднее.
Воздействие излучений разного типа на водонефтяную смесь в не-
фтеносных слоях горных пород подробно описано в гл. 7 и 8.

Для того, чтобы активизировать и энергизовать питьевую воду
автор настоящей книги предлагает изготавливать пирамиду с не-
сколько измененными параметрами: угол при основании нужно
делать не 51,867°, а фп=49,93°, или размеры треугольников боко-
вых граней, например, 170х 150х 150 мм. Это связано с изменени-
ем полярного угла у молекулы Н2О в объемной воде до величины
Ф0=99,86° (при температуре 20°С), по сравнению с соответствующим
углом ф0= 104,5° для газовой фазы.

Воду после очистки наливают в керамическую емкость (стенка
стеклянной посуды, как сухой диэлектрик будет отражать КВЧ из-
лучение), используя подставку, ставят под пирамиду на уровень при-
мерно 2/3 ее высоты и выдерживают одни или двое суток. Вода эта
будет сильно энергизована, обладать бактерицидными свойствами,
но аттрактор ее неизвестен, поскольку неясны спектральные частоты
приходящего КВЧ излучения с данного участка земной поверхности.

Если горные породы в данной локальной местности на большую
глубину сложены из минералов, содержащих в больших концентра-
циях кремнезем в разных формах (от ультракислых до средних), то
можно ожидать, что излучения связанной воды будут соответство-
вать аттрактору воды, заложенному в генетическом коде человека, и
благоприятны для его жизнедеятельности. В том случае, когда гор-
ные породы сложены минералами, где невелика концентрация крем-
незема (от средних до ультраосновных) и присутствуют, например,
рудные месторождения тяжелых металлов, то спектр излучений от
связанной воды глубинных слоев может оказаться неблагоприятным
для человека и других живых существ. Такие области и называют
геопатогенными зонами.

Основными источниками геопатогенных зон являются: геоло-
гическое разломы; подземные водные потоки и их пересечение на
разной глубине; решетчатые координатные сетки; двойные зоны
действия; совмещение излучения подземных водных потоков и гео-
логических разломов; русла высохших рек. Люди, чьи жилища оказа-
лись в зоне действия геопатогенных зон, испытывают беспокойный
сон и плохое самочувствие, дети по ночам вскрикивают, мерзнут в
постели, плохо едят. По мнению американских исследователей, поч-
ти 50% раковых заболеваний связано с геопатогенными зонами. В
городе Щецине, например, определили, что в домах, находившихся
над такими зонами, скончалось от рака 5348 человек. Чешский врач-
онколог О. Юризек обнаружил, что в тех домах, которые стоят на
землях бывших водоемов, высохших руслах рек, люди чаще, чем в
других местах, рано умирают от разных болезней. Исследования в
Санкт-Петербурге показали, что в отдельных домах, размещенных
над геологическими разломами, жильцы болели и умирали в 5, 10 и
даже в 20 раз чаще, чем в среднем по городу. Если в геопатогенную
зону попадает участок автомагистрали, то здесь постоянно проис-
ходят аварии: водитель может внезапно потерять сознание и ориен-
тировку в результате своеобразного стресса и резкого выброса кор-
тикостероидных гормонов в кровь.

Все эти влияния связаны с воздействием КВЧ излучения, иду-
щего из глубин земли, которое переводит связанную воду в организ-
ме человека в аттрактор со спектральными характеристиками, несо-
вместимыми с теми, которые заложены в генетическом коде молекул
ДНК. Особенно это сильно в первое мгновение сказывается на функ-
циях головного мозга, а в последующем в организме развиваются
многочисленные заболевания.

По мнению автора, экранировка жилых и производственных по-
мещений любыми пористыми материалами, содержащими связан-
ную воду, ничего не дает и надо использовать только плотные аморф-
ные или кристаллические вещества, в которых отсутствуют сквозные
поры, например, такие как, нержавеющий металл, либо стекло. Поэ-
тому рекомендуется, например, перед постройкой дома над геопато-
генной зоной, уложить в землю ниже фундамента листовую нержа-
веющую сталь по всей площади дома, а в домах, уже стоящих в таких
местах, под кроватями укладывать толстые листы стекла.

ЛИТЕРАТУРА

/. Гуреев А.П., Бутакова О.А. Вода - колыбель жизни. Нижний Новгород, 2002.

