Модель электрона. Модель молекул водорода, кислорода и воды

Многие научные деятели считают водород наиболее перспективным энергоносителем будущей энергетики. Основным его источником является вода. Но все существующие способы получения водорода из воды требуют больших затрат энергии, чем её получается при сжигании водорода. С точки зрения современной физики и современной химии это нормальное явление, так как оно полностью соответствует закону сохранения энергии. Однако, в последние годы появляются публикации о результатах экспериментальных исследований, доказывающих существование таких процессов, при которых энергии выделяется больше, чем затрачивается на реализацию этих процессов. Это работы японских исследователей Ohmori и Mizuno, американских ученых Понса и Флейшмана, нашего учёного Беклямишева Ю.А. Ни современная теоретическая физика, ни современная теоретическая химия не позволяют объяснить эти результаты. Эти процессы «по новому» обосновывает профессор Кубанского государственного Аграрного университета Канарёв Ф.М. Многое доказывается существующими законами, результатами экспериментов, но есть и логичные предположения, которые не доказаны, но интуитивно значительно лучше проясняют результаты исследований, чем существующие законы физики и химии, которые в отдельных случаях вообще ничего не проясняют.
Труды Канарёва можно без преувеличения назвать «прорывом из рамок» классической физики и химии. Прежде всего, разрушается классическое понятие, при котором подобно планетам электроны и протоны имеют орбитальное вращение вокруг ядра атома. Расширяется понятие фотона, как носителя энергии. Это сразу даёт возможность ответить на те вопросы, на которые раньше не было ответа. Те посетители сайта, которые желают изучить труды профессора Канарёва самостоятельно, могут бесплатно скачать его книгу с депозита, по ссылке, размещённой на страничке сайта: Книги и статьи по темам радиолюбительского сайта. А кто не хочет тратить много времени на глубокое изучение материала, может почитать мои статьи. В этих статьях в более краткой и более простой форме изложена вся суть трудов Канарёва.

Американский инженер Стэнли Мэйер, который изобрёл электролитическую ячейку, потребляющую минимальное количество энергии при высокой производительности газа описывал процессы, происходящие в молекулах используя классическую «орбитальную» модель атома и молекулы.

Естественной реакцией патентных комиссий было непонимание того, как это «чудо» у него происходит. Желание понять процессы, происходящие с молекулами и их атомами, воспользовавшись микроскопом не осуществимо – увидеть атом через устройство само состоящее из атомов – бесполезное занятие, поэтому используются другие способы открытия занавеса в микромир атомов. Главным перспективным направлением в этой области является спектроскопия.
В соответствии с патентами американского инженера Мэйера, разрыв молекул воды происходит под действием электрических импульсов, в процессе которых в молекулах воды происходят колебания. При этом электроны постепенно перемещаются «на дальние орбиты» относительно ядра молекул. Вышеописанные процессы Мэйер поясняет рисунком.

