Геннадій Ф. Коновалов
Введення
Загальноприйнятими є традиційні уявлення про чотири станах речовини: тверде, рідке, газоподібне, плазма. Крім того, для пояснення багатьох фізичних явищ використовуються поняття: речовина і поле, які, стосовно до явищ у мікросвіті, розглядаються ще як частки і хвилі. У багатьох випадках це пояснює експериментальні факти, але одночасно створює певні труднощі з поясненням інших експериментальних фактів, наприклад "аномальних" властивостей води і специфічних особливостей монокристалічного кремнію, використовуваного в мікроелектроніці.
Припустимо, що для явищ у мікросвіті можливо інший стан матерії, яке можна визначити як загальний стан речовини і поля або, SF-стан ("Stoff - Feld" або "Речовина-Поле"). Поряд з квазічастинками, можна також припустити про існування локалізованих квазіполей, і відповідно локалізованих квазічастинок-полів, або нуклони "Веполь" (Речовина-Поле). Якщо застосовувати SF-стан матерії для мікросвіту, зокрема для нуклонів атомів, то знімається цілий ряд обмежень для нуклонів атомів, а саме - число нуклонів в атомах може бути не цілочисловим, а дробовим. Тобто, число протонів і нейтронів в ядрах атомів для нуклонного "Веполь" може бути дробовим. Тоді, нуклони "Веполь", який складається з дробового числа протонів і нейтронів, може володіти іншими топологічними та фізичними властивостями:
"Веполь" може мати неевклідову кривизну, як з позитивним, так і з негативним значенням, а також змінну топологію;
"Веполь" може бути локально розосередженим, не будучи єдиним фізичним та геометричним цілим;
"Веполь" може одночасно знаходитися у фізичному просторі з імовірністю p> 1, через свою локально розосередженої топологічної структури;
"Веполь" може мати топологічний дефект нуклонной маси.
Топологічний дефект нуклонной маси визначається наявністю нецелочисленное (дробового) числа протонів і нейтронів в ядрі атома і розраховується за довідковими даними для кожного хімічного елемента періодичної системи Менделєєва, виходячи з Р - числа протонів, N-числа нейтронів, А - атомної маси елемента, і мас нуклонів. Додатково були прийняті припущення про те, що основна атомна маса елементів зосереджена в нуклонах, і при зміні фазових станів елементів не відбувається радіоактивних перетворень.
За прийнятою методології були розраховані топологічні дефекти нуклонной маси для всіх елементів періодичної системи Менделєєва. Виявилося, що елементи періодичної системи Менделєєва розділені на дві групи: перша група - з негативним топологічним дефектом нуклонной маси, і друга група - з позитивним топологічним дефектом нуклонной маси.
Важливою обставиною є той факт, що вся група елементів з негативним топологічним дефектом нуклонной маси знаходиться в інтервалі від Z = 1 до Z = 20, тобто від водню до кальцію. Можливо, що це обумовлено розташуванням електронних рівнів у зазначених елементах, а також з гібридизацією внутрішніх електронів з нуклонами "Веполь". Крім того, в діапазоні від Z = 1 до Z = 20 розташовані хімічні елементи, які є головними компонентами тваринних і рослинних організмів.
У групі з негативним значенням топологічного дефекту нуклонной маси знаходяться водень, кисень і кремній, а також інші елементи.
Тепер скористаємося нашим припущеннями, розрахунками і спробуємо пояснити властивості "аномальної" води.
Пояснення "аномальних" властивостей води
Сучасний стан наукових уявлень про будову речовин, що знаходяться в рідкій фазі, не завжди дає зрозумілі представлення про їх структуру і властивості, в тому числі про властивості води - найважливішого хімічної сполуки на Землі, яке бере участь у біохімічних реакціях у всьому тваринному і рослинному світі.
Не менш цікавим є відсутність пояснень вражаючих властивостей монокристалічного кремнію - одного з найпоширеніших хімічних елементів, який широко застосовується в мікроелектроніці.
Незважаючи на відмінності фазових станів води, і монокристалічного кремнію, що знаходяться при нормальних умовах, їх об'єднує подібність топологічних властивостей, які визначають можливості води і монокристалічного кремнію для збереження і переробки інтегрованої інформації.