2.	Таранов Л.И., Филиппова И.А. Серебряная вода: метод Таранова. Москва
- Санкт-Петербург, «Диля», 2002.

3.	Ахманов М. Вода, которую мы пьем. Качество питьевой воды и ее очистка
с помощью бытовых фильтров. - СПб.: «Невский проспект», 2002.
4.	Мейеровиц С. Вода - лучшее лекарство. Пер. с англ. О.Г. Белошеев. - Мн.:
ОСЮ «Попурри», 2005.

5.	Под ред. Гроссмана Л.3. Живая вода. - Минск, «Парадокс», 1999.

6.	Алексеев А.И., Валов М.Ю., Юзвяк 3. Физико-химические основы водных
систем и правовые аспекты их использования. - СПб.: ХИМИЗДАТ, 2002.

7.	Тюньков И.В. Сравнительное изучение активности ферментов в талой и
дистиллированной воде. Автореферат дисс. канд. мед. наук. Иркутск, 1968.

8.	Сидоренко Г.И., Рахманин Ю.А. ОшдеНпез оп ЬеаШ1 азресК оГ зуа1ег
дезаНпаПоп. Оепеуа. ЕТ8 80, р. 4СН60, 1980.

9.	Малевич ко А. Все о воде. «Настоящая панацея», Каунас, 1996.

10.	Лосев К.С. Вода. - Л.: Гидрометеоиздат, 1989.

11.	Горбатов В.М., Пироговский А.В. и др. Активированные водные раство-
ры и возможности их применения в мясной промышленности. Обзорная инфор-
мация. - М.: 1986.

12.	Мухачев В.М. Живая вода. - М.: Наука, 1975.

13.	Мицюк Б.М. Взаимодействие кремнезема с водой в гидротермальных
условиях. - Из-во «Наукова Думка», Киев, 1974.
ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ........................................5

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ............................17

ГЛАВА 1. Возбужденное состояние атомов и молекул веществ в различных агре-
гатных состояниях и силы межмолекулярных взаимодействий в жидкой воде.... 19

1.1.	Проблемы квантовой механики определения сил взаимодействия
атомно-молекулярной системы.......................................20

1.1.1.	Квантово-механическое описание атома...............21

1.1.2.	Квантово-механическое описание молекулы............28

1.1.3.	Теория строения электрона..........................32

1.2.	Типы связей между атомами в молекулах и в кристаллической решетке.... 39

1.3.	Деформационно-возбужденное состояние атомов и молекул в различ-
ных агрегатных состояниях вещества................................49

1.4.	Расчет параметра прочности V /V кристаллической решетки для эле-
ментов периодической системы элементов Д.И. Менделеева............56

1.5.	Расчет энергии взаимодействия в двухатомных гомоядерных и гетероя-
дерных молекулах различных веществ................................60

1.5.1.	Расчет энергии взаимодействия в гомоядерных молекулах...61

1.5.2.	Расчет энергии взаимодействия в гетероядерных молекулах.67

1.6.	Экспериментальное обоснование дисперсионных сил взаимодействия
между атомами в молекулах и твердых кристаллических веществах.....69

1.7.	Силы межмолскулярных взаимодействий в жидкой воде...76

1.7.1.	Водородная связь..................................79

1.7.2.	Дальнодействующие силы Ван-дер-Ваальса (ВДВ!......82

1.7.3.	Электростатические силы, ориентационное взаимодействие
(эффект Кьезома).........................................83

1.7.4.	Индукционное взаимодействие (эффект Дебая).........84

1.7.5.	Дисперсионные силы (эффект Лондона)................85

1.8.	Анализ недостатков современного представления сил межмолекулярно-
го взаимодействия в жидкостях.....................................87

1.9.	Предпосылки обоснования дисперсионных межмолекулярных сил в
жидкостях	90

Литература........................................................92

ГЛАВА 2. Деформация и колебательное возбуждение молекул воды в жид-
кой и твердой фазах...............................................95

2.1.	Физические предпосылки колебательно-возбужденного состояния моле-
кул воды...............................................................96

2.2.	Анализ геометрических характеристик молекулы Н,О в различных агре-
гатных состояниях воды............................................99

2.3.	Расчет энергии деформации молекул воды в различных агрегатных со-
стояниях ........................................................104

2.3.1.	Методика расчета энергии межмолекулярных связей...104
2.3.2.	Вода в каплях в атмосфере в момент ядрообразования...........108

