CC BY
63
УДК 546.212; 541.57 ББК 24.5
л.С. Ивлев, В.А. резников
структурные и энергетические характеристики воды, их роль в экологии окружающей среды*
Структурные и энергетические характеристики воды определяют её как систему, формирующую природную среду и ответственную за взаимодействия живой и неживой материи, обеспечивающую устойчивое существование жизни на Земле благодаря своим аномальным физико-химическим свойствам, плазмоподобной структуре; она является следствием надмолекулярной организации элементов самоподобия формульного состава, стабильность которых обеспечивается взаимосвязанной подсистемой протонно-электронной плотности. Рассмотрена взаимосвязь низкоэнергетических электронных состояний воды и ел химических компонент, включая низкоэнергетические колебательные состояния. Разрушение протонно-электронной подсистемы или уменьшение её концентрации более чем на 25%о приводит к разрушению элементов самоподобия до молекул воды, перекиси водорода и водорода. Эти особенности микроструктуры воды влияют на физические, в том числе на биофизические, процессы в окружающей среде.
Ключевые слова:
активность, ассоциаты, динамически равновесные молекулярные центры, дистилляция, плазмоподобная структура, резонанс, элементы самоподобия.
II часть.
модельные представления воды
5. Надмолекулярные агрегаты
Молекулярное построение структурных моделей вытекает из постулирования ковалентного О-Н взаимодействия, незначительного отклонения состава воды (льда) от стехиометрического и низкой концентрации собственных примесных центров (рН = 6,5-7,0), поэтому компьютерное параметрическое моделирование обычно ограничивается вариацией углов между О-Н- связями в пределах ±4%, динамической ассоциацией стабильных молекул Н2О и координационным окружением (локальная плотность). Ассоциация с нейтральными и заряженными атомарно-молекулярными центрами не учитывается, несмотря на то, что Н-связь и большая энергия колебательных состояний предполагают существование в воде динамически равновесных носителей заряда (например, гидроксоний, ОН-групп и пр.) [3].
Структурирование молекул и агрегатов молекул воды связано с их электрическими свойствами. Структура отдельной молекулы воды соответствует диполю с диполь-ным моментом (р = 6Д-10-30 Клм), в котором один атом кислорода (16 а.е.) связан с двумя атомами водорода, составляющими НОН-угол, равный в парообразном и жидком состоянии 104°40', а во льду 109°. Молекула Н2О обладает максимальной энергией связи и наибольшим потенциалом ионизации среди молекул соответствующего гомологи-
ческого ряда [4]. Распределение электронной плотности по молекуле анизотропно. Размер и форма молекулы воды изменяется при возбуждении в ней вращательных, колебательных и электронных степеней свободы. Взаимодействие молекул Н2О в водяном паре обязаны силам, имеющим весьма сложную природу. Водяной пар преимущественно состоит из одиночных молекул Н2О. Однако физико-химические свойства воды предполагают существование и определённого количества комплексов Н+(Н2О)п - кластеров: надмолекулярных агрегатов, включающих делокализованные электрон-протонные состояния.
Вследствие уменьшения колебательной энергии в замкнутой системе возможна клатратная структура для 20 и более взаимодействующих однотипных молекул вне зависимости от их состава. Одними из наиболее устойчивых надмолекулярных агрегатов являются фуллерены и фулле-реноподобные агрегаты. Для фуллеренов характерны коллективизированные электронные состояния (ЭС - полоса 4,1-4,48 эВ). Индуцированное наведение этой полосы обычно сопровождается ростом прозрачности (уменьшение оптической плотности - D), что отражает изменение равновесной в объеме концентрации собственных атомарно-молекулярных центров и является одним из спектральных признаков глобулярной организации [5].
Глобулярная организация (Н2О)п-клас-теров основана на диполь-дипольном и Н- межмолекулярном взаимодействиях.
^ * Окончание. Начало - см. № 3 за 2013 г., с. 265-274.
В клатратном (Н2О)п-кластере (при п>20) положение 10 и более Н+ не может быть строго фиксировано вследствие перекрывания гибридизированных состояний при взаимосвязанных смещениях (Н+)- между атомами кислорода и ароматический кластер (кольцевой по аналогии с углеводородами) представим как Нп(ОН)п. Формирование (ОН)п-оболочки и корреляция плотности (Н2-О2)-конденсата с Нпх(ОН)п-конденсатом возможны при коллективной молекулярной организации продуктов взаимодействия и, вероятно, происходит аналогично формированию оболочек в макро-или наночастицах из однотипных молекул по механизму пар - жидкость - кристалл, где устойчивость объемных ароматических кластеров из 20 и более структурных единиц определяется возможностью организации коллективных ЭС.
Вариантом организации водных кластеров могут быть фуллереноподобные оболочки. Предпосылки подобной модели - гексагональная, пентагональная и энергетически выгодная глобулярная в воде. Экспериментально это подтверждает наличие делокализованных низкоэнергетических ЭС. Соответствие атомарных масс известных оболочечных и сфероидальных кластеров не углеродного состава СВ^ ^^ (Ш)^ фО^ т!8012 и др.) допускает также фуллереноподобие по атомарной массе, которому удовлетворяют
(Н2°)8о и (Н2°)280 И.
При глобулярной организации Н2О-кластеров возможна их «сольватация» неполярными примесями, т.к. дипольный момент в этом случае должен быть обратно пропорционален плотности коллективизированных электронно-дырочных пар (ё-!Ь+). Увеличение размеров организованных частиц воды может сопровождаться формированием доменов и вытеснением слабополярных примесей. Так, помимо пористой, сорбционной и ионообменной фильтрации грунтовых вод отстаивание в закрытых колодцах при 3-12° С приводит к выделению коллоидных частиц, что можно рассматривать как вытеснение примесей в область межфазных границ при структурном фазовом переходе. Фотооблучение водного раствора некоторых органических соединений (10-12° С) приводит к расслаиванию раствора и поверхностной концентрации примеси (аналог фотоинду-цированной дегазации воды). Слабая зависимость низкоэнергетических ЭС от массы ядер (принцип Борна-Оппенгеймера) допускает обратную ситуацию - организацию гидратной оболочки вокруг макромолекул
(порфирины, порфирин-фуллереновые комплексы, полимеры, белки). При эквивалентных по мощности и спектральному составу светового потока облучении «чистой» воды (г ~5,0 Мом/см) изменение надмолекулярной структуры следует из селективного изменения оптической плотности (Б) на момент освещения или непосредственно после наведения полос с максимумами 2,04; 2,32 и 2,53 эВ. Кроме того, регистрируются: а) охлаждение воды в термостатированных кюветах (уменьшение теплопроводности) в пределах 0,4-1,2° С в зависимости от конструкции датчика (ртутно-стеклянный термометр, термосопротивление с изолированными электродами или одним электродом на корпусе), в) нелинейное изменение электросопротивления в пределах 10-15% (стеклянные электроды с электропроводящим слоем из ЗпО), с) уменьшение угла смачивания стеклянной поверхности и увеличение высоты мениска. В кюветах с плоскими стенками увеличение высоты мениска на стыках стенок сопровождается истечением воды, а в некоторых случаях - разрушением кювет, что может быть следствием льдоподобной структуры в капилярной области или проявлением поверхностно-активных свойств надмолекулярных кластеров (эффект Ребиндера), известному для фуллеренов по аномальному диспергированию в композитах.