Відома періодична залежність гідридів елементів VI групи (підгрупа кисню) періодичної системи Д. І. Менделєєва: кисню, сірки, селену, телуру і полонію від їх температур плавлення і кипіння, яка представляє воду "аномальної" рідиною тільки тому, що на лінійному графіку в двовимірному полі температур, точки температур плавлення і кипіння для H2O не розташовані на початку лінійних графіків температур плавлення і кипіння гідридів елементів, хоча хімічний елемент кисень знаходиться на початку VI групи періодичної системи. Це удаване протиріччя було підставою для того, щоб вважати воду "аномальної" рідиною. Вважалося очевидним припущення про те, що лінійне розташування гідридів хімічних елементів в YI групі періодичної системи: кисень, сірка, селен, телур і полоній має бути такою ж лінійним в двовимірному полі температур плавлення і кипіння даних гідридів елементів, і температури плавлення і кипіння води повинні були б бути початком відповідних лінійних графіків температур плавлення і кипіння для гідридів елементів VI групи, незалежно хімічної сполуки від фазового стану.
Однак не враховувалися обставини, що в області розглянутих фазових переходів, гідриди елементів YI групи знаходяться в різних фазових станах: H2O - стабільна рідина, H2S - газ, H2Se - газ, H2Te - газ, H2Po - нестабільна рідина.
Такий підхід має істотну методологічну помилку - застосування необгрунтованої тотожності для понять: "формула" і "структура". Використання поняття "формула" для представлення "структури" молекули тієї чи іншої хімічної сполуки неправомірно і помилково. "Формула" води H2O представляє модель молекули в газовій фазі, але ця "формула" води не може бути застосована для представлення "структури" води, що знаходиться в рідкій фазі, оскільки воду в рідкому стані можна визначити як полімер.
Подібні методологічні спрощення, зокрема, необгрунтована тотожність понять "формула" і "структура", які застосовуються при розгляді властивостей хімічних елементів, а також абстрактні наукові поняття: атом, молекула, формула і структура хімічного елемента і їх похідні поняття, не завжди дозволяють пояснити окремі закономірності і властивості хімічних елементів та їхніх сполук.
З іншого боку, такий метафізичний підхід, як певний рівень формування абстрактного понятійного апарату, широко застосовується в хімії, фізиці, біохімії і біофізики. Даний метафізичний підхід, як одна з численних парадигм XIX століття, відіграв важливу методологічну роль у розвитку всіх природничих наук.
Проте, в рамках даної метафізичної парадигми, неможливо пояснити, наприклад, "аномальну" воду.
Розглянемо відомі експериментальні дані, наведені в таблиці 1.
Таблиця 1. Температури кипіння і плавлення гідридів елементів VI групи
| № п / п | Хімічна сполука і фазовий стан | Т кипіння, К | Т плавлення, К | D = Т кип. - Т плав. |
| 1 | H2S газ | 213 | 187 | 26 |
| 2 | H2Se газ | 231 * | 208 | 23 * |
| 3 | H2Te газ | 271 | 224 | 47 |
| 4 | H2Po нестабільна рідина | 308 | 237 | 71 |
| 5 | [H24O24] n ** стабільна рідина | 373 | 273 | 100 |
*) Розбіжність величини D для H2Se, на думку автора, пов'язане з можливими помилками при визначенні Т кип. для H2Se, що буде обговорено нижче.
**) Припущення автора - описувати структуру води у вигляді [H24O24] n - як рідкого полімеру,
Періодична залежність температур кипіння гідридів елементів VI групи від топологічних параметрів t
У таблиці 2 наведено вихідні дані для кореляції між температурами кипіння і топологічними параметрами t для гідридів елементів VI групи, а також обчислені розрахункові температури кипіння гідридів VI групи з отриманої емпіричної залежності температур кипіння від топологічних параметрів t для гідридів VI групи. Топологічний параметр для кожного гідриду YI групи розраховувався як функція від молекулярного ваги і топологічного дефекту нуклонной маси гідриду елемента.