2.3.3.	Вода в стеклянных капиллярах и порах.........................110

2.3.4.	Вода, находящаяся в гидратных оболочках ионов........119

2.3.5.	Вода в пленках на свободной поверхности жидкости.............121

2.3.6.	Влияние кавитации на энергию межмолекулярных связей
молекул воды.............................................122

2.3.7.	Влияние электрического поля на энергию межмолекулярных
взаимодействий...........................................126

2.3	7,1. Электрическое поле пленки на открытой поверхности воды.128

2.3.7.2.	Электрическое поле пленки на поверхности пузырька.......129

2.3.7.3.	Электрическое поле в мембранах, содержащих воду.130

2.3.8.	Вода в порах, мембранах,	на поверхности твердых тел..131

2.3.9.	Некоторые модификации	льда.............133

2.4.	Деформация молекул и изменение системы колебательных уровней в
различных агрегатных состояниях воды.................................136

Литература...........................................................138

ГЛАВА 3. Спектральные характеристики жидкой воды и влияние степени
колебательно-вращательного возбуждения на них.......................141

3.1.	Методы исследования и основные данные спектральных характеристик
жидкой воды....................................................................141

3.2.	Обоснование положений о колебательно-вращательном возбуждении
молекул воды в жидкой фазе.....................................................151

3.3.	Расчет калебагельно-врашагельных уровней молекулы веды в жидкой фазе.159

3.3.1.	Уширение спектральных линий.........................159

3.3.2.	Ангармонизм колебательных уровней молекулы воды и квант
кинетической энергии.......................................166

3.3.3.	Первые колебательные уровни всех мод молекулы Н2О в различных
агрегатных состояниях.......................................168

3.3.4.	Модель физических процессов взаимодействия излучения с водой 171

3.3.5.	Методика обработки широкополосного спектра чистой
питьевой воды..............................................172

3.4.	Анализ характеристик жидкой воды с точки зрения колебательно-
неравновесного состояния.......................................................176

3.4.1.	Основные положения и обоснование спектральных характеристик... 176

3.4.2.	Квантовые переходы между колебательными уровнями молекул
воды в жидкой фазе..........................................183

3.5.	Релаксационные процессы колебательной энергии в жидкой фазе воды.188

3.5.1.	Теоретический анализ релаксационных процессов.......189

3.5.2.	Обзор некоторых экспериментальных работ релаксационных
процессов жидкой воды......................................197

3.6.	Квантование энергетических процессов в жидкой воде и льду........201

3.7.	Анализ экспериментальных данных различных типов излучений в жид-
кой воде с точки зрения колебательной неравновесности молекул.......205

3.7.1.	Сонолюминесценция жидкой воды и водных растворов...............205

3.7.2.	Хелюминесценция и криолюминесценция воды............208
3.7.3.	Флуоресценция воды и водных растворов...........................215

3.8.	Влияние переменного магнитного поля на жидкую воду и лед..........217

Литература.........................................................221

ГЛАВА 4. Химические реакции в жидкой воде и влияние на них различ-
ных внешних воздействий............................................225

4.1.	Диссоциация и ионизация молекул Н,О в жидкой воде........227

4.2.	Образование нейтральных радикалов в жидкой воде..........232

4.3.	Химические реакции самоподдерживающихся процессов накачки моле-
кул воды колебательной энергией....................................235

4.3.1.	Расчет энергии электрона в жидкой воде.............235

4.3.2.	Колебательное возбуждение радикала ОН и растворенных газов
О„ Н, в жидкой воде.......................................237

4.3.3.	Анализ возможных химических реакций в чистой жидкой воде 240

4.3.4.	Цепные реакции водородного типа.................................249

4.3.5.	Цепные реакции кислородного типа и процессы образования
колебательной энергии.....................................252

4.4.	Влияние различных факторов на протекание химических реакций в воде 256

4.5.	Экспериментальное подтверждение химических реакций в чистой воде.259

Литература.........................................................279

ГЛАВА 5. Химические реакции в газовой фазе с участием паров воды ....282

5.1.	Необычные факторы влияния паров воды в химических реакциях сжига-
ния углеводородов в воздухе........................................282

5.2.	Колебательно-неравновесные процессы горения СО в присутствии па-

ров воды...........................................................287

5.2.1.	Теоретический анализ неравновесных процессов, идущих при
горении СО. в условиях низких температур..................287