В свете новой теории строения молекул и атомов профессора Канарёва этот процесс выглядит немного иначе.
Описанные в этой статье электроны и молекулы выглядят совсем не так, как это описывают учебники классической физики. Рассмотрим, что из себя представляет электрон. Прежде всего, электрон представляет собой замкнутый кольцевой вихрь, формирующий тороидальную структуру, которая вращается относительно своей оси симметрии, генерируя таким образом потенциальную и кинетическую энергии. Вихрь, движущийся по поверхности тора, делает шесть оборотов относительно кольцевой оси по винтовой линии за время одного оборота тора относительно своей оси вращения. Электрон имеет параметры: угловые скорости ω_е, ω_р - скорость вращения относительно оси тора и скорость вращения по винтовой линии по поверхности тора, радиусы r_е, р_е - радиус тора и радиус сечения тора. Значения их таковы, что между ними сохраняется шестикратная разница. Имеется ещё параметр - энергия электрона Е_е.
Под действием приложенного электрического тока в виде фотона, происходит его поглощение электроном. При этом происходит изменение параметров электрона. Угловые частоты увеличиваются, а радиусы электрона уменьшаются. При этом их соотношение – "один к шести" не изменяется. Энергия электрона при этом увеличивается. Таким образом, делаем заключение – тор сжимается, а его вращение ускоряется.
Рассмотрим схему модели атома водорода. Если бы ядро атома находилось в геометрическом центре тора электрона, то не было бы объяснения тому, почему электрическое поле ядра не экранируется электроном. Поскольку возникает проблема объяснения экранирования, появляется необходимость предположить, что ядро атома располагается не в геометрическом центре его первого электрона, а на некотором расстоянии от него. Таким образом, атом водорода представляет собой стержень, на одном конце которого расположен протон, а на втором - электрон. Причем, размер электрона на два порядка меньше размера самого атома, а размер протона на три порядка меньше размера электрона и на пять порядков меньше размера атома. Как было описано ранее, при поглощении фотона, диаметры тора электрона уменьшаются, угловые скорости увеличиваются. Теперь стоит добавить, что при поглощении фотона в атоме так же увеличивается и расстояние между электроном и протоном. Геометрически это выглядит так: конус сужается и вытягивается. Ранее говорилось о переходе электрона на более высокую энергетическую орбиту, но поскольку определено, что орбитального движения электрона нет, то этот процесс назвали «переходом электрона на более высокий энергетический уровень». При этом связь электрона с протоном ослабевает.
Теперь мы дошли до молекулы. Ещё в школе нас учили, что электрон – отрицательно заряженная частица, а протон – положительно заряженная частица. Так то оно так, но если раньше мы считали, что электрон может связываться только с протоном, то теперь возьмите это утверждение под сомнение. Положительный, или отрицательный заряд определяется магнитным моментом (не забыли со школы «правило левой руки»?). Поэтому не только бывает связь электрон-протон, но и связи электрон-электрон, протон-протон. Будем называть связь между электронами просто электронной связью, между протонами - протонной связью и связь между электроном и протоном - электронно-протонной связью. В соответствии с существующими представлениями молекула водорода может иметь две структуры. В структуре ортоводорода направления векторов магнитных моментов протонов направлены в одну сторону, а в структуре параводорода - в противоположные стороны. Так как величина магнитного момента протона на два порядка меньше величины магнитного момента электрона, поэтому принятую в современной химии классификацию молекул водорода должен определять магнитный момент не протона, а электрона. С учетом этой особенности молекула водорода будет иметь следующие различия в своей структуре.

Рис. 4. Схема молекулы водорода Н₂:
а) и b) - ортоводород; c) - параводород

На рис. 4 а) и b) направления векторов магнитных моментов М_е обоих электронов совпадают, а значит, совпадают и направления векторов их кинетических моментов h. Данную структуру назовем ортоводородом. На рис. 4 c) указанные векторы противоположны, поэтому такую структуру назовем параводородом.
Пришла пора изучить молекулу кислорода. Кислород - довольно сложное образование. Он имеет восемь электронов, и показать их все на плоской схеме сложно. Модель имеет пространственную форму. Главная особенность этой формы заключается в том, что атом кислорода имеет один явно выделенный из всей структуры электрон. Это восьмой электрон. Он играет ведущую роль во взаимодействиях этого атома с атомами или ионами других химических элементов. Короче говоря, это связующее звено - главный валентный электрон. Если другой атом кислорода является положительным ионом, то есть таким, у которого отсутствует восьмой электрон, то восьмой электрон первого атома может соединиться с протоном этого ядра. Так образуется молекула из двух атомов кислорода (рис. 5).

Рис. 5. Схема молекулы кислорода

Конечно, это плоский рисунок. В действительности модель любого атома или молекулы имеет пространственную структуру. Если Вы просматривали учебник по химии, то там представлены аналогичные модели молекул. Химики давно интуитивно почувствовали, что валентные электроны связывают ядра разных атомов и показывают эту связь в виде коротких линий между химическими символами. Теперь эти линии представляют собой оси валентных электронов. Причем они могут соединяться посредством разноименных магнитных полюсов, как с валентными электронами соседних атомов, так и с протонами в их ядрах. Таким образом, валентные электроны – это связующие элементы, которые являются общими для соседних атомов в молекуле вещества.
Мэйер в своих трудах в качестве объяснений использует орбитальную (плоскую) модель молекулы воды.

В связи с тем, что это представление не совсем правильно, а кроме того, молекулы водорода имеют три модификации, то и молекулы воды, включающие в себя водород, имеют не одну объёмную схему расположения протонов и электронов. Рассмотрим их.
Прежде всего, вспомним, как обычно представляют магнитный диполь молекулы воды.

