Честная физика. Статьи и эссе.

6. Жмурки с электричеством.

 

6.6. Электротоки и электролиты.

 

 

       Для сравнения: в XIX веке физика не с жиру бесилась, а в трудах и скорбях искореняла заблуждения об электрических флюидах, и укрепляла истину о том, что носителями электричества являются частицы вещества. Например, Фарадей исследовал прохождение постоянного тока через растворы электролитов. Натурально, ток в электролитической ванне обеспечивался переносом вещества к тому и другому электроду: растворённые газы весело бурлили, выделяясь на электродах в виде пузырёчков, а растворённые металлы – организованно, послойно оседали на катоде, формируя гальваническое покрытие. Что особенно важно, прохождение определённого количества электричества через электролитическую ванну вызывало выделение на электроде совершенно определённого количества того или иного растворённого вещества. Правда, тут не последнюю роль играла ещё и валентность этого вещества. Вмазывание в электрод некоторого количества двухвалентных частиц требовало прохождения в два раза большего количества электричества, чем в случае такого же количества одновалентных частиц. Вот когда замаячил вывод о дискретном характере электричества, т.е. об элементарном электрическом заряде!

 

       И вот, до сих пор считается, что ток в электролитах – это движение ионов, которые как раз бывают однократные, двукратные и так далее. Всё это здорово, но, дорогой читатель, не терзают ли вас смутные сомнения? Вот в ванне водный раствор какой-нибудь алюминиевой соли. Алюминий трёхвалентен и опыт подтверждает в согласии с законами электролиза Фарадея, что для осаждения на катод N атомов алюминия требуется пропустить через ванну в три раза большее количество электричества, чем для осаждения N одновалентных атомов. Если кто подзабыл, количество прошедшего электричества определяют, измеряя гальванометром силу тока в цепи, и умножая эту силу тока на время, в течение которого ток тёк; а количество осаждённых атомов находят, деля массу осаждённого вещества на массу одного атома. Как видно, вполне прозрачная арифметика. Которая вполне прозрачно намекает на то, что атомы алюминия в растворе и впрямь трижды ионизованы, к торжеству теории электролиза…

 

       Эх вы, фанаты мокрых технологий! Знаете, сколько составляет  сумма энергий связи трёх внешних электронов алюминия? Аж 53 эВ! Это чудовищная по химическим меркам величина. Тепловая трёхкратная ионизация атомов алюминия при обычных температурах совершенно исключена.

       Что же это за силушки богатырские, которые делают из атома алюминия трёхкратный ион в растворе? На это академики с серьёзным выраженьем на лице разъясняют. Молекула соли, мол, состоит из уже готовых положительных ионов металла и отрицательных ионов остатка, и дипольные молекулы воды просто растаскивают молекулу соли на эти ионы.

       Ага. «Просто»! Дяденьки, вы в вузах учились или просто их окончили? Каким это образом пара тройных противоположных зарядов может быть растащена слабо-дипольными молекулами, которые ещё и друг к дружке выстраиваются «мордочкой к попке»? Или эти слабо-дипольные молекулы способны по команде напрячься, да ещё хором пукнуть? Тогда конечно, никакая молекула соли не устоит. Только, если её таким авральным способом растащат на ионы, что же помешает этим ионам воссоединиться?

       «Вот это хороший вопрос, – обрадуются академики, потому что на него у них есть хороший ответ. – Каждый ион в воде окружён гидратной оболочкой. Вот они-то, гидратные оболочки, и не дают ионам воссоединяться!» Да… хорошо звучит ответ. Только, дяденьки, вы прикиньте напряжённость «поля», порождаемого ионом на расстоянии от него, равном среднему расстоянию между ионами в воде, и сравните её с напряжённостью «поля», создаваемого электродами, при которой начинает течь ток через электролит. Видите, вторая из них на много порядков меньше первой. Ну, теперь попробуйте объяснить, почему ваши хвалёные гидратные оболочки ведут себя по двойным стандартам. А именно, пресекают воссоединение ионов, но любезно разрешают им двигаться к электродам. Сильную тягу сводят на нет, а несоизмеримо более слабую тягу вполне допускают!