5.2.2.	Экспериментальные и расчетные данные колебательно-
неравновесных процессов горения СО в присутствии паров воды... 301

5.3.	Нейтрализация окислов азота с участием СО и паров воды............304

5.3.1.	Теоретический аназиз неравновесных процессов, идущих при
нейтрализации окислов азота в условиях низких температур.... 304

5.3.2.	Экспериментальные данные по нейтразизации окислов азота в
присутствии СО и паров воды...............................307

5.4.	Влияние внешних воздействий на протекание самоускоряющихся реакций.308

5.4.1.	Монохроматическое излучение и облучение быстрыми
электронами...............................................309

5.4.2.	Снижение статического давления реагирующей смеси...309

5.4.3.	Влияние твердых катализаторов на ускорение газо-фазных
реакций...................................................311

5.4.4.	Тангенциальная закрутка смеси газов................317

5.4.4	.1. Теория процессов, протекающих взакрученном газовом потоке.321

5.4.4	2. Объяснение экспериментальных явлений, происходящих в
закрученном газовом потоке..............................337

5.5.	Капельно-кластерное, аэрозольное состояние воды......340
5.5.1.	Теория и некоторые экспериментальные данные капельно-
кластерного аэрозольного состояния воды..................340

5.5.2.	Некоторые примеры применения эффекта распада водных
аэрозолей на практике....................................349

Литература.......................................................354

ГЛАВА 6. Межмолекулярные взаимодействия и физические свойства воды... 360

6.1.	Дисперсионные силы взаимодействия между молекулами в жидкой воде.360

6.2.	Структура жидкой воды..................................365

6.2.1.	Структура воды в квазиравновесном состоянии и отсутствии
внешних воздействий......................................365

6.2.2.	Структура жидкой воды при наличии внешних воздействий.... 383

6.3.	Теория колебательных процессов в жидкой воде...........389

6.4.	Фазовые переходы второго рода в жидкой воде............398

6.5	Физико-химические свойства жидкой воды..................410

6.5.1.	Плотность жидкой воды............................410

6.5.2.	Сжимаемость жидкой воды..........................412

6.5.3.	Вязкость жидкой воды.............................414

6.5.4.	Мольный объем и теплопроводность жидкой воды.....415

6.5.5.	Диэлектрическая проницаемость жидкой воды........417

6.5.6.	Поверхностное натяжение воды на границе фазового раздела.421

6.5.7.	Теплоемкость жидкой воды при постоянном давлении..425

6.5.8.	Свойства воды, находящейся на поверхности твердых тел и
в порах полупроницаемых мембран..........................426

6.5.9.	Прохождение звуковых волн через жидкую воду......437

6.5.10.	Физика образования кавитационных пузырьков в жидкой воде... 438

6.6.	Водные растворы и химические реакции, протекающие в них.442

6.6.1.	Физико-химические процессы, идущие в жидкой воде при
растворении в ней солей..................................443

6.6.2.	Гидратация ионов в воде..........................448

6.6.3.	Растворение в воде кислот и щелочей..............450

6.6.4.	Физико-химические свойства электролитов..........454

6.6.5.	Электрическая проводимость жидкой воды...........458

6.6.6.	Процессы электролиза водных электролитов в приэлектродной
области..................................................468

6.7.	Водные растворы неэлектролитов.........................475

6.7.1.	Водные растворы неполярных молекул...............475

6.7.2.	Водные растворы полярных молекул.................477

6.8.	Строение и свойства коллоидных частиц..................480

Литература.......................................................483

ГЛАВА 7. Влияние различных факторов на колебательное возбуждение
молекул жидкой воды..............................................487

7.1.	Влияние примесей в воде на запасенную колебательную энергию...487

7.2.	Влияние температуры, структуры воды, конвективных потоков и стенок

сосуда на ее характеристики......................................498
7.3.	Влияние слабого переменного магнитного поля и переменного электро-
магнитного поля.................................................502

7.4.	Влияние постоянного магнитного поля и высокочастотного электромаг-
нитного излучения...............................................514

7.5.	Воздействие акустических колебаний и кавитационных процессов на
жидкую воду.....................................................525

7.6.	Воздействие монохроматического излучения..............541

7.7.	Изменение свойств воды, находящейся в малых порах, трещинах,
полупроницаемых мембранах твердых минеральных веществ.......552

7.9.	Общая теория физико-химических процессов, протекающих в закручен-
ном потоке жидкой воды..........................................558