За експериментальними даними з таблиці 2 для температур кипіння гідридів елементів VI групи, і за відомим математичним методом, були розраховані коефіцієнти кореляції для встановлення формули емпіричної залежності tкип від топологічних параметрів t. Емпірична залежність між tкип і топологічними параметрами t для гідридів елементів VI групи описується гіперболічної функцією:
Tкип = a * Bt, (1)
де a = 91,3206 і B = 1,12237.
Таблиця 2. Кореляція Ткіпенія гідридів елементів VI групи з топологічними параметрами t
| № п / п | Гідрид елемента | Топологічний параметр t | Т1, К експериментальна | T2, К розрахункова | D i,% |
| 1 | H2S | 7,0492 | 213 | 197,2 | +7,42 |
| 2 | H2Se | 8,780 | 231 | 245,1 * | - 6,1 |
| 3 | H2Te | 9,7208 | 271 | 275,9 | - 1,81 |
| 4 | H2Po | 10,7049 | 308 | 312,2 | - 1,36 |
| 5 | [H24O24] n | 12,0151 | 373 | 368,0 | +1,34 |
D середн. = 3,61%
*- Розрахункове значення температури кипіння для H2Se = 245,1 К.
У таблиці 2: D i = {(T1-T2): T1 * 100%},
D iсредн = (D 1 + D 2 + D 3 + D 4 + D 5): 5 = 3,61%,
що визначає знаходження розрахункових температур кипіння гідридів VI групи з відносно невеликою похибкою.
Періодична залежність температур плавлення гідридів елементів VI групи від топологічних параметрів t
У таблиці 3 наведено вихідні дані для кореляції між температурами плавлення гідридів і топологічними параметрами t для елементів VI групи, а також обчислені розрахункові температури плавлення гідридів VI групи з отриманої емпіричної залежності температур плавлення від топологічних параметрів t для гідридів VI групи.
За експериментальними даними з таблиці 3 для температур плавлення гідридів елементів VI-ї групи, і за відомим математичним методом були розраховані коефіцієнти кореляції для встановлення формули емпіричної залежності Tплав від топологічних параметрів t.
Виявилося, що емпірична залежність між Tплав і топологічними параметрами також описується гіперболічної функцією:
Tплав = c * Dt, (2)
де c = 109.0196 і D = 1.07744.
Таблиця 3. Кореляція Тплавленія гідридів елементів VI-ої групи з топологічними параметрами t
| № п / п | Гідрид елемента | Топологічний параметр t | Т3, К Експериментальна | T4, К Розрахункова | D j,% |
| 1 | H2S | 7,0492 | 187 | 184,4 | +1,39 |
| 2 | H2Se | 8,780 | 208 | 209,9 | - 0,91 |
| 3 | H2Te | 9,7208 | 224 | 225,1 | - 0,49 |
| 4 | H2Po | 10,7049 | 237 | 242,3 | - 2,24 |
| 5 | [H24O24] n | 12,0151 | 273 | 267,1 | + 2,16 |
D середн. = 1,44%
У таблиці 3: D i = {(T3-T4): T3 * 100%},
D jсредн = (D 1 + D 2 + D 3 + D 4 + D 5): 5 = 1,44%,
що визначає знаходження розрахункових температур плавлення гідридів VI-ої групи з відносно невеликою похибкою.
Висновки:
Припущено можливе існування в мікросвіті матерії в новому стані - у вигляді нуклонного "Веполь", який складається з дробового числа протонів і нейтронів; "Веполь" може мати неевклідову кривизну, як з позитивним, так і з негативним значенням, а також змінну топологію; " Веполь "може бути локально розосередженим, не будучи єдиним фізичним та геометричним цілим;" Веполь "може одночасно знаходитися у фізичному просторі з імовірністю p> 1, через свою локально розосередженої топологічної структури;" Веполь "може мати топологічний дефект нуклонной маси.
Перехідним станом між двома станами матерії: поле і речовина, є стан матерії у вигляді нуклонного "Веполь", яке на початку XIX століття називалося "ефіром". Енергетичний та інформаційний обмін між полем і речовиною відбувається за допомогою нуклони "Веполь".