 

       Дяденьки, если вы такое приемлете, то у вас и деревянный конь обкакается. Ну признайтесь, что вы не понимаете, как проходит электрический ток через растворы электролитов. А то с ионами вы совсем запутались. Движением ионов электричество и вправду переносится, но где? Ну, например, в слабо ионизованных газах, желательно в разреженных, где это особенно хорошо получается. Или в космическом вакууме после выстрелов из ионных пушек. А в электролитах всё по-другому. Нам подсказывают, что продуктами диссоциации там являются вовсе не ионы, а нейтральные атомы и радикалы. А вот окружающие их гидратные оболочки как раз имеют эффективные заряды. Вода – субстанция удивительная, она кишит электричеством; на этом остановимся подробнее.

 

       Не будем перечислять аномальные физические свойства воды – список длинный. «Всё из-за того, что в воде много водородных связей», – бормочут академики, стараясь не смотреть нам в глаза. Это они не от скромности, а от непонимания того, что такое «водородные связи». Ведь если академики не понимают природу обычных химических связей, откуда у них быть пониманию необычных связей, при которых расстояния между связанными атомами в полтора раза больше обычных, т.е. эти атомы, как сказал Гоголь, «висят эдаким чёртом, можете представить себе, без всякого, то есть, прикосновения».

       Академики с присущей им сообразительностью констатировали, что атом водорода в молекуле воды, оставаясь химически присоединён к своему атому кислорода, с какой-то радости связывается с находящимся поодаль атомом кислорода другой молекулы воды. Т.е. два атома кислорода из разных молекул воды оказываются связаны через «водородный мостик». Кристаллическая структура обычного льда якобы целиком держится на таких водородных мостиках. А жидкая фаза получается, когда часть водородных мостиков оттаивает. И чем больше их оттаивает, тем водичка получается жиже.

 

       «Ладно», – скажем мы, но заметим: ваш «водородный мостик» должен строиться через один атом водорода. Подтверждается ли это структурными исследованиями? Вон же, в 1957 г. проводили нейтронографию монокристаллов тяжёлого льда. Расшифровка картин рассеяния нейтронов показала: пары атомов кислород-кислород связаны через два атома дейтерия. Т.е. в обычном, не тяжёлом, льду водородный мостик строится через два атома водорода, каждый из которых находится на химически обусловленном расстоянии от своего атома кислорода.

       Новость про два атома водорода в водородном мостике вогнала специалистов в ступор. Ведь если учесть, что на один атом кислорода во льду приходится четыре мостика к четырём соседям, то в свете структурных исследований химической формулой воды должна быть Н4О.

       «Нет, «аш два о» нельзя обижать, – прикидывали теоретики. – Надо придумать чё-нить такое». И вот что придумали: в водородном мостике всё-таки один атом водорода, только он, мол, скачет зайцем туда-сюда, из одного устойчивого положения в другое. Как будто два атома кислорода играют в пинг-понг атомом водорода, понимаете? И как будто два атома кислорода при этом связаны. Общее занятие – оно же связывает.

 

       Знаете, дяденьки, подобные популярные объяснения восхитительны, да вот беда: у вас вместо физики сплошные бытовые аналогии. А ведь есть и физическое объяснение длинных связей в воде – через один атом водорода и в полном согласии с результатами нейтронного зондирования. Не может такого быть, скажете вы. Это потому, что вы погрязли в предрассудке о том, что водородные связи во льду являются стационарными.

       Сделайте небольшое усилие и допустите, что длинные связи являются переключаемыми, и что на каждый момент времени на один атом кислорода во льду приходится в среднем две таких связи. А чтобы так получалось, требуется сущий пустячок: чтобы четыре самые длинные атомарные связки «протон-электрон» у кислорода переводились из состояния валентных в состояния невалентных поочерёдно: так, чтобы валентными на каждый момент времени были лишь какие-то две из них. Делается это, опять же, чисто программными средствами.

       Помните, выше мы говорили, что нечто аналогичное вытворяют с атомами металлов? Но у атомов металлов валентные переключения происходят независимо от агрегатного состояния. У атомов кислорода в молекулах воды это несколько иначе. Режим валентных переключений работает, когда в одну кучу собирается достаточное количество молекул воды. Есть мультик, в котором мартышка пристаёт с вопросами: «Три ореха – это куча? Нет? А – четыре?» С какого количества начинается куча?