Если атом водорода соединится с восьмым электроном атома кислорода своим единственным электроном, то протон окажется на поверхности молекулы и образует зону с положительным зарядом, который будет генерироваться протоном атома водорода (рис. 6). Аналогичную зону сформирует и протон второго атома водорода, который соединяется с седьмым электроном атома кислорода (рис. 6). Отрицательно заряженную зону сформирует 6-й и 5-й электроны атома кислорода, расположенные сравнительно близко к поверхности атома на стороне, противоположной 8-му и 7-му электронам. Так образуется дипольная молекула воды (рис. 6). Назовем ее первой моделью структуры молекулы воды.

Рис. 6. Схема первой (заряженной) модели молекулы воды:
1,2,3,4,5,6,7,8 - номера электронов атома кислорода;
N -ядро атома кислорода;
P - ядра атомов водорода (протоны);
e₁ и e₂ - номера электронов водорода;
e₇ и e₈ - поверхностные электроны атома кислорода

Предположим, что восьмой и седьмой электроны атома кислорода отсутствуют в молекуле воды и их места занимают электроны атомов водорода. Существуют возможности формирования молекулы воды не с десятью, а с восемью электронами (рис. 7). Такую модель назовем второй.

Рис. 7. Схема второй (разряженной) модели молекулы воды

Главные различия между первой и второй моделями молекулы воды заключаются в том, что в ячейках восьмого и седьмого электронов атома кислорода первой модели молекулы воды находятся по два спаренных электрона, а во второй модели эти электроны не спаренные.
Исходя из первых двух моделей молекулы воды, мы можем получить и две другие модели. Когда спаренные электроны занимают только восьмую ячейку атома кислорода, такую модель назовем третьей (рис. 8).

Рис. 8. Схема третьей модели молекулы воды

Возможны и такие условия, при которых спаренные электроны занимают только седьмую ячейку атома кислорода, а в восьмой ячейке оказывается только один электрон с протоном. Такую модель назовем четвертой (рис. 9).

Рис. 9. Схема четвертой модели молекулы воды

Если гипотеза о разном количестве электронов в молекулах воды подтвердится, то этот факт окажется решающим при получении избыточной энергии при электролизе воды. Он определит причину положительных и отрицательных результатов многочисленных экспериментов, которые ставились для проверки факта существования дополнительной энергии при электролизе воды. Если вода содержит больше заряженных молекул, то эксперимент даст положительный результат. При большем количестве разряженных молекул результат будет отрицательный. Примерные расчеты показывают наличие разницы в массе одного литра заряженной и разряженной воды. Её можно зафиксировать современными измерительными приборами. Известно, что вода может обладать щелочными или кислотными свойствами. Щелочные свойства формируются за счет увеличенного содержания в воде гидроксила ОН^– (рис. 10). Другими словами восьмой, или седьмой электрон кислорода не имеет связей с другими молекулами.

Рис. 10. Схема модели гидроксила ОН^–

Кислотные свойства воды формируются, как принято сейчас считать, свободными протонами Н⁺, но мы с этой идеей не соглашаемся потому, что протон - слишком активное образование и поэтому не может существовать в воде в свободном состоянии. Во всех моделях молекулы воды (рис. 6-9) шестой электрон атома кислорода остается свободным, формируя зону отрицательного потенциала на ее поверхности. Большая часть его электрических и магнитных силовых линий включена в связь с ядром атома кислорода, поэтому он менее активен, чем восьмой и седьмой электроны. Чтобы этот электрон вступил в связь с протоном или электроном соседнего атома, ему необходимо подняться в своей ячейке и удалиться от ядра атома. Для реализации такого процесса ему необходимо поглотить фотон из окружающей среды. Если это произойдет, то он удалится от ядра, приблизится к поверхности атома и лишь тогда появятся условия для соединения силовых линий его электрического поля с силовыми линиями электрического поля протона или электрона. Если шестой электрон атома кислорода соединится с протоном, то образуется ион гидроксония Н₃О⁺, который и сформирует кислотные свойства воды.
При таком развитии событий на поверхности молекулы воды появятся три зоны с положительным потенциалом, и она станет положительно заряженным ионом, который называют гидроксонием (рис. 11). Поскольку мы уже показали, что в электролитическом растворе отсутствуют протоны в свободном состоянии, то из этого следует, что кислотные свойства раствора определяет не протон (положительный ион Н⁺), а положительный ион гидроксония Н₃О⁺.