При димеризации Н2О-кластеров также возможны ЭС, характерные для 2С60: 2,948 эВ - смещение характеристической полосы димера 3,045 эВ на Ам = 776 см-1 вследствие искажение геометрии С-С связей; электронно-колебательный переход с ДЕ = 2,949 + 0,023 эВ (м = 184 см-1) возможен между ЭС, отвечающими ЕН и Ё(Е Н+, Е Н0) = 1,508 эВ, а Ё(Е ОН,
В2 4 а ' а у ' ' чв'
ЕаН+,Н0) = 2,949 эВ. Переход ДЕ=1,508 эВ и Ё(ЕаН+, ЕаН0) эквивалентны - динамическое равновесие Н+- Н°. Переход ДЕ = 1,504 эВ (Ам = 32 см-1) - известная полоса воды, а величины 160, 184, ~540 и ~700 см-1 - характеристические полосы воды. Возможность оценки низкоэнергетических ЭС с использованием величин Е Н +, Е Н и Е (2Н)+ сов 2 в 2 ау '
ответствует делокализации Н+ [6].
Электронейтральность воды и существенная зависимость полярных свойств от внешних условий - свойства гибких высокосимметричных оболочек. При этом поверхность (Н2О)п-кластера, сформированного вокруг положительно заряженного центра, должна компенсироваться смещением электронной плотности (ЭП) континуума. Подобный переход соответствует полосе гидратированного электрона (ё^) с
ДЕ = 1,723 эВ в глобулярных кластерах с коллективизированными ЭС по следующим моделям:
a) ЕвН2 - 1596 см-1| Ё{Е (Н2, Н2+), Е (Н°^ Н+)}+160 см-1 , в а
b) К Н - 544 см-1| Ё{Е ОН, Е Н+} + 44
' В 2 1 в-а 7 а
см-1,
где первый вариант отвечает льдоподоб-ной структуре (смещение величины ЕВН2 на колебательный переход, характерный для льда, а второй - классической модели ОН - Н+, включающей делокализован-ные пары (Н+-ё). Возможны и переходы с ДЕ = 1,723 эВ:
c) Е (Н, Н +) | Е ОН + 160 см-1,
в 2 2 а
d) Е ОН | Е (Н2О) + 680 см-1,
e) Ё{ЕвН2, ЕаН0} | ЕЪ2 +184 см-1, которые могут быть связаны с (Н2О)п-кластерами, не содержащими коллективизированные ЭС.
Модель фуллереноподобной организации (Н2О)п при п = 20, 28, 32 допускает растворение неполярных соединений до концентраций, отвечающих естественной пористости между глобулами. Включение определенных металлоионов в объем (Н2О)п-оболочек или иных примесей в межглобулярное пространство повышает стабильность оболочек. Для однотипных молекулярных ассоциатов естественна обратимость фазовых переходов 1-рода при фиксированных температурах. Если глобулы Нпх(ОН)п - элементы самоподобия (ЭлС) в воде [2], то ковалентный тип взаимодействия в (О-Н)-группах, стехиометрия состава, взаимосвязанная переориентация большого числа молекул и неравноценность ЭС кислорода не обязательны, т.к. Н-взаимодействие может относиться к взаимосвязанным внутри- и межглобулярным делокализованным Н+ [3].
Корректность глобулярной модели ЭлС воды следует из сравнения величин низкоэнергетических ЭС воды и совместного (О2-Н2)-конденсата: показатель преломления (п) воды совпадает с показателем преломления совместного конденсата кислорода и параводорода вблизи их температур кипения при нормальном давлении. Относительно высокая плотность совместного (Н2-О2)-конденсата при тех же условиях (р ~ 1,213-1,225 г/см3) предполагает наличие оболочки с полостью в пределах —15-18% при незначительной межглобулярной пористости. Немонотонная температурная зависимость объемной плотности воды не характерна для простых жидкостей и наблюдается в смесях полярная - неполярная жидкости. В рамках глобулярной геометрии ЭлС и элект-
ронейтральности воды такими субстанциями могут быть лишь изменяющие свою полярность гибкие оболочки в окружении переменной плотности сетки делокали-зованных (Н+-ё): Нп-(НО)п. Модель воды как совокупности взаимосвязанных через Н-конденсат оболочек согласуется также с аномальной упругостью льда-Ш и микрокапель воды. Спектральные характеристики номинально чистой воды вполне определенно указывают на оболочечную структуру элементов самоподобия состава Нп-х(НО)п, где величина (х) определяет однородность распределения Н-связей между оболочками. Качественная оценка массы (Н2О)п-оболочек согласуется с аномально высокой концентрацией кластеров (Н2О)20 32 в составе паровой фазы по масс-спектрометрическим наблюдениям.
Фуллереноподобная организация водных кластеров вокруг центров - примесных ионов или ультрадисперсных газовых конденсатов отвечает её льдоподобной (гексагональной) структуре и энергетической выгодности оболочек, для которых естественно сочетание гексагональной и пентагональной организации элементов самоподобия. Как молекулярный сорбент с гибкой геометрией фуллерен в составе комплекса может поляризовать оболочку и тогда содержащий фуллерен комплекс будет центром адсорбции (нуклеации) гидратированных полярных примесей и (или) увеличения объема гидратной оболочки (вплоть до выделения в растворе отдельных макродоменов, когда адгезия и межмолекулярное сцепление в жидкой фазе превышают гравитационное воздействие). Неполярные примеси в этом случае вытесняются на границу доменов. Экспериментально наблюдаемая дифракционная картина при зондировании лазерным пучком (Л—650 нм) является прямым подтверждением доменной структуры в воде. Доменная структура в воде может быть сопоставлена с областями ближнего порядка в стеклах (единицы нанометров), причём увеличение размеров доменов на 3 порядка правомерно связывать с коллективной делокализацией Н+. В одномерных структурах (нити льда или связанная вода в полимерах) более вероятны взаимосвязанные резонансы на низких и высоких частотах. Коллективное смещение (Н+-ё) вдоль одномерных гидратированных структур, льдоподобных нитей или капилляров можно рассматривать как аналог переноса экситонного (Ь!+-ё) возбуждения.