       Так вот, для молекул воды этот вопрос решён, и отнюдь не абстрактно. Собралось вместе такое количество молекул воды, что включился режим валентных переключений, и получилась микрокапелька, значит собралась куча молекул. И обратно: капелька уменьшается-уменьшается из-за испарения, и вот в ней молекул становится меньше, чем куча – сразу выключается режим валентных переключений, и микрокапелька испытывает взрывное испарение!

 

       Мы так подробно говорим о валентных переключениях в воде, потому что ими-то и обусловлены динамичность молекулярной структуры воды и её фантастические электрические свойства. Атом водорода в молекуле воды может быть химически присоединён только к валентной кислородной связке «протон-электрон». При потере этой связкой статуса валентной атом водорода станет свободным и будет присоединён к одному из соседних атомов кислорода через его связку «протон-электрон», которая стала валентной. Вода в конденсированном состоянии – это не конгломерат молекул, имеющих неизменный состав, а бурлящая на молекулярном уровне среда, в которой каждая молекула регулярно обменивается атомами водорода с соседями.

       Но это ещё не всё.

 

       Вот полагают, что ничтожная часть молекул жидкой воды диссоциирована на ионы ОН- и Н+. Элементарный расчёт показывает, что механизм этой диссоциации не тепловой. «А какой же?» – с этим вопросом лучше не обращаться к науке, а то ей неудобно станет. Мы же говорим про регулярные переформирования составов молекул воды с тотальным развалом на радикалы ОН и Н. Так не имеет ли эта картина некоторую электрическую окраску? Ещё как имеет!

       Когда кислородная связка «протон-электрон» теряет статус валентной, она на некоторое время «зависает» в состоянии максимального отрицательного зарядового разбаланса. Поэтому группа ОН, остающаяся после «отпада» атома водорода, ведёт себя как радикал, имеющий элементарный отрицательный заряд. «Отпавший» же атом водорода в ответ индуцирует максимальный положительный зарядовый разбаланс, проявляя себя при этом как протон. Вот откуда берутся в воде так называемые ионы ОН- и Н+! Это не ионы вовсе, их электрические заряды проимитированы через зарядовые разбалансы! Вода – это своеобразная жидкая плазма, она буквально бурлит электричеством!

 

       Тут внимательный читатель заметит, что это бурление выходит имеет тотальный характер, затрагивая каждую молекулу воды, а на опыте обнаруживается диссоциация на ионы ОН- и Н+ лишь ничтожного количества молекул. Всё верно, но противоречия здесь нет. Концентрация ионов в растворах определяется через измерения электропроводности при молчаливом предположении о том, что ионы являются долгоживущими. Но ведь переформирования молекул в воде происходят за характерные химические времена, около 10-11 с, а «ионы» ОН- и Н+ живут и того меньше. Поэтому в случае с водой вклад в электропроводность дают лишь её тончайшие приэлектродные слои, что и приводит к чудовищному занижению измеряемых концентраций ОН- и Н+.

       Зато слабый электрический ток через чистую воду возможен при малых напряжениях между электродами. Поэтому Дэви и удалось получить выделение кислорода и водорода на погруженных в воду электродах, присоединённых к вольтову столбу, который давал какую-то пару вольт. Это называется «электролиз» – разложение электричеством.

       Друзья, да жидкую воду не надо разлагать электричеством – она сама себя разлагает. Успевай только растаскивать продукты разложения на электроды и будет полный ажур. Кто не верит, пусть попробует получить «электролиз» бензина при паре вольт. А мы посмеёмся. Потому что знаем, что здесь потребуется пробивное напряжение, этак, десятки киловольт. Только, дети, если вы надумаете проводить эти опыты, то имейте в виду, что вряд ли вы сделаете открытие. Здесь авторское свидетельство уже выдано:

Школьник высокие вольты включил,

В чистом бензине пробой получил!

Долго за жизнь его бились врачи…

От школы остались одни кирпичи…

 

       Так вот, значит: вода кишит радикалами ОН- и Н+ - в этом и секрет её потрясающей химической агрессивности, в том числе мощной растворяющей способности, а также коррозионного воздействия. Странным образом водную коррозию чёрных металлов теоретики выдают за электрохимическую через образование гальванической пары металлов и растворение того из них, который имеет более положительный потенциал. Но ведь даже дети знают, что при контакте с водой железо не растворяется, а превращается в ржавчину. В школе детям объясняют, что ржавчина – это гидроокись железа… Э! Так это же результат химической реакции! Те дяденьки, которые учат, что при водной коррозии происходит растворение металла, они что, тупые?