Литература......................................................564

ГЛАВА 8. Практическое использование колебательно-неравновесных
процессов, происходящих в жидкой и газообразной воде, в устройствах и изо-
бретениях.........................................................566

8.1.	Использование в устройствах и машинах неравновесных процессов га-
зообразной фазы воды...............................................567

8.1.1.	Оценка характеристик устройства по нейтрализации вредных
примесей в выхлопных газах двигателя внутреннего сгорания без
катализатора..............................................567

8.1.2.	Химико-газодинамический СО2-лазер на основе колебательно-
неравновесных процессов дожигания СО при низких температурах.... 5 7 О

8.1.3.	Генератор механической энергии на основе воздушно-паровой
турбины...................................................574

8.1.4.	Двигатели, работающие на паровоздушной смеси с получением
энергии за счет окисления атмосферного азота..............577

8.1.5.	Устройства для интенсификации горения углеводородных
топлив в воздухе..........................................580

8.2.	Устройства и машины, работающие на основе неравновесных процессов
в жидкой воде.....................................................584

8.2.1.	Устройства электролиза воды с использованием селективных
внешних воздействий малой мощности........................584

8.2.2.	Использование в двигателях внутреннего сгорания и в других
устройствах в качестве топлива воды.......................591

8.2.3.	Генераторы тепловой энергии, использующие эффект закрутки
и кавитации воды..........................................595

8.2.3.1.	Теплогенераторы с вихревой трубой............599

8.2.З.2.	Роторные теплогенераторы.....................603

8.2.4.	Экспериментальные данные свойств воды при ее закрутке,
полученные В. Шаубергером.................................617

8.2.5.	Использование эффекта закрутки жидкой воды в опытных
устройствах другими изобретателями........................625

8.3.	Технологии и устройства по воздействию различных видов излучения
на водонефтяные эмульсии и нефть...................................627
8.4.	Экспериментальные данные по созданию «вечного» двигателя с исполь-

зованием эффекта распада капель жидкости........................632

8.4.1.	Двигатель Роберта Клемма.........................633

8.4.2.	Всасывающая турбина В. Шаубергера................638

8.4.3.	«Вечный» двигатель, созданный в Советском Союзе...643

8.4.4.	Теория релятивистских эффектов получения энергии из массы
вещества рабочего тела в двигателях, использующих эффект
взрывающихся капель аэрозолей...........................645

8.5.	Коротковолновое излучение, ядерные реакции и возможность получе-

ния трития в жидкой воде........................................653

Литература......................................................668

ГЛАВА 9. Роль воды в биологических процессах живых организмов.... 671

9.1.	Существующие представления о роли структуры, физико-химических и
биологических функциях воды в живом организме.....................674

9.2.	Водные растворы белков и процессы, происходящие в них.683

9.3.	Влияние воды на некоторые функциональные характеристики живых
клеток	691

9.4.	Химико-биологические реакции и резонансные процессы, протекающие
в живых клетках....................................................706

9.5.	Влияние внешних воздействий через характеристики воды на функцио-
нирование живого организма.........................................718

9.5.1.	Лекарственная терапия.............................719

9.5.2.	Лазерная терапия..................................720

9.5.3.	Лазерная терапия лечения раковых заболеваний......726

9.5.4.	Воздействие волн миллиметрового диапазона на биологические
объекты..................................................732

9.5.5.	Влияние магнитного поля, звуковых колебаний и кавитационных

процессов в жидкой воде на биологические объекты.....738

9.5.6.	Роль ультрафиолетовых лучей в жизнедеятельности живого

организма............................................742

9.6.	Воздействие биополей и излучений человека на воду....744

9.7.	Левитация человека в воздухе.........................754

9.8.	Роль молекулярного кислорода в биологических процессах живого орга-

низма и эндогенное дыхание человека................................758

9.9.	Теория кровообращения у животных и человека..........773

9.10.	Влияние содержания углекислого газа в атмосферном воздухе на здо-

ровье людей....................................................776

Литература.....................................................780

ГЛАВА 10. Вода питьевая и лечебная.............................784

10.1.	Некоторые биологические и медицинские аспекты влияния аттрактора
воды на жизнедеятельность живого организма.....................785

10.2.	Очистка воды в домашних условиях..................792

10.2.1.	Механический способ фильтрации.................793

10.2.2.	Сорбционный способ очистки.....................794