Перераспределение плотности Н-кон-денсата при фазовых переходах следует из
энергетических оценок ЭС воды по наиболее вероятным моделям РМЦ. В области фазового перехода лед ^ вода более вероятен переход на коллективизированную Н-подсистему по модели Е Н2О 1 Е Н2 ^ ДЕ = ЕаН2 - кТ = 5184 см-1 (26 мэВ, 0 °С). Температура 31,5 °С соответствует наименьшей растворимости газов в воде, а 42 °С - наименьшей изотермической сжимаемости воды. Тем самым, дополнительно подтверждается взаимосвязь колебательных и ЭС состояний воды и её компонент. Линейная температурная зависимость энергии перехода может нарушаться при кТ, совпадающих с резонансом колебательных состояний связующей водородной подсистемы (одно из основных свойств плазмы), например, трансляционные колебания делокализо-ванной Н-подсистемы оболочек, взаимосвязанные с (Н+)- в составе регулярных (О-Н+-О)-центров, включающие спиновые переходы (21см-1). Резонанс трансляций делокализованных Н0 с колебательными переходами Н0^Н+ до момента образования парных коллективных Н-связей (м = 184 + 32 см-1) характеризует область (10,5°С) наибольшей объемной плотности воды. Резонанс трансляционных колебаний в составе конденсата и вращательных колебаний оболочки 2,м = 224 см-1 (21°С) соответствует известному колебательному состоянию в воде и полосе льда-Ш [5].
Как и для кислот в переходе лед ^ вода существенно перераспределение плотности делокализованных Н-атомов, не следующее из формульной организации (Н2О)п-кластеров. Один из выводов энергетических оценок - наличие единой для кислорода и водорода подсистемы коллективизированных ЭС. По этой модели теплота парообразования включает энергию разрыва Н-связей между оболочками (Ен = 0,153 эВ) и энергию делокализации коллективизированных ЭС (Е° = 0,239 эВ). Если при испарении межглобулярный Нх входит в состав оболочек, то Е Н2-1596 см-1/ Ё{ЕвО2-, Ев(0-0)} = 1,359 (п), т.е. электронная плотность (ЭП) паровой фазы Нп(ОН)п выше чем ЭП конденсата Нп-х(ОН)п, где перераспределение ЭП от (О-О)-центров на Нп определяется кулоновским компенсированием. Модели переходов в спектрах паров (полосы с максимумами ~0,898 и 1,299 эВ), отвечают донорно-акцепторно-му взаимодействию делокализованных Нп с (ОН)п-оболочкой [6].
Равновесие оболочек в Н-конденсате предполагает их водородоподобие. Критерии водородоподобия: кратное изменение энергии сродства к электрону при измене-
. ОН-группу можно рас-с атомарной массой О17:
нии числа Н-атомов в составе регулярного центра, трехкратное увеличение энергии сродства к электрону однозарядных центров и гибкая форма оболочки. Первый критерий выражается соотношением энергетических характеристик элементарных структурообразующих компонент воды: {Е Н , Е (2Н)+}/Е Н+ /Е ОН /Е О0 =1,2414928
в 2 а а а а
(к), где при переходе от ЕаН+ к статистически диссоциированной молекуле необходима поправка на изменение спина м = 21 см-1. Кратное изменение ЭП выполняется и для моделей основных РМЦ, построенных на основе элементарных: Е {(О-О), О2-} / Ё{Ев(Н2^Н2+), Еа(Н0^Н+)} / Ё{Еа(ОН, Н+)}, где в переходе от Ё(ЕаОН, ЕаН+) к модели статистически диссоциированной молекулы Н2 необходимо учитывать пере ход с м = 10-11 см сматривать как О+ (О+)- = 3(ЕаО0 - 32 см-1) = ЕвОН.
Из водородоподобия ОН-группы следует водородоподобие электронно-колебательного состояния центра (ОН-Н+)- по отношению к электронно-колебательному состоянию Е Н0- 544 см-1: Е (ОН, Н+) -128
аа
см-1 = 3(ЕаН0- 544 см-1). Колебательный переход м =128 см-1 можно рассматривать как резонансное удвоение частоты вращения двух взаимодействующих оболочек состава (ОН - Н+). Высокоэнергетическое ЭС того же центра смещено и указывает на парный протонный обмен в составе оболочки (22 + 1,678 см-1), где Ё(ЕвН2-544 см-1, ЕаН+) возбужденные ЭС оболочки при их взаимодействии со связующими п(Н+)-. Тем самым, энергетический критерий водородоподо-бия выполняется и для центров состава (ОН - Н+)п, которые с точностью до колебательных переходов в парных Н-центрах энергетически эквивалентны коллективизированным парам Н2^(Н+-Н+)-. Критерий водородоподобия организованных (Н2О)п-кластеров в Н-конденсате: 3Еа(Н 2 О) п= ЕвО2-- 1648 см-1. Электронно-колебательное состояние ЕвН2-544 см-1 Н-конденсата на поверхности оболочки смещено относительно ЕВОН и равновесного ЭС ЕВОН ^ ЕВН2 на м =184 см-1, а Ё{Е ОН, Е Н+} - Ё{Е О , Е (Н0^
7 в 7 а J в 2 ау
Н+) - 32 см-1}= 184 см-1 - распределение ЭП при смещении атома водорода между попарно взаимодействующими атомами кислорода с точностью до трансляционных колебаний Н-подсистемы в составе оболочки эквивалентно распределению ЭП между ОН-группами, связанными водородом. Электронная плотность (ЭП) континуума вокруг оболочки эквивалентна ЭП ионизованной водородной молекулы и находится в равновесии с РМЦ ОН^ (О-О) по модели:
О-Н-О. Н-конденсат можно рассматривать как систему попарно взаимодействующих Н-атомов вне зависимости от их расположения (в составе оболочки или между ними).
В тетраэдрической координации кислорода оболочка из чередующихся центров (-О- Н+-О-)- более устойчива за счет О-О и (Н+-Н+)- взаимодействий: динамически равновесное состояние Ев(О-О) = 2,195 эВ и Ё{(ЕвН2+, Ев(2Н+)} =1,8905 эВ ^ Ев= 2,0427 эВ с точностью ДЕ = 0,7 мэВ совпадает с динамически равновесным состоянием протонов (Н+)-, делокализованных между атомами кислорода в составе ОН-оболочки Ё(ЕаОН, ЕаН+), при этом Ев(О-О) - Ё(ЕаОН, ЕаНа+) = Ена= Ё{Ев(Н2-Н2+): Еа(2Н)+} - 1Ев(О-О). Аналогичное смещение: Ё(ЕвОН, ЕаН+) - Ё{Е:О2, Еа(Н0^Н+) - 32 см-1} = Ен отражаает равновесие Н-конденсата на поверхности регулярных (-О-Н+-О-)-центров, тогда как Е:ОН Т Ё{Е:(Н2^Н2+), Еа(2Н)+} = Ё(ЕаОН, ЕаН+) означает, что электронный переход между ОН-центрами и Н-оболочкой энергетически эквивалентен диссоциированным парам Н2^(Н+-Н+)-.