Рис. 11 Схема иона гидроксония Н₃О⁺

Активность электрона зависит от расстояния, на котором он расположен от ядра своего атома. Чем больше энергия ионизации, тем электрон ближе расположен к ядру и дальше от поверхности атома. Поэтому есть основания полагать, что пятый электрон атома кислорода не участвует в химических процессах.
На схемах молекулы воды (рис. 6-9), гидроксила (рис. 10) и гидроксония (рис. 11) указаны энергии связи между протонами и электронами, взятые из результатов расчетов спектров атомов и ионов. Энергии связей электронов с ядрами атомов, определенные не путем химических расчетов, а из результатов спектроскопии атомов и ионов, ближе к данным, получаемым при электролизе воды.
При поглощении фотонов энергия связи электрона с ядром уменьшается и он, продолжая вращаться и прецессировать на ядре, удаляется от него, приближаясь к поверхности атома.
Из рис. 6-11 видно, что если молекула воды Н₂О, или ион гидроксония Н₃О⁺ окажутся в потенциальном электрическом поле, то их поверхностные протоны начнут взаимодействовать с катодом. Поверхностные протоны атомов водорода, соединенных с восьмыми электронами атомов кислорода (рис. 12), в результате контакта с катодом получат от него электроны е_к. Затем две молекулы объединяются, и в зоне их соединения формируется молекулярный водород. Самой слабой связью в образовавшейся цепочке является связь между протонами атомов водорода в молекуле воды и их электронами. Эти связи обрываются, и молекула водорода появляется в свободном состоянии (рис. 12, с).

Рис. 12. Схема образования молекулы ортоводорода (см. рис. 4, а)

Обратим внимание на то, что электроны атомов водорода, соединенные с восьмыми электронами атомов кислорода в молекулах воды, остаются на своем месте, заряжая ионы ОН^– отрицательно. Эти ионы направятся к аноду и отдадут ему лишние электроны, принадлежавшие ранее атомам водорода. При этом первая «заряженная» модель воды после отдачи протонов в молекулу ортоводорода и электронов аноду превратится в модель гидроксила.
Если молекула воды окажется в электрическом и термическом поле с высокой температурой, и если к этому добавить еще и процесс активного турбулентного течения, то отделение атомов водорода от молекул воды приобретет хаотический характер и тогда возможны другие варианты формирования молекул водорода (рис. 13, 14).

Рис. 13. Схема образования второй молекулы ортоводорода
(см. рис. 4, b); а) и b) схемы молекул воды; с) ортоводород

Рис. 14. Схема образования молекулы пароводорода (см. рис. 4, c):
а) и b) молекулы воды; с) молекула пароводорода

Посмотрим теперь, как образуется молекула пароводорода (рис. 4, c). Электрон е_к, испущенный катодом (рис. 14), соединяет две молекулы воды. В сформировавшейся цепочке имеется структура молекулы водорода. Её формируют протон атома водорода одной молекулы воды, электрон е_к, испущенный катодом, и протон со своим электроном (атом водорода) второй молекулы воды. Таким образом, на образование одной молекулы пароводорода расходуется один электрон, испущенный катодом. Для уменьшения «нагромождения» на рисунках 12 – 14 не показаны электроны кислорода не участвующие в связях.

Как было сказано ранее, наиболее привлекательнее для разложения - первая «заряженная» модель молекулы воды, на её разложение потребуется меньшее количество энергии. Откуда берётся эта модель? Вопрос не из лёгких, но я думаю это можно выяснить путём экспериментов. В одной из своих статей я писал, что лучшая вода – дистиллированная. Пока я не изменил своего мнения, лишь по той причине, что в ходе дистилляции, все щелочные и кислотные свойства воды исчезают. Но и у замороженной воды эти щелочные и кислотные свойства также исчезают. «Лепка из пластилина» показала, что первая «заряженная» модель молекулы воды, имея длинные связи, плохо подвержена соединению в кристаллическую решётку (при замерзании), что не скажешь о второй «разряженной» модели. Я могу и ошибаться, я не учитываю «длину» связей, но здесь я учитываю энергии связей, которые обратно пропорциональны длинам. На практике, дистиллированная вода хуже замерзает, чем простая.