 

       Ну, тут ответ неоднозначен. Раньше они не знали про валентные переключения в металлах и в воде. Теперь они про это знать не хотят. Пытаясь во что бы то ни стало сохранить своё невежество, они действуют вполне последовательно. Где же они «тупые»? Наоборот, вон они какие целеустремлённые! Ну, да не для них будь сказано: радикалы ОН- и Н+, которыми вода кишит, должны легко «садиться» на временно свободные валентные связки атомов металла, замыкая их на себя и постепенно исключая атомы металла из динамической кристаллической решётки. Так и формируется конгломерат гидроокиси.

       Кстати, становится понятно, почему так эффективен метод защиты от водной коррозии через создание отрицательного потенциала на защищаемом изделии, например, через подключение его к «минусу» источника постоянного напряжения. Отрицательный потенциал позволяет взаимодействовать с изделием радикалам Н+, но не ОН-, поэтому гидроокись, при всём своём желании, образоваться не сможет.

 

       А теперь наконец про чудеса в электролитах. Вот смотрите, соли металлов. Они химически неустойчивы и гигроскопичны из-за валентных переключений у атомов металлов. Что будет, если такая соль, которая держится на честном слове, окажется в воде, кишащей радикалами ОН- и Н+? Да ясно, что будет: водичка быстро повыковыривает из соли атомы металла, вот и получится «растворение». Только радикалы ОН- и Н+ будут отнюдь не с равным успехом «цепляться» к атомам металла. Выше мы говорили, что заряды у ОН- и Н+ обусловлены не избытком-недостатком электронов, а зарядовыми разбалансами. Так вот, когда в атоме металла, готовом образовать химическую связь, имеет место отрицательный зарядовый разбаланс, к нему присоединился бы атом водорода с положительным зарядовым разбалансом, но этом атом водорода поворачивается к атому металла своим протоном, а не электроном, и связи не получается. Наоборот, при положительном зарядовом разбалансе в атоме металла радикал ОН- поворачивается к нему именно электроном, и связь с большой вероятностью образуется.

 

       Но заметьте, что рядом с нейтральным соединением «металл–группа ОН» остаётся радикал Н+! Если металл трёхвалентен, то рядом с нейтральным соединением «металл-три группы ОН» остаются три радикала Н+! Конечно, связи «металл–ОН» неустойчивы из-за валентных переключений у атома металла, структура соединения «металл–группы ОН» является динамической. Но в результате формируется динамический гидратный комплекс с эффективным электрическим зарядом, порождаемым радикалами Н+ в количестве, равном валентности металла. Этими гидратными комплексами и обеспечивается электропроводность водных растворов солей металлов.

       Никаких тут сказочных ионизаций, всё реалистично. Что касается водных растворов кислот и щелочей, то в первом случае в растворе оказывается избыточное количество радикалов Н+, а во втором – радикалов ОН-. Эти сдвиги электрического равновесия и обеспечивают прохождение электрического тока.

 

       И ещё. Молекулы спиртов и сахаров тоже содержат группы ОН и Н и отлично растворяются в воде, но эти растворы плохо проводят электрический ток. Странно? Отнюдь. При растворении спиртов и сахаров образуются одинаковые количества радикалов ОН- и Н+, что эквивалентно добавлению чистой воды.

 

       Надо уточнить, что выше мы говорили о постоянном электрическом токе через электролиты. С переменным током через них всё получается гораздо веселее. Неповоротливые гидратные комплексы перестают откликаться своими подвижками на переменное напряжение, начиная уже с довольно низких частот. При частотах в десятки килогерц весь ток через электролиты обусловлен уже не переносом вещества, а максвелловскими «токами смещения», т.е. волнами зарядовых разбалансов. На близких к нулю частотах, через водную среду прут гидратные комплексы, что оказывает механическое и тепловое действие. На высоких же частотах за подвижками зарядовых разбалансов ничего подобного не замечалось. Это мы к тому, что человеческое тело на 75% состоит из водных растворов электролитов. И тогда понятно, почему малое, но постоянное электрическое напряжение, может оказаться для человека весьма опасным, а быстропеременное напряжение с несоизмеримо большей амплитудой оказывается безвредным. Тесла уверял, что оно даже полезно!

