И снова о строении воды

Снова о строении воды,
или об  одной «научной» фантазии

В http://proza.ru/2024/08/23/1581 и последующих 9 статьях Алексей  Кимяев  описал разработанную им «теорию» строения воды. Следуя его логике, вода целиком состоит из микроскопических плотно упакованных сфер. Поверхность сфер якобы покрыта ледяной пленкой молекулярной толщины, а между сферами  находится пар,  давление которого равно равновесному, отвечающему положению  в соответствующей точке фазовой диаграммы.

Я пытался дискутировать с автором, но получил  полный  афронт. По  его  мнению, я  опирался не на экспериментальные данные, а на научные авторитеты, когда ссылался на  известные статьи и справочные  данные. Он же будто бы поступал ровно наоборот.  Вот исходные положения, которыми он пользовался (цитирую по http://proza.ru/2024/08/23/1581):

«На основании анализа диаграммы фазового состояния (рис.1) и известных макроскопических проявлений воды в виде:
- броуновского движения;
- падения вязкости с ростом температуры:
- пузырькового механизма кипения;
- существования влажного пара;
- существования парадокса Мпембы - эффекта, состоящего в том, что горячая
        вода может замерзать быстрее, чем холодная,
 и ряда других, КАА пришёл к выводу, что структура воды не может носить одноуровневого характера, элементом которой является молекула. Перечисленные явления не вяжутся с классическими представлениями о структуре воды. Как минимум, должен существовать второй структурный уровень, элементом которого является объединение большого количества молекул.»

Что ж, начнем с того, что КАА – так называет себя автор  - не химик и не физик, и в перечисленных им положениях  разбирается плохо. Он не понимает,   что такое фазовая диаграмма и как ее строят. Так, он считает, что «влажный пар» - это отдельная фаза, что броуновского движения не может быть, потому что  не  может быть никогда, что перечисленные им  пункты чем-то выделяют воду среди прочих  веществ. Между  тем,  в области равновесия  жидкость – лед – пар диаграмма состояния воды качественно ничем не отличается, скажем, от диаграмм углекислого газа, серы или же  ртути, а также бесчисленного множества других веществ. У миллионов веществ вязкость падает  с ростом температуры (масло, расплавы полимеров, глицерин, нефтепродукты, стекло и т.д.)  Нет ничего специфического  и в кипении  воды  - так кипят и другие вещества. Эффект Мпембы упомянут им неизвестно для чего, потому что обнаружен  в смеси очень сложного  состава, а не в воде, существование эффект строго не подтверждено, да  и сам  КАА нигде  далее  речи об этом эффекте не ведет.

Вывод первый: все рассуждения автора построены на анализе свойств, присущих не только воде, но и бесчисленному   множеству других веществ, а раз так, то и другие  жидкости должны состоять из  микросфер,  покрытых «коркой» и разделенных паром.

В оправдание  КАА следует отметить, что структурированные жидкости все же существуют: таковы жидкие кристаллы, расплавы и растворы полимеров, некоторые металлы  (ртуть, кадмий состоят из  двухатомных молекул – причем не только в жидком виде, но и в парах;  жидкая сера состоит из молекул S8,  которые при  температуре больше 200 С раскрываются в нитевидные цепи; растворы полимеров тоже структурированы – например, всем  известный раствор желатина). Как узнать, структурирована жидкость, или нет? Для этого используют, например, ротационные  вискозиметры. Бесструктурные жидкости имеют вязкость, не  зависящую от напряжения сдвига. Такие жидкости называют ньютоновыми. Вода – типичная ньютонова жидкость. Ее вязкость не зависит от скорости вращения роторов вискозиметра. А раствор обойного  клея (карбоксиметилцеллюлозы) имеет тем  меньшую вязкость, чем больше  напряжение сдвига.  Он структурирован, поскольку содержит длинные  молекулы, связанные с молекулами воды. Такие жидкости называют жидкостями Бингама. Всякий студент-химик на практикуме по химии полимеров или  же физхимии работает с вискозиметрами. Но не КАА -  поскольку КАА не химик.
Оптические свойства воды также должны обнаруживать специфические эффекты в  случае структурирования. Главный ожидаемый эффект – направленное рассеяние ультрафиолета с длиной волны в районе 0,02-0,03 мкм. Именно таков диаметр «микросфер», о которых говорит КАА, и, поскольку оные сферы плотно упакованы, он должны давать рассеяние в форме системы колец – по аналогии с дифрактограммой кристаллов в рентгене. Да, вода рассеивает ультрафиолет -  но плохо, толщина слоя полупоглощения составляет примерно 5 м, и это рассеивание не имеет ничего общего с Брэгговским.
Еще один эффект, который должен проявляться в структурированной воде – эффект Тиндаля, суть которого состоит  в рассеивании света на частицах с размерами, меньшими, чем длина волны. Эффект связан с дифракцией  света на таких частицах. В видимом диапазоне  длин волн хорошо обнаруживаются частицы с  размерами свыше 1  нм. КАА нашел, что размер микросфер воды  составляет 1 – 3 нм. Ау, КАА, где эффект Тиндаля? Работая  и с ультрамикроскопом, и с нефелометром, я никогда не наблюдал такового ни в воде, ни в растворах солей или сахаров.
Вывод 2: механические и оптические свойства воды не дают доказательства существования  в ней микросфер.