Получение величин п воды вне зависимости от моделей РМЦ без учета полости оболочек соответствует наличию в них подвижных носителей заряда и коллективизированных ЭС. В общем виде модель соответствует конденсату попарно взаимосвязанных (Н+-ё) на поверхности кислородно-водородной оболочки с попарно взаимодействующими О-атомами: Е О Е Н = Е ОН - 64 см-1. Е Н2О = Е О„
:2 -а 2 : : : 2
относится к надмолекулярным центрам и включает повышение ЭП коллективизированных (О-О)-пар за счет смещения ЭП от парных (Н+-ё)-центров на энергетический уровень ЕаО2, что и соответствует конденсату О2 в Н2. Эквивалентность Ё{Е (О-О), Е„Н-544 см_1}=3,3035 эВ и Ё{Е О ,Е: (Н0^
В 2 : 2 ау
Н+)-32см-1} =3,303 эВ отражает равновесие Н-подсистемы с О-оболочкой вне зависимости от модели РМЦ.
Между (Н2О)п - оболочками, определяемыми РМЦ ОН - (Н°^Н+) существует резонансный тип взаимодействия, которому соответствует переход между ЭС взаимосвязанных парных кислородных центров и взаимосвязанных квазимолекул Н2. Поэтому необходимо допустить наличие различных коллективизированных ЭС, связанных с межглобулярными делокализо-ванными парными Н-центрами и ЭС собственно оболочек.
Приведённый краткий анализ надмолекулярной структуры воды позволяет считать её квазиплазмой - способной
поляризоваться и создавать объёмный заряд, иметь доменную структуру, образовывать нитевидные, а также другие объёмные структуры. Вода со сверхстехиомет-рической концентрацией поверхностных п(Н+-Н+)- обладает большой адгезией и проявляет кислотные свойства. Особое значение имеет делокализация Н-атомов и образование Н-плазмы, которая как и молекулярный водород растворяется в некоторых металлах. Накопление водорода возможно в металлах с низкой энергией сродства атомов к электрону (ЕаМ< ЕаН°) и относительно большой энергией М-Н связи (А1, Сd, Ni, Т^ Fe, Zn, Mg). Концентрация раствора (Н°^Н+)- в металлах может быть сопоставима с плотностью коллективизированных ЭС. Быстрая диффузия водорода в металлах возможна при динамическом равновесии (Н°^Н+)- с коллективизированной подсистемой электронных состояний (ЭС). Известна для водорода и диффузия через диэлектрики.
Относительно большая доля Н-связей в пересчете на молекулу (>2,6) предполагает существование коллективизированных сеток Н-связей. Корректная модель коллективизации Н-связей возможна лишь во взаимосвязи с моделью элементов самоподобия. Коллективные свойства ассоциа-тов центров формульного состава энергетически более вероятны для кластеров с высокой степенью симметрии, например оболочек состава (Н2О)п при п >20.
Клатратные модели (например, додекаэдры по Л. Полингу) рассматривают воду как непрерывную сетку Н-связей, образующую пустоты; в которых размещаются одиночные молекулы или димеры, стабилизирующие каркас за счет слабого куло-новского или Н-взаимодействия. Клатрат-ные модели предполагают существование областей с различной плотностью коллективизированных Н-связей и, как следствие, анизотропию свойств воды в случае упорядочения оболочек в доменные структуры. Динамическое равновесие (мерцание) оболочек возможно лишь в рамках изменения их геометрии. Вследствие коллективизации Н-связей ещё более актуальной становится выяснение 30-кратного изменения энергии О-Н- взаимодействия. Варианты моделей оболочек находятся в противоречии с кислородным составом элементарных ячеек льда Ш и других модификаций льда (кроме нитевидного и аморфного). Следовательно, трансляционная организация формульных центров предполагает разрушение подсистемы Н-связей и оболочек.
Совокупность аномальных свойств воды не объясняется в рамках молеку-лярно-кластерной структуры элементов самоподобия, что указывает на иной тип организации элементарных компонент. В специализированных работах прямо говорится о необходимости разработки новых подходов к объяснению структуры и свойств воды. Существует лишь несколько достоверных свойств атомарно-молекулярной организации в номинально чистой воде формульного состава среди которых: а) тетраэдрическая организация атомов кислорода («сущность структуры воды» по Берналу и Фаулеру) [1], Ь) Н-взаимодейс-твие между ОН-группами или/и О-атома-ми, с) коллективная организация Н-свя-зей. В контексте проблемы многократного изменения энергии О-Н- взаимодействия более корректно построение модели посредством согласования энергетических характеристик между основными элементарными компонентами воды и наиболее вероятными моделями регулярных центров, например, моделью формульного центра, учитывающей Н-взаимодействие (ОН- Н+)-, при этом коллективизация Н-связей предполагает динамическое равновесие различных вариантов формульных центров. В этом контексте разрушение^ организация подсистемы Н-связей при переходе лед^вода можно рассматривать как смещение энергетического равновесия между «тяжелыми» и «легкими» компонентами.
Таким образом, аномальные свойства воды в значительной степени - следствие надмолекулярной организации элементов самоподобия формульного состава, стабильность которых обеспечивается взаимосвязанной подсистемой протоно-элект-ронной плотности.
Модель ЭС формульного центра отличается от модели ЭС взаимодействующих ОН-групп на Ен и энергии либрационного перехода Н°: Ё(Е ОН, Е Н+) - Е ОН = Е +
в а в-а н
540 см-1, что соответствует возможности протонного обмена в подсистеме формульных центров (ОН- Н+)п-.
Перераспределение ЭП континуума при взаимодействии основных компонент формульных центров (ОН- Н+)- выполняется для атомарного кислорода ЕаН+/ ЕаОН = ЕаОН / ЕаО0 = 1,24149286 при Е^О0= 1,а467588 эВ, что отвечает энергетическому равновесию формульных центров в различных состояниях ОН-групп: (Н+- ОН)- ^ (Н+ - О - Н)-. При расстоянии г(О - Н+) = 1,45- 1,5 Е и г(О-Н)= 0,95 Е на момент диссоциации ОН-группы формульный центр характери-
зуется энергетически равноценными моделями: Ё{Еа(Н°^Н+), ЕаО0} = Ё{Ёа( О0, Н+), Ё (О0, Н°)}, взаимосвязь которых выражена переходом: Ё(Еа00, Н+) 1 ЕаН° = Ё(Еа00, Н°) = 1,1105 эВ. Для основных моделей формульных центров то же соотношение:
Ё(Е ОН, Е Н+) / Ё{Е ОН, Е Н+}- (32 + 8) см-1 = 1,24149286 (Дм ==10-5 см?1) означает, что перераспределение ЭП между ЭС формульного центра и формульных центров из координационного окружения эквивалентно перераспределению ЭП при взаимодействии основных компонент воды, а равенство: Ё(Е ОН, Е Н+) = Е ОН + {Е (Н+^
в а а а
Н°)-32 см-1} (Дм= 0,03 см-1) является характеристикой эквивалентного распределения ЭП по оси центров (ОН- Н+) и вокруг них. В соотношении для основных моделей формульных центров КС м= 32 см-1 и м= 8 см-1 могут относиться лишь к (Н+)- в составе ОН-группы.