 

       Да, и вот ещё что. Говоря о фантастических электрических свойствах воды, грех умолчать о таком феномене, как структурированность воды, её «память». Это настолько антинаучный феномен, что самые невинные вопросы о нём моментально приводят академиков в бешенство. Ибо они искренне считают: то, чего они не могут объяснить, в природе не существует. А если оно всё-таки существует, то тогда только бешенство и помогает…

       Смотрите, структурированность воды не может сводиться к наличию в ней молекулярных комплексов, которые держатся на стационарных связях, ведь длинные связи в воде являются принципиально переключаемыми. Но эти переключения могут быть специфически упорядочены, что давало бы соответствующие электрические эффекты.

       Вспомним про гидратный комплекс, в центре которого находится атом металла. Его валентные переключения приводят к тому, что нескомпенсированные заряды, имитируемые радикалами Н+ в гидратном комплексе, скачкообразно перемещаются. Должно это сказываться на динамике структурных переключений в окружающей воде? А как же! И если учесть, что скачки положительного заряда в гидратном комплексе происходят циклически, то напрашивается вывод: от гидратного комплекса в воде должны расходиться структурные волны, пока они не потонут в шумах.

       Структурные волны в воде – это не шутка, дорогой читатель. Похоже, некоторые обитатели морей их неплохо воспринимают! Проводились опыты с акулами: на значительном удалении они быстро и безошибочно реагировали на появление в воде свежей крови; при том, что зрительные или обонятельные восприятия здесь были исключены. Результаты этих опытов были засекречены, чтобы не волновать академиков.

 

       Но это – ещё что! Подумаешь, структурные волны в воде расходятся и где-то там затухают! Гораздо круче, когда источник структурных волн находится в небольшом объёме воды, и весь этот объём оказывается специфически структурирован. При осторожном разбавлении такой воды, добавленная чистая вода приобретает такое же структурирование. Этот результат повторяется при огромном количестве разбавлений. Дело доходит до «мнимых растворов» – гомеопаты подтвердят. Скажем, на десять баночек с такой водой приходится не более одной молекулы исходно растворённого вещества, а вода из каждой из этих баночек оказывает одинаковое, высоко избирательное, целебное действие. После структурирования воды контакт с исходным веществом уже не нужен! Более того, можно обойтись вообще без растворения в воде исходного вещества. Ведь если динамика структуры воды сопровождается электрическими эффектами, то специфическую упорядоченность этой динамики можно получить, обрабатывая воду электромагнитным излучением с соответствующим специфическим спектром. Проверено – работает! Целебный эффект – тоже во всей красе! Дяденьки академики, будете дальше валять дурака и отрицать всё это?

 

       Впрочем, дорогой читатель, академикам и без этого досталось, когда их ткнули носом в биологические свойства талой воды. Вышло так: какие-то рядовые биологи в экспедициях чересчур впечатлились тем, что в воде вблизи тающих льдов жизнь кипит бурнее, чем обычно. Ну и опубликовались сдуру. Пришлось из-за них созывать конференции по «биологическому действию талой воды», выпускать сборники трудов… Даже вывод сделали: да, талая вода особо благоприятна для живых организмов, а чтобы узнать, почему это так, требуются дополнительные исследования. До сих пор эти дополнительные исследования требуются…

 

       А можно, мы подскажем? При замерзании воды пропадает её структурированность в том числе и патогенная. А при оттаивании льда талая вода является некоторое время «незамутнённой» в структурном смысле. Живые организмы, не упустите свой шанс!

       Кстати, едва ли не все бабушки знают, что в ночь на Крещение (на 19 января) жидкая природная вода приобретает особые, биологически благотворные свойства. Не является ли это результатом принудительного сброса патогенного структурирования воды?

       В этом месте реакция академиков предсказуема: им до зарезу нужно знать, кто конкретно производит этот принудительный сброс патогенного структурирования воды. Дескать, если мы не назовём имени и должности этого чувака, и не предъявим его характеристику с места работы, то нечего и бубнить дальше. Экие вы, дяденьки, любознательные бываете! Чувака вам сдай с потрохами! А он есть, чувак-то? Или может принудительный сброс патогенного структурирования воды давно проводится в автоматическом режиме? Что значит «как»? Примерно так же, как на ваших компьютерах раз в месяц жёсткий диск автоматически чистится от всяких бяк!