Фізичний сенс топологічного дефекту нуклонной маси атома - це показник питомої енергії нерадіоактивного поглинання і випромінювання, які відбуваються при осциляції системи, що складається з нуклонного "Веполь" атома і електронами внутрішніх електронних оболонки атома, які переходять на стаціонарні електронні орбіталі, з дробовими квантовими числами, меншими , ніж квантове число n = 1. Також можна припустити, що електронні оболонки для елементів з Z <20 за рахунок гібридизації з нуклонами "Веполь" мають вигляд: 1s22s23s24s22p63p6, тобто всі s-електрони за рахунок гібридизації з нуклонами "Веполь" розташовані на першому електронному дифузному s-рівні, і на одній дифузної s-орбіталі може знаходитися вісім s-електронів рівнів 1s, 2s, 3s і 4s.
Геометричний сенс топологічного дефекту нуклонной маси атома - це різна топологічна кривизна (позитивна чи негативна) нуклони "Веполь", що знаходяться в SF-стані. Це означає, що геометричні поверхні нуклонів в SF-стані мають позитивну кривизну для однієї групи елементів, і негативну кривизну - для другої групи елементів. Можна припустити, що подібні топологічні поверхні мають деякі з гіперболічних тригонометричних функцій. При зміні кривизни топологічної поверхні нуклонного "Веполь" може відбуватися поглинання або випромінювання внутрішньої енергії атомів, яка має нерадіоактивні походження.
Всі елементи періодичної системи Менделєєва складаються з двох груп: перша група має позитивне значення топологічної кривизни нуклони "Веполь", друга група має від'ємне значення топологічної кривизни нуклони "Веполь". У другій групі елементів знаходиться частина хімічних елементів з 1 <Z <20, в тому числі водень, кисень, кремній та інші елементи. Елементи з негативною топологічної кривизною є головними компонентами органічних сполук, які забезпечують життєдіяльність тваринних і рослинних організмів.
Нуклони "Веполь" має топологічний дефект нуклонной маси за рахунок наявності нецелочисленное (дробового) числа протонів і нейтронів в ядрі атома.
Передбачається, що в нуклоном "Веполь" атома водню знаходиться 0,5 протона і дробова частина нейтрона. Можливий топологічний елемент структури води, як полімеру [H24O24] n, може бути представлений плоскою структурою з групами HOH і двовимірними структурами з плоскими шестичленних циклами.
Встановлено емпірична залежність між температурами кипіння і топологічними параметрами для гідридів VI групи, а також між температурами плавлення і топологічними параметрами для гідридів VI групи.
Емпірична залежність між температурами кипіння і топологічними параметрами t для гідридів елементів VI групи описується гіперболічної функцією:
Tкип = a * Bt, де a = 91,3206 і B = 1,12237.
Емпірична залежність між температурами плавлення і топологічними параметрами t для гідридів елементів VI групи описується гіперболічної функцією: Tплав = c * Dt, де c = 109.0196 і D = 1.07744.
Застосування моделі води, як рідкого полімеру у вигляді [H24O24] n дозволяє вважати воду нормальної, а не "аномальної" рідиною, оскільки припущення про лінійне розташування гідридів елементів VI групи незалежно від їх фазового стану є необгрунтованим. Вода, як стабільна рідина, в області фазових переходів "рідина - пара" розташована у верхній точці лінійних графіків у двовимірному полі температур кипіння і плавлення гідридів елементів VI групи.
Елементи з негативними значеннями топологічної кривизни нуклони "Веполь" є переносниками енергії нерадіоактивного походження від поля до речовини і від речовини до поля.
Властивості води, як квантової рідини, що володіє "пам'яттю" і властивості монокристалічного кремнію, як базового елементу для мікроелектроніки обумовлені негативними значеннями топологічної кривизни нуклони "Веполь" води і кремнію.
Можливо прогнозування та створення нових хімічних сполук на основі елементів з негативними значеннями топологічної кривизни нуклони "Веполь", а також з інверсними топологічними середовищами, з заданими властивостями і параметрами для їх застосування в мікроелектроніці.