Различные модели динамически равновесных РМЦ как суперпозиции ЭС (Ё) представленных в таблице 1 элементарных компонент и энергетически равноценных переходов (ДЕ) между ЭС центров эквивалентного состава [5] сводятся к трем основным типам РМЦ: 1) центрам формульного состава (ОН- Н+)-, 2) парным кислородным центрам с центральным (Н+)- ^ {О- (Н+)- -О} - структура льда, 3) подсистеме делока-лизованных (Н+)п- - организованная сетка Н-связей.
Модель конденсированной фазы, включающая парные кислородные центры с центральным протоном (Н+)-, ОН-группы и подсистему (Н+)п- предполагает их динамическое равновесие и эквивалентность электронно-колебательных состояний этих моделей РМЦ. Взаимодействие формульных центров выражается тем же перераспределением ЭП континуума с поправкой на частоту трансляционного перехода с м= (160 + 3) см-1 для модели, включающей Н-взаимодействие:
Ёа(ОН, Н+) / Ё{Еа(ОН, Еа(Н+^Н°)} -- (160 + 3) см-1 = 1,24149286 (Дм= 0,03 см-1).
В присутствии (Н+)- подсистема взаимосвязанных О-атомов по модели {О-(Н+)--О}-центров находится в энергетическом равновесии с организованной Н-подсистемой, что выражается равенствами:
а. Ё{Е О2", Е (Н+^Н°)} = 2,8055 эВ = Ё{Е Н2, Ев(Н+-Н+)- },
вв. Ё{Еа О2", Е (Н+-Н+)} = 2,617 эВ =
Ё(Е Н , Е Нв °2) . а
в 2 а
По отношению к континууму энергетическая характеристика формульного центра Еа(ОН, Н+) является динамически равновесной величиной между энергией
связи возбужденной молекулы О2*^ Е:(О-О) и электронно-колебательным состоянием центров Н2+^(Н+-Н+)- ^ Ё{(Е:Н2+, Еа(2Н+)}- (11 + 1) см-1, причем переходы между этими ЭС соответствуют Е = 0,153 эВ. ЕаОН = Ё{Е:(О-О), ЕаО0}- (64 +н 8) см-1, где м= 8 см-1 соответствует вибрации (Н+)~ в {О- (Н+)--О}-центре. В этом контексте физический смысл равенства Е:ОН = 2^Е:(О-О) - эквивалентное перераспределение ЭП при переходе от подсистемы ОН-центров к парам возбужденных молекул кислорода, имеет лишь в окружении подсистемы (Н+)-, что также выражается равенством: Ё{ЕвО2 -3 см-1, Ёа(О0, Н°)} = Ё(ЕаОН, Е:ОН) , где ДЕ = 0,06 мэВ связано с вариацией величины ЕаО в зависимости от локальной плотности
п(аН+)-.
Внутрицентровый переход между ЭС, отвечающими энергии связи возбужденной молекулы (О-О) и смещением ЭП на центральный атом водорода в состоянии (Н+)-^Н°, соответствует либрационному состоянию Н°: Е (О-О) | Е (Н+^Н°) = Е Н°-540 см-1. : а а
В присутствии водорода возбужденная молекула (О-О) энергетически эквивалентна формульным центрам, взаимодействующим с окружением: £{Е (О-О), ЕаН°}= Ё{Е:ОН, Еа(Н°^Н+)}. Статистачески диссоциированная молекула (О-О) -О- 2^О0 находится в равновесии с ЭС континуума ОН-групп с поправкой на вращательное колебание и м= 8 см-1: ЕаОН = Ё{Е:(О-О), ЕаО0}- (64 + 8) см-1, где м= 8 см-1 соответствует вибрации (Н+)~ в {О- (Н+)--О}-центре. При повышении ЭП модель статистической диссоциации организованной кислородной подсистемы:
Ей- | Е О0 = Ё{Е Н , Е Н°} +
в 2 а в 2 а
+ 2,(64; 44; 32; 8; 1,213) см-1, соответствует Н-подсистеме, организованной по модели Н2^2 Н° и включает помимо резонанса КС Н-подсистемы вращательный переход ЭлС.
Перераспределение ЭП при взаимодействии возбужденных квазимолекул (О-О)^ О2- с подсистемой организованных (Н+)п-аналогично таковому при взаимодействии формульных центров со статистически диссоциированными состояниями Н2^(Н2+)-^ (Н°^Н+)-: Ё:{(О-О), О/} / Ё{Е:(Н2^>Н2+), Еа(Н°^Н+)} = 1,24149286 (Дм= 0,3 см-1)
Одинаковое перераспределение ЭП для моделей основных РМЦ, включающие известные КС молекул водорода, подтверждает корректность использования величин Еа и Е: молекулярных кислорода и водорода при получении энергетических величин воды.
6. Подсистемы организованных кислородных центров
Равновесие организованной кислородной подсистемы в окружении организованной водородной подсистемы выполняется для электронно-колебательного состояния организованных кислородных центров по модели О2+^О2~: Е:Н2 = Ё{Е:О2-(1904 + 8) см-1, Е:О2"}-32 см-1, ще м= 32 см-1 характеризует состояние (Н+)-^Н° в {О-(Н+)--О}- центре по отношению к Н-под-системе, м(О2+) = 1904 см-1 [2] соответствует смещению ЭП при Н-взаимодействии, а м = 8 см-1 - вибрации -(Н+)-- между атомами кислорода при уменьшении ЭП. Область фазового равновесия лед-Ш^вода можно рассматривать как равновесие ЭС возбужденных водородом парных (О-О)- центров: Ё{Е:(О-О), ЕаО2} Т {Ёа(Н+^Н°) -8 см-1}= 26 мэВ (Н-взаимодействие между организованными кислородными подсистемами) или как равновесие ЭС между организованной по модели Н2+^(Н+-Н+)- подсистемой (Н+)-и упорядоченной кислородно-водородной подсистемой (Н+- О0): Ё{Е Н2+, Е (2Н+)} | Еа(Н+, О0 ) = 26 мэВ. Модель перехода: ЕаН+| Ев(О-О) = 67 мэВ отвечает скрытой теплоте плавления, тогда как модель перехода Ё{Е ОН, Е Н+И Ё(Е Н , Е Н°) = 67 мэВ -
в-а а в 2 а
отвечает теплоте кристаллизации.