А теперь – об абсурде. По заявлению КАА, при 20 градусах 0,003% воды находятся в виде пара в промежутках между  микросферами, и это якобы очень мало. Вспомним следующее: равновесное давление пара при этой температуре составляет 2,339 кПа. Рассчитаем мольный объем пара при этом давлении, используя уравнение Клайперона-Менделеева PV=RT, где R=8,31Дж/моль/К, T=293K, P=2339 Па.  Получаем 1,04 кубометра. Моль воды – 18 граммов, отсюда, при испарении 1 г воды   при  этом давлении получится 57,8 литра пара. 0,003%  от этой  величины – это  1,73 кубических сантиметров пара. Как при плотности воды 1 г/см куб. в ней  размещается этот пар,  почему плотность воды слабо зависит от температуры (не  учитывая тепловое расширение пара и рост его давления с температурой), пусть вам расскажет КАА.  Мне же все это видится абсурдом.

Почему при наличии колоссального объема пара (по КАА) вода  крайне плохо сжимаема? Ее сжимаемость всего порядка 10^-10 Па^-1, а при наличии огромного количества газовых полостей составила бы величину на много порядков бОльшую. Но есть и еще одно обстоятельство: равновесие вода-пар не является нонвариантным. Оно одновариантное в соответствии с правилом фаз Гиббса, и это означает, что  в изотермических условиях можно менять произвольно объем пара без изменения давления. Вода должна сжиматься и растягиваться  как  угодно при малейших усилиях!  Но этого нет – а значит, и построениям КАА   грош цена.

Какие силы удерживают сферы воды вместе? Ведь наличие паровой подушки  (очень значительной  по объему, как  мы только что рассчитали) должно исключить всякое взаимодействие между сферами. КАА не удосужился об этом подумать.

Нелепы и,  главное, не соответствуют опыту рассуждения КАА о конденсации пара,  о  перегретой и переохлажденной воде, о гравитационной дифференциации газов, якобы  имеющейся  в атмосфере, о наличии ассоциатов воды в паре, и о многом-многом другом. Анализировать здесь всё  это – пустая трата времени.

Есть еще множество следствий из «теории» КАА, которые  противоречат опытным данным, есть много других нелепостей в рассуждениях КАА, но думаю, что и сказанного достаточно. Многое, о чем здесь написано, я сообщал КАА. Ответы  были такие: «Не умничай». Не ссылайся на авторитеты». Поразительное высокомерие. Он  сам утверждает, что главный метод исследования, которым пользуется – диалектика. Хотелось бы знать, что именно открыли диалектики, чем  они порадовали физиков, химиков, биологов?  В конце нашего общения КАА поведал следующее: «Ну, думаю, Алексей, что наше с тобой общение закончилось. Последним своим постом ты окончательно раскрыл свою сущность. И надо сказать она с тухлинкой.

Начну с того, что ты ремесленник от науки, и рядом с настоящей наукой не стоял. У тебя узок кругозор, ты абсолютно не владеешь логикой вывода нового знания». Поразительно! Человек, не знающий экспериментального материала из  множества областей знания, никогда не занимавшийся самостоятельно и профессионально изучением  веществ, обвиняет меня  в ограниченном кругозоре! Как говорится, «В чужом глазу…». Впрочем, он и Эйнштейна поучает, и науку как целое...

Надеюсь (не очень сильно), КАА  прочитает это и даст ответы – конкретные, без обычных уверток и высокомерия.