Предисловие
Целью книги является наиболее просто изложить методики моделирования, позволяющие обнаружить и количественно оценить ранее неизвестные свойства, бозон-фермионные равновесия и элементы структуры некоторых веществ в твёрдом, жидком, метастабильном, критическом и сверхкритическом состояниях.
Реализация плана книги требует затронуть различные аспекты современного описания конденсированного состояния вещества. Теория конфигурационной теплоёмкости, перколяции, бозе-конденсация, квантовый газ, n -меры Ефимова, бозоны и фермионы, волны де Бройля — это некоторые ключевые слова, которые потребуются для осуществления намеченного.
Какие свойства конденсированного вещества могут быть выбраны для реализации плана книги? Наиболее сложные, трудно объяснимые. К числу таких свойств можно отнести, например, конфигурационную теплоёмкость, экстремумы теплоёмкости жидких сред. В температурной зависимости изохорной теплоёмкости жидкого этана и тяжелой воды (D2O) имеется максимум, а в случае метана и протиевой воды (H2O) при аналогичных условиях максимум отсутствует. Жизнь прекрасна и удивительна на планете Земля, когда имеется в достаточном количестве протиевая вода. Концентрированные растворы D2O не утоляют жажду, животные отказываются их пить, а если пьют, то погибают. Чтобы количественно описать различие только последней пары веществ, одно из которых преобладает на Земле, а другое — производится в крупнотоннажном количестве, требуется использовать весь приведённый выше набор ключевых слов и разработать оригинальный формализм количественной оценки структуры, межмолекулярных и межатомных расстояний в жидкости, параметров Widom line.
Отличительной особенностью книги является количественное подтверждение каждого постулата, утверждения. Например, в литературе при описании тетраэдрической структуры воды приводили порог перколяции p = 1/(4 – 1) = 1/3. Может быть, в случае первого приближения этого достаточно, но для строгого количественного описания структуры воды требуются более точные значения порогов перколяции по связям (p = 0,39) и по узлам решетки (p = 0,43), которые существенно отличаются от значения (1/3 = 0,3333). Естественно, чтобы количественно описать свойства и структуру жидкостей на уровне, достаточном для оценки различий таких веществ, как протиевая и дейтериевая вода, потребовалось представить имеющиеся соотношения в новом виде и разработать новые формулы. Так, простое преобразование известного соотношения для температуры появления бозе-эйнштейновского конденсата (БЭК) к виду, содержащему переменную массу частиц вместо массы молекулы, позволяет более детально описывать свойства вещества. В случае воды, например, в процессе фазового перехода «пар — жидкость» при температурах гомеостаза обнаруживается многократное увеличение массы частиц, участвующих в БЭК. Представление массы частиц БЭК и массы частиц квантового газа в виде масс-спектров приводит к новым соотношениям интерференции масс-спектров, которые позволяют количественно описывать свойства веществ в области Widom line и целый ряд свойств жидкого и твёрдого состояний вещества.
Оглавление
Предисловие.......... 3
Введение.......... 5
Часть I.
Синергетика и свойства воды
Глава 1. Проблемы развития количественной модели строения жидкой воды.......... 10
1.1. Особенности современных моделей строения жидкой воды.......... 10
1.2. Проблема среднего числа молекул в упорядоченных элементах.......... 15
1.3. Проблема «связности молекул».......... 16
1.4. Проблема движения упорядоченных областей.......... 17
1.5. Проблема поверхностных эффектов.......... 22
Глава 2. Структурные единицы жидкости как синергетические системы.......... 25
2.1. Этапы становления и применения модели структурных единиц жидкости.......... 25
2.2. Большой термодинамический потенциал и структурные единицы жидкости.......... 27
2.2.1. Давление Лапласа и давление в структурных единицах жидкости.......... 28
2.3. Статистические методы в оценке характеристик структурных единиц жидкости.......... 30
2.4. Явление контракции (уменьшения) объёма воды при плавлении.......... 33
2.5. Температурная функция числа молекул в структурных единицах как основная характеристика жидкости.......... 34
2.5.1. Энтальпия и энтропия плавления льда.......... 35
2.5.2. Энтропия и энтальпия испарения воды.......... 38
2.6. Кинетические свойства жидкостей с позиций модели структурных единиц.......... 43
2.6.1. Моделирование характеристик структурных единиц жидкости.......... 43
2.6.2. Моделирование свойств жидкостей.......... 47
2.7. Флуктуации и кристаллизация жидкости.......... 51
2.7.1. Структурные единицы как фактор классификации жидкостей.......... 54
2.7.2. Следствие сравнения структурных единиц воды и NaOH.......... 57
2.7.3. Структурные единицы воды и закон эквивалентов.......... 59
2.7.4. Проявление частицы с массой протона при кристаллизации H2O воды.......... 60
2.7.5. Оценка концентрации частиц с массой протона при температуре кристаллизации H2O воды.......... 61
2.8. Собственные частоты движений структурных единиц.......... 64
2.8.1. Формализм расчёта частот движений структурных единиц.......... 65
2.8.2. Диапазон частот движений одномолекулярных структурных единиц воды.......... 66
2.8.3. Особенности перехода от движений структурных единиц жидкости к трансляционным и либрационным колебаниям воды.......... 68
2.8.4. Движения структурных единиц и результаты рентгенодифракционного анализа структуры воды.......... 69
2.8.5. Особенности движений структурных единиц и векторное описание структуры жидкости.......... 70
2.9. Диэлектрические спектры и экспериментальное обнаружение структурных единиц жидкости.......... 71
2.9.1. Составляющие диэлектрической проницаемости вещества.......... 71
2.9.2. Диэлектрические спектры воды как функция самодвижений структурных единиц.......... 75