Показатель преломления льда может быть выражен через эквивалентные отношения энергетических величин молекулярного кислорода и компонент формульных центров:
1. Е О2"/Ё{Е О2-,Е (О-О)}= 1,30295 ^ Ё{Е:Н2О:, Еа(Н°^»Н+)/Е::(Н2^Н2+), Еа(Н°^Н+) = 1,30297
2. Ё{Е ОН, Е (Н°^Н+)- 32 см-1}/ Е Н+ =1,3028 ^ Е:ОН/Ё(Е:Н2, ЕаН+) = 1,3022,а что отвечает энергетической эквивалентности ЭС формульных центров и динамически равновесных подсистем возбужденных молекул О2~^(О-О) в окружении Н-подсистемы.
Взаимосвязь энергетических характеристик центров формульного состава, парных кислородных центров и подсистемы (Н+)- выражается через общепринятый показатель преломления (п) воды (20°С): Еа(Н+, ОН) / Ё{Е:(О-О), ЕаО2}- (8 + 3) см-1 = 1,33299 = Еа(Н°^Н+) - 3 см-1 / Еа(2Н)+. Из моделей (п) воды следует взаимосвязь м ~ 3 см-1 с подсистемой организованных атомов кислорода.
Модели ЭС формульного центра (ОН-Н+)- и {О- (Н+)--О}-центра:
Ё{Е О2, Е (Н0^Н+)- 32 см-1}= 3,303 эВ; в. Ё{Е ОН, ЕЕ Н++}= 3,326 эВ
соответствуют усредненной работе выхода в воде Е. ~ 3,3 эВ и отличаются на частоту трансляционного перехода м= 185,375 см-1. Тем самым, вне зависимости от модели РМЦ, при их взаимодействии происходит кратное перераспределение ЭП при определенном частотном резонансе КС, а подсистема атомов кислорода в составе организованных п(Н+)- энергетически эквивалентна подсистеме возбужденных молекул. При среднем расстоянии в воде г(О-О) ~ 2,85 Е (О-О)-взаимодействие возможно лишь опосредовано через КЭС, связанных с подсистемой делокализованных (Н+)п-. Наличие КЭС один из основных признаков организации компонент конденсированной фазы.
Энергетическое равновесие п(ОН- Н+ )-и Н-подсистемы в составе (Н2О)п позволяет определить энергию делокализации для подсистемы (ё - Н+), организованных по модели (Н2^Н2+)- как: Е°= Е (Н2^Н2+) - Ё(Е ОН, Е Н+) = 0,239 эВ. в
ва
В электронейтральной среде с попарно организованными водородно -кислородными подсистемами равновесное состояние достигается при перераспределении ЭП в соответствии с величинами Е Н =
а2
0,7195 эВ и Е О = 0,8715 эВ (~1,211258х).
а2
Переход м ~ 3 см-1 является частотным эквивалентом изменения кТ между областью равновесия фаз (тройная точка ~0,01°С) и температурой наибольшей плотности воды (3,98° С), следовательно среднее расстояние между атомами кислорода (в составе ЭлС и между ними) наименьшее при резонансе спинов в попарно организованной кислородной подсистеме (О2 + ^О2-).
7. Модели переходов воды
Переход между электронно-колебательным состоянием водорода в составе формульного или кислородного РМЦ (модель Н°^Н+), и электронно-колебательным состоянием связующей Н-подсисте-мы: Еа(Н°^Н+)- (32 + 8) см-11 Еа(Н+ -Н+)- -161 см-1 = 0,3920022 эВ мэВ энергетически соответствует (Ен + Е°) и характеризует взаимосвязь между рассмотренными КС Н-подсистемы и энергетическими величинами водорода [5]. Энергетически эквивалентны переходы:
а) Еа(Н2О)п -64 см-1 1 {ЕаН°-540 см-1, Еа(Н+ -Н+)- -161 см"1} = 0,392046 эВ (3162,0387 см-1) в) Е (Н°^Н+)- 44 см-1 1 Е (Н°, О0) = 0,39204-1 эВ (Дм~0,35 см-1), а
следовательно, вращательный переход м= 64 см-1 относится к организованным кластерам воды в составе организованной
Н-подсистемы, а м = 44 см-1 - характеристика протонного обмена между ними.
Приписываемая молекулам воды экспериментальная величина энергии связи включает энергетическую характеристику формульных центров в конденсированной фазе, энергию Н-связи и одну из энергетических характеристик протона в конденсированной фазе:
Е Н2О= Е{Е ОН, ЕН+} + Е Н+ + Е +
в в-а ' а J а н
(21 + 3) см-1 или
Е НО = Е{Е (Н„«-Н„+), Е(Е ОН, Е Н+)}
в 2 *-вч 2 2 " чв ' а /J
+ {Еа(Н+^Н°) -32 см-1} + Ен
Модели переходов в подсистеме организованных центров {О-(Н+)~-О}- (Н+)-:
ЕН2 f Е (Н°^Н+) = Е{Е ОН, Е (Н°^Н+)} + 185,5 см-1а= ЕвО2- f Еа(Н+в-Н+)- характеризуют трансляционный переход в подсистеме (Н+)х- в составе ЭлС, которую можно рассматривать как поляризационный буфер между совокупностью организованных центров {О-(Н+)--О}^ (Н+)- ^ОН.
В рамках единой подсистемы Н-связей модели динамически равновесных центров Н2^2-(Н+)- и Н2^(Н+-Н+)- сосуществуют, а поправки на переходы м= 11 см-1 и м= 21 см-1 в кратных соотношениях перераспределения ЭП для Н-центров можно рассматривать как составляющие единого КС м = 32 см-1. Переход: Ев(Н2^Н2+) f ЕаН° = Е{ЕвН2, Еа(Н+-Н+)-}- 44 см-1 соответствует протонному обмену между подсистемой Н-связей и подсистемой (Н+)х- в ЭлС. Возможность безбарьерного перехода (Н+)- между подсистемой делокализованных (Н+)~ и -(Н+) - в составе регулярных {О-(Н+)~-О}-центров выражена через рассмотренные равенства ЭС: Е{Е O2", Е (Н+^Н°)}= 2,8055 эВ = Е{ЕвН2, Еа(Н+-Н+) } а
Е{ЕвО2", Еа(Н+-Н+)-}= 2,617 эВ = Е(ЕвН2, ЕаН°), отличающиеся организацией Н-под-системы.
Равновесное распределение ЭП между ЭлС и подсистемой Н-связей, а также между подсистемой атомов кислорода и подсистемой (Н+)п- в составе ЭлС (ё-Sol) обуславливает электронейтральность воды и позволяет моделировать её как раствор попарно связанных атомов кислорода в Н-конденсате состава
отличается от
ЕН
Н3. Величина Е„
150 мэВ на мс(Н°) и энергетически эквивалентна резонансу либрационных переходов (Н+)- между {О-(Н+)--О}-центрами, и подсистемой (Н+)х- в составе ЭлС и связующей Н-подсистемой (2-м= 540 см-1), а также связанных с ними трансляционных колебаний (м= 161 см-1). Результирующая величина превышает значение Е на м = 8 см-1, что отвечает
н
интерференционному гашению вибрации
в подсистеме организованных (Н+)-. Тем самым, в воде Н-связь моделируется системой взаимодействующих атомов водорода, расположенных между высокодобротными осцилляторами, а также как волновой резонанс однотипных носителей заряда в составе ЭлС. Энергия взаимодействия между Н-подсистемой в составе ЭлС и связующей Н-подсистемой может быть оценена суммой: Ен + (ЕаН°- м).