Вывод

Первая «заряженная» модель молекулы воды – дистиллированная вода;
Вторая «разряженная» модель молекулы воды – талая вода;
Третья и четвёртая модели молекулы воды – чистая вода, но после «сильной встряски» - вода прошедшая механическую очистку, не содержащая щелочных и кислотных примесей;
Пятая модель гидроксила – слабый раствор щелочи;
Шестая модель гидроксония – слабый раствор одномолярной кислоты.

Как указано, в первых двух определениях может быть ошибка, и дистиллированную воду есть смысл поменять местами с талой водой. Ведь за единственный аргумент взята «лепка из пластилина», в ходе которой были сделаны попытки собрать молекулы воды в кристаллическую решётку льда. Молекулы с длинными «хвостами» соединению в объёмную решётку не поддавались. Логично будет отметить, что талая вода, которая правильно заморожена и разморожена, ничем по чистоте не уступает дистиллированной воде.
Что означает правильно заморожена и разморожена?
1. Вода должна быть чистой, отстояться;
2. Замерзать вода должна медленно;
3. Во время замораживания, не доводить её до полного замерзания;
4. Слить то, что не замёрзло (примерно десятую часть объёма);
5. Довести до полной заморозки;
6. При размораживании, слить первую таявшую воду (примерно десятую часть объёма);
Именно такая вода называется структурированной. Если не подойдёт в качестве источника энергии, то можно использовать для питья. Она считается очень полезной для человека.

Немаловажным фактом является то, что Мэйер разделял молекулы воды импульсами с повышающимся напряжением, делая паузы в промежутках между импульсами. Эти паузы, по его словам необходимы были для восстановления воды. Что в воде могло восстанавливаться? Логично будет предположить, что восстанавливаться должны сами молекулы. Если считать, что для разложения мы должны использовать только первую модель молекул воды, то после выделения молекул ортоводорода, произойдет «обеднение» воды. Мало того, судя по теории Канарёва, вода превратится в щёлочь (молекулы воды превратятся в молекулы гидроксила). Так не означает ли это, что использованную воду нужно будет сливать и заливать новую порцию свежей? Эксперименты показывают, что вода не превращается в щёлочь не зависимо от того, каким видом импульсов на неё воздействовать. В соответствии с патентами Мэйера, кроме водорода выделяется и кислород. Смею предположить, что после выделения молекулы водорода, например, у восьмого электрона кислорода, происходит потеря одного из положительных полюсов молекулы воды, поэтому этой молекуле гидроксила, как и соседней по теории Мэйера даётся время для переориентации другими положительными полюсами. В результате очередного воздействия электрическим током происходит выделение молекулы водорода у седьмого электрона кислорода. Таким образом, происходит не только выделение молекулы водорода, но и освобождение от водородных связей молекулы кислорода, отдавшей протоны электронам, выделившимся с катода для формирования молекул водорода, а свободные электроны - аноду. Это позволяет воде расходоваться полностью, без превращений в щёлочь или кислоту.

Другой немаловажный факт – у Мэйера вода просто расходуется, её не сливают, а доливают. Значит молекулы воды второй модели (если они действительно существуют) также используются в процессе разложения на водород и кислород. Ведь в обычной электролизёрной установке может использоваться любая вода, разница лишь в прикладываемом к пластинам напряжении (токе) и в количестве взвешенного осадка, который необходимо будет вычищать из установки после использования. Выделяемые с катода электроны вполне могут образовывать молекулу ортоводорода первого типа, но для выполнения закона Кирхгофа – такое же количество электронов должно отдаваться аноду. Но этого в таком случае не происходит, электронам взяться неоткуда. Исходя из этого наблюдения, можно считать, что молекул воды второй модели просто не существует. Вода, состоящая из молекул второй модели должна обладать изоляционными свойствами не хуже резины. Тогда сложно говорить и о третьей и четвёртой модели молекул воды. По анализу трудов профессора Канарёва вопросов стало больше чем ответов.

С теорией профессора Канарёва о строении молекул воды, кислорода и водорода мы ознакомились. В следующей статье мы также вкратце, без "нагрузки на мозг" ознакомимся с реакторами профессора Канарёва производящими Газ Брауна посредством низкоамперного электролиза.

Дата добавления: 2015-07-18