Гиперзвуковая вода, Современные сведения 2

Открытие Бернала и Фаулера показывало (см. статью "Гиперзвуковая вода, современные сведения 1") что отдельные участки в жидкой воде напоминают структуры, которые вода образует в состоянии льда. Первооткрыватели не определили процентное отношение между свободными молекулами и молекулами, объединенными в кластеры. Нет общего мнения по этому вопросу и сегодня. Энергия водородной связи в кластере невелика – 6,9 ккал/моль, поэтому в отдельных микрообъемах воды упорядочение молекул носит статистический характер. Расстояния, на которые могут приблизиться друг к другу в кластерах атомы кислорода достигает 5,5 ;, при этом для льда характерно расстояние 2,8 ;

Между молекулами в ассоциатах и свободными молекулами в воде при конкретной температуре наблюдается равновесие, возможно, среднее число ассоциированных в кластеры молекул в обычной воде в нормальных условиях находиться между 3 и 4.  Согласно наиболее распространенным современным представлениям структура жидкой воды состоит из совокупности двух изменяющихся микрофаз: структурированные участки из льдоподобных кластеров; не структурированные отдельные молекулы воды. При этом простые кластеры воды имеют не менее 10 –ти различных метастабильных модификаций.
На рис. 1 показана фотография кластера воды из 6 молекул, полученная с помощью туннельного микроскопа, средний диаметр этого кластера около 10; = 10-6 мм.

Одновременно с документальным обнаружением в воде малых кластеров в ходе ряда современных экспериментальных работ с использованием лазерной интерферометрии показано, что в воде происходит непрерывное образование и разрушение и гигантских кластеров воды с размерами 10–100 мкм, содержащих 10(в 10 степени) - 10 (в 12 степени) молекул воды. Период образования и разрушения этих «гигантов» более 1 сек, его величина зависит от температуры воды, присутствия в воде растворенных веществ и многого другого. 
На рис. 2 приведено лазерное фото участка воды с гигантскими  кластерами, размер фото по вертикали 0,5 мм, кластеры достигают длины до 0,2 мм

Молекулы воды и кластеры воды, как и все объекты, имеющие определенную массу, геометрию и размеры обладают и собственными, только им присущими частотами собственных колебаний. Этот параметр чрезвычайно важен для предмета нашей обзора, т.к. мы планируем активировать воду гиперзвуком – т.е. раскачивать молекулы и кластеры воды и менять ее структуру. Разумеется, наиболее эффективно это можно сделать на собственных частотах молекул и кластеров воды.

На рис. 3 показана таблица расчета резонансных частот собственных колебаний для мономолекулы воды, димерного ассоциата воды (двойного кластера), тетраэдрического ассоциата воды (четверного кластера.

Обратим внимание на данные обведенные красным контуром.
При Т = 313 град. К = 40 град. С частота собственных колебаний у молекулы воды Н20 очень велика – ; = 27 ГГц, при Т = 353 град. К = 80град. С частота понижается, но остается очень высокой  ; = 6,82 ГГЦ.

При Т = 313 град. К = 40 град. С частота собственных колебаний у двойного кластера  воды (Н20)2 равна ; = 10,6  ГГц, при Т = 353 град. К = 80 град. С частота понижается до частоты  ; =  2,50 ГГЦ.

При Т = 313 град. К = 40 град. С частота собственных колебаний у четверного кластера  воды (Н20)4 равна ; = 9,64  ГГц, при Т = 353 град. К = 80 град. С частота понижается до частоты  ; =  2,42 ГГЦ.

При этом известно, что длина волны резонансного поглощения энергии для воды составляет ; = 12,24 см., что соответствует частоте ; = 2,45  ГГц.

Из вышесказанного можно сделать три вывода:
1. длина волны резонансного поглощения энергии воды не соответствует длине волны собственного резонанса мономолекулы воды;
2. длина волны резонансного поглощения энергии воды весьма близка к длине волны резонанса по 1-й гармонике у двойного и четверного кластера воды при  Т = 3530  град.К = 80 град. С, и близка к длине волны резонанса по 4-й гармонике у двойного и четверного кластера воды при  Т = 313 град. К = 40 град. С.
3. в процессе резонансного поглощения энергии наибольший вклад вносят не молекулы воды, а ее ассоциаты – в частности двойные и четверные кластеры.

Важным параметром при колебательном процессе у любого объекта является амплитуда колебаний. На рис. 5 показаны диаграммы влияния амплитуды колебаний у молекул и кластеров воды. Данные диаграммы носят не очевидный характер – в нормальных условиях Т = 293 град. К = 20 град. С амплитуда собственных колебаний у тетраэдрического ассоциата воды (четверного кластера) даже меньше, чем у обычной молекулы воды, и составляет величину менее 1 ;. Это меньше длины водородной связи (5,5 ;). И только при Т = 313 град. К = 40 град. С амплитуда колебаний у четверного кластера становиться больше длины водородной связи.


Из этой особенности собственных колебаний кластеров воды можно сделать два вывода:
1. нагрев воды при ее активации в некотором смысле полезен;
2. в нормальных условиях, а также при более низких температурах амплитуда колебаний кластеров воды меньше размера водородных связей, и изменений в структуре воды, вероятно,  существенно меньше, чем при температуре Т = 313 град. К = 40 град. С.

В заключение автор докладывает читателю, что, несмотря на современное интенсивное теоретическое и практическое изучение структуры воды до сих пор не создано её единой теории, которая таким образом описывала бы все детали и особенности реальной структуры воды, что можно было бы точно объяснить все многочисленные непосредственно наблюдаемые факты и экспериментальные результаты.