Трансляционный переход в подсистеме (Н+)х- в составе ЭлС характеризуют модели переходов в подсистеме организованных центров {О-(Н+)"-О}- (Н+)-:
ЕН2| Е (Н°^Н+) = Ё{Е ОН, Е (Н°^ Н+)} :+ 185,5асм-1 = Е:О2- | Еа(Н+-Н+)-, следовательно подсистема (Н+)х- в составе ЭлС выполняет роль поляризационного буфера между совокупностью организованных кислородных и формульных центров {О-(Н+)--О}^ (Н+)- ^ОН. Протонный обмен в подсистеме делокализованных (Н+)х- сопровождается переориентацией спина (Н+)- и трансляционным переходом, а перераспределение ЭП в составе организованных парных центров (О2+- О2-) - спиновым резонансом —3 см-1.
Более высокое значение (п) частиц паровой фазы в сравнении с п воды при 60 °С возможно при увеличении числа делока-лизованных (Н+)- в их составе за счет подсистемы Н-связей между ЭлС, но не может быть следствием увеличения плотности частиц. Полоса м= 1596 см-1 моделируется переходом между ЭС континуума кластера (Н2О)п и (Н+)- в подсистеме организованных {О-(Н+)"-О}-центров:
Еа(Н°^Н+) - (21 + 3 +1) см-1 Т Еа(Н2О)п = (1596 + 64) см-1 и соответствует резонансу 2(184; 1412) см-1. Изменение концентрации (Н+)п- на границе с поверхностью твердого тела следует из вариации величины рН дистиллированной воды в зависимости от угла смачивания. Во взаимосвязанной системе (О-Н+-О)п--(Н)пх уменьшение концентрации (Н+)- приведет к повышению энергии (О-О)-взаимодействия и большей плотности ЭлС. Именно такая ситуация реализуется при синтезе капиллярно-конденсированной воды (вода-П) осаждением из паровой фазы в кварцевых капиллярах 1-20 мкм, размещенных в предварительно откачанной системе. Синтез воды-П при циклическом запускании пара соответствует фазовому разделению {О- (Н+)--О}п-(Н)п-х на подложке, внедрению части (Н+)- в кварц и диффузии независимо от конденсата.
Показатель преломления воды-П ^ п ~ 1,48 превышает модельную величину
(n) оболочек формульного состава (ОН-H+)t': Ё(ЕвОН, Еа(Н°^Н+)/Ё(ЕаОН, ЕаН+) = 1,44417. вследствие выделения «тяжелых» ионов из матрицы (ионный обмен). Показателю преломления перекиси водорода п(Н2О2) ~ 1,45 соответствует отношение ЭС основных составляющих {О - (Н+)--О}п- центров: ЕвО2/Ё(ЕвОН, ЕвН2+) =1,44943, из которого, а также кислотных свойств Н2О2 следует делокализация одного (Н+)-из формульного состава по s-p состояниям молекул {О - (Н+)-- О}-- Н+.
Подсистема делокализованных (Н+)х-обуславливает геометрическое водородопо-добие ЭлС, а равновесие организованных кислородно-водородных центров в подсистеме Н-связей предполагает их энергетическое водородоподобие.
По этой модели ЭлС состоит из 32 атомов кислорода организованных в фулле-реноподобный кластер. По модели совокупности {О-(Н+)--О}-центров спиновый резонанс в кислородной подсистеме должен сопровождаться спиновым резонансом в подсистеме центральных -(Н+)-- , что с точностью до вибрации (Н+)- м = 8 см-1 соответствует характеристической полосе воды м ~ 680 см-1.
Вращение совокупности {О-(Н+)--О}-центров должно сопровождаться вращением подсистемы делокализованных (Н+)- в составе ЭлС. Модель водородоподобия ЭлС: ЕвН2О- 44 см-1= 3{E(e-Sol) - 160 см-1} подтверждает взаимосвязь КЭС с организованной Н-подсистемой: (Н+- ё)х.
8. Водородоподобие подсистем
Присутствие подсистемы делокализо-ванных (Н+)х- в составе ЭлС обуславливает их геометрическое водородоподобие, а равновесие организованных кислородно-водородных центров в подсистеме Н-свя-зей предполагает их энергетическое водо-родоподобие. Энергетический критерий водородоподобия (3ЕаМ = ЕаМ+ [7]) выполняется для формульных центров как совокупности ЭП континуума взаимосвязанных атомов: а. Ё(Е ОН, Е Н+) - 44 см-1
ва
= 3(ЕаН°, О0), где роль континуума выполняет e-Sol.
В конденсированной фазе равновесие центров {О- (Н+) -О}^ОН предполагает модель (О-Н)-групп как {(Н+)--О}-центров. Эквивалентность Н-атомов в организации Н-связи (Ен = 0,153 эВ) не согласуется с ковалентным типом взаимодействия в ОН-группах (ЕвОН = 4,39 эВ) и обратимой диссоциацией ОН-групп. При ковалент-ном взаимодействии длина О-Н-связи не должна превышать суммарного ковалент-
ного радиуса атомов водорода и кислорода в одновалентном состоянии: г(О°) + г (Н°) ~ 0,94 Е. Длина О-Н-связи в воде 0,95-0,98 Е допускает делокализацию (Н+)-.
Межатомное расстояние в кластерах Оп ~2,1 Е и возрастает на ковалентный диаметр Н° в кластерах (ОН)п до ~2,66 Е. Расстояние 3,5 Е между атомами кислорода в воде [2] может быть отнесено к среднестатистическому расстоянию между ближайшими О-атомами соседних ЭлС и тогда ~2,9 Е - равновесное значение по отношению к теоретически обоснованному расстоянию между атомами кислорода ~2,34 Е, которое соответствует увеличению межатомного расстояния в кластерах Оп на ковалентный радиус Н°, что согласуется с делокализаци-ей (Н+)- в ОН-группах. При включении Н+ в электронную подсистему возбужденного О° энергетический критерий водородоподо-бия выполняется, если ОН-группы рассматривать как О+ с массой О17: (О+)-= 3(Е О0 - 32 см-1) = ЕвОН при ЕаО0= 1,4673 эВ, г^де м= 32 см-1 характеризует подвижность (Н+)- по s-p-состояниям кислорода чем и обуславливается геометрическое водородоподо-бие свободных ОН-групп. Моделирование ОН-групп возбужденным состоянием кислорода О* позволяет рассматривать ЕвОН как ЕаО*. По отношению к энергетически равновесным основным возбужденным состояниям: Е№ О*= 3,431 эВ и Е1 О*= 5,655
аа
эВ [2] выполняется равенство: ЕвОН = Ё(Еа№О*, Е1аО*) - Ен, где понижение равновесного состояния Е О* на Е соответствует
ан
внутриатомному Н-взаимодействию.
Воду можно моделировать как систему динамически равновесных центров: {(Н2+)-^(2«+)-} - (О-Н+-О)- - {О-(Н+)--О}, что соответствует организованной плазме [5]. Равновесие между (О-(Н+)--О)-центрами и (О-О)-взаимодействием между ЭлС наступает при 10,5 °С (наибольшая объемная прочность воды).
9. Вода - квазиплазма
Модель воды как раствора ЭлС в Н-кон-денсате допускает раздельное испарение
водорода и ЭлС, а также не стехиометри-ческое соотношение этих компонент воды
в паровой фазе: Нх - Нпх(ОН)п [5]. По от-
ношению к стехиометрическому составу до стадии разложения ЭлС из воды может
быть выделено ~25% водорода. Эта оцен-
ка зависит от структуры воды и концент-
рации примесных катионов. Наибольшая локальная концентрация делокализован-
ных (Н+)- в «чистой» воде достигается при макроструктурной организации ЭлС (доменные структуры) при которой сущест-
вуют области повышенной и пониженной плотности. Разрушение связующей Н-под-системы и выделение водорода возможно при фокусировании упругих ударов, когда в объеме создаются области сжатия и разряжения (дифракция света на ультразвуке) и наблюдается как сонолюминесценция воды. Небольшое количество водорода выделяется при кипячении воды в результате схлопывания газовых пузырьков.
Из неё следует, что величина (п) воды в основном определяется регулярными Н- центрами, в частности (Н0-Н+)-ё, (Н+)- ё и (Н-Н)+-ё. В фазе с трансляционной симметрией более существенна роль кислородных РМЦ, в частности Ев(0-0).
К регулярным РМЦ в воде помимо ОН могут относиться статистически диссоциированные молекулы Н2 и Н2+. Использование энергетических величин молекулярного водорода в полуэмпирических оценках ЭС воды допускает использование энергетических характеристик О2, О2-, (О-О) и О0.
Конденсацию воды на гидрофобных и гидрофильных материалах можно рассматривать как процесс гидратации фуллере-нов. При этом наблюдается кластеризация водорода в адсорбированном состоянии и изменение физико-химических свойств материалов, подвергшихся гидратации, в частности, эффект свехпроводимости у некоторых материалов при относительно высоких температурах.
В случае гидрофобных частиц (например, углеродных или иодида серебра) предполагается существование дефектных, примесных или структурно модифицированных центров, создающих локальное искажение потенциала. Внешние воздействия, например электроразряды, могут понижать энергетический барьер образования С-О или ^С-Н связей на поверхности С-частиц. Не исключая моле-кулярно-кластерную адсорбцию Н2О, правомерно допустить, что первопричиной является «водородный» механизм гидратации.
Энергия гидратации макромолекул коррелирует с энергией Н-связи (0,153 эВ). Для С-наночастиц (графены^графаны, гидратация наноалмазов) это известно как гидрогенизация углеродных частиц (С:Н): кластерный механизм конденсации водорода в графитовых нановолокнах. При осаждении наночастиц серебра или иоди-да серебра из водных растворов согласно оптическим спектрам в состав частиц входит водород как примесь (характеристические полосы с максимумами 528 и 656
нм) или как регулярная подсистема - характеристические плазмонные полосы в области 390-430 нм, которые по полуширине, интенсивности и энергетическому положению не соответствуют коллективизированным состояниям в Agn, но моделируются переходами в {Ag-(H+)-Ag}n-.
10. Выводы
Подсистема атомов кислорода в окружении организованной водородной подсистемы энергетически эквивалентна организованной подсистеме возбужденных молекул. Взаимосвязь электронно-колебательных состояний для двух энергетически эквивалентных моделей регулярных молекулярных центров воды (льда) выполняется с точностью не хуже экспериментальной погрешности в значениях основных макрофизических параметров в рамках совокупности элементов самоподобия в виде оболочек состава Н16(ОН)32 в составе Н-конденсата, который совместно с водородом элементов самоподобия образует единую подсистему.
Все модели резонансов колебательных состояний, соответствующие известным температурам фазовых переходов 1-рода или иным особым температурным точкам воды, включают переход между спиновыми резонансами атомарного водорода в составе организованного водородного
конденсата и спиновыми резонансами мо-лекулярно организованного водородного конденсата.
Температуры фазовых переходов 1-рода воды и перекиси водорода соответствуют резонансам одних и тех же низкоэнергетических колебательных переходов, а показатель преломления перекиси водорода определяется отношением характеристических электронных состояний воды, что позволяет рассматривать перекись водорода как подсистему водного конденсата. При внешнем воздействии возможно обратимое фазовое разделение воды на две подсистемы с показателями преломления 1,449 - перекиси водорода и 1,237 - водородного конденсата (дифракция света в воде при воздействии на неё ультразвуком и выделение водорода). Предлагаемая модель микроструктуры воды объясняет физико-химические свойства воды.
Такое разнообразие микроструктурных энергетических моделей воды и ее компонент объясняет аномальное поведение воды, ответственное за взаимодействие живой и неживой материи, устойчивое существование жизни на Земле, является следствием надмолекулярной организации элементов самоподобия формульного состава, стабильность которых обусловлено взаимосвязанной подсистемой протон-но-электронной плотности.
Список литературы:
[1] Бернал Дж., Фаулер Р. Структура воды и ионных растворов // Успехи физ. наук. Т. XIV. - 1934, № 5. -С.586-643.
[2] Бурлакова Е.Б., Терехова С.Ф., Греченко Т.Н., Соколов Е.Н. Эффект подавления реакции окисления радикала липида при электрической активности изолированного нейрона // Биофизика. Т. 31. -1986,№ 5. - С. 921-923.
[3] Вигасин А.А.Структура и свойства ассоциатов воды // Журнал структурной химии. Т. 24. - 1983, № 1. - С. 35-137.
[4] Корнфельд М. Упругость и прочность жидкостей. - М., Л.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1951. - 107 с.
[5] Резников В.А. Вода как кислородные оболочки в водородной плазме // Сборник избр. тр. IV межд. конгресса «Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине». - СПб., 200б. - 95-99.
[6] Самойлов О.Я. Структура водных растворов электролитов и гидратация ионов. - М.: Изд-во АН СССР, 1957. - 182 с.
[7] Pershin S.M. Two Liquid Water // Phys. Wave Phenomens. V. 13. - 2005, № 4. - p. 192-208.
