Сила разуплотнения поверхностного слоя жидких, твердых и газообразных веществ (стр. 2 )

Причина этих ошибок, как мне кажется, – всеобщее увлечение формализованной наукой – термодинамикой, для которой молекулярно-кинетические механизмы явлений не имеют никакого значения. Именно поэтому молекулярно-кинетическая теория поверхностных явлений оказалась чрезвычайно отсталой в некоторых разделах. Если взять почти любую работу по поверхностным явлениям, то она только начинается с некоторых стандартных сведений о молекулярно-кинетических механизмах явлений и далее посвящена их термодинамике, а в подавляющем большинстве случаев сразу начинается с термодинамики и кончается ею же. Но на те ошибочные представления, о которых я упоминал и которые имеют в ряде случаев уже более чем столетнюю историю, никто не обращал внимания.

Именно поэтому любой специалист по молекулярно-кинетической теории веществ, не вскрыв этих ошибок, не сможет предсказать и теоретически обосновать существования поверхностного слоя веществ и поэтому, прочитав название этой книги, скажет: “Этого не может быть”. Но я шел к открытию силы разуплотнения другим путем. В геологических процессах мне как геологу была не ясной причина поддержания проницаемости микропор в горных породах в течение метасоматических процессов, когда сквозь поры в течение миллионов лет проходило огромное количество вещества, и все эти миллионы лет они не закупоривались, создавая крупные месторождения полезных ископаемых и магматические породы. Тогда я высказал идею о существовании микропородиффузионного каталитического эффекта, который с осмотической силой отгоняет из ультратонких пор растворенные вещества в более крупные трещинные пустоты, способствуя ускорению химических реакций и поддержанию микропор постоянно открытыми. Это объяснение было чрезвычайно простым и понятным для разъяснения ряда геологических явлений. Но когда я обратился к работам классиков молекулярно-кинетической теории веществ, оказалось, что на ее основе невозможно обосновать этот эффект. Тогда я пошел по пути целеустремленных поисков возможных ошибок в этой теории. После вскрытия вышеотмеченных ошибок теоретическое объяснение эффекта уже не представляло затруднения, а дальнейшая его разработка привела к формулировке силы разуплотнения поверхностного слоя воды.

После этих слов любой специалист по молекулярно-кинетической теории все равно с недоверием отнесется к идее о существовании новой фундаментальной силы природы. Чтобы убедиться в ее существовании, необходимо прочитать эту книгу, и в первую очередь те ее разделы, где, с точки зрения представления об этой силе, чрезвычайно просто объясняется множество природных явлений, решением загадок которых занимались целые поколения ученых. Самый простой пример этого – осмос, молекулярно-кинетическая причина которого до сих пор не ясна, хотя ровно 100 лет назад Вант-Гофф посвятил его объяснению почти половину своей речи при получении Нобелевской премии. Именно простота объяснения многих природных явлений действием силы разуплотнения поверхностного слоя веществ является одним из наиболее важных доказательств ее существования. В частности, микропоры в пористых средах биологических клеток и горных пород в земной коре, где происходит обмен веществ, имеют атомные размеры (в несколько диаметров атомов) потому, что создающая их сила разуплотнения поверхностного слоя действует в поверхностном слое такой же толщины.

В отношении прямых экспериментальных свидетельств силы разуплотнения можно сказать следующее. Сами экспериментаторы отмечают, что определение даже плотности воды в поверхностном слое чрезвычайно сложно. Представляется, что еще труднее опытным путем определить величину силы, с которой происходит разуплотнение поверхностного слоя. В этом направлении необходимы еще специальные исследования. Но само существование силы разуплотнения весьма просто представить себе и без прямых экспериментов. Известно, что поверхность жидкости, благодаря тепловому молекулярно-кинетическому движению молекул имеет нечеткую границу с газом, где существует слой, который, как отмечал еще Ван-дер-Ваальс, не является ни газом, ни жидкостью, т. е. он разуплотнен. Также известны эксперименты и математические расчеты, свидетельствующие о разуплотненном состоянии воды на границе с твердыми веществами и понижением здесь концентрации растворенных веществ. Далее нетрудно представить себе, что, когда поверхность жидкости увеличивается при растекании, новые глубинные слои подходят к ней и здесь разуплотняются за счет теплового движения и, значит, расширяясь, увеличиваются в объеме. Это увеличение объема происходит с определенной силой теплового расширения веществ, а для растворенных веществ – с силой осмотического давления. Если же это происходит внутри микротрещин, то давление передается на стенки, заставляя их раздвигаться, а растворенные молекулы – удаляться оттуда, и это уже проявляется в различных природных процессах. Здесь, по существу, сама природа является экспериментатором. Необходимо только обратить внимание на ее эксперименты и проанализировать их, что и сделано в этой книге.

Глава 1. СУЩНОСТЬ МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКОЙ СИЛЫ РАЗУПЛОТНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ (СРПС) ЖИДКИХ, ТВЕРДЫХ И ГАЗООБРАЗНЫХ ВЕЩЕСТВ

1.1. Определение силы

В науке известны четыре вида фундаментальных сил, способствующих формированию объектов природы:

1) сила тяжести или гравитации, создающая планеты и звездные системы;

2) электромагнитные силы, создающие атомы, молекулы и химические вещества;

3) механические силы, способствующие разрушению горных пород и формированию рельефа Земли;

4) ядерные силы, дающие энергию для разогрева и свечения звезд и солнечное тепло для биологической жизни на Земле.

Я выдвигаю идею существования в природе еще пятой фундаментальной силы, которая способствует формированию микропористых сред на Земле и в земной коре, и регулирует обмен веществ сквозь них, создавая таким образом биологическую жизнь на поверхности Земли и главнейшие геологические процессы в земной коре. Я назвал ее молекулярно-кинетической “силой разуплотнения поверхностного слоя” жидких, твердых и газообразных веществ, или сокращенно СРПС по начальным буквам ключевых слов. Сущность СРПС заключается в том, что в период образования новых участков поверхностного слоя веществ эти участки мгновенно разуплотняются и расширяются с силой, равной силе температурного расширения для веществ в целом (температурная составляющая) и с силой осмотического давления для растворенных в них веществ (осмотическая составляющая).

1.2. Что известно о способе формирования поверхностного слоя и как возникает СРПС веществ

Из любого соответствующего учебника, например, книги  и др. (1976), известно, что поверхность веществ, соприкасающихся с другой средой, находится в особых условиях по сравнению с остальным объемом вещества. Практически сейчас принято считать, что возникновение этих условий связано с неуравновешенным действием ван-дер-ваальсовых сил на каждую молекулу в поверхностном слое, когда равнодействующая этих сил направлена либо в сторону глубинного объема вещества, либо в сторону среды, с которой это вещество граничит. Первопричиной возникновения сил поверхностного натяжения считаются именно эти силы, которые, стремясь втянуть молекулы в глубь веществ, этим самым создают их поверхностное натяжение.

В этих представлениях заключена крупная ошибка, которая, по сути, не позволила сделать СРПС предметом изучения науки и использовать это открытие на практике. Это первая из двух ошибок в молекулярно-кинетической теории газов и жидкостей, которая, по моему мнению, не позволила открыть температурную составляющую СРПС. Вторую ошибку, касающуюся причин диффузии растворенных веществ, я уже объяснил в двух своих предыдущих книгах, и она будет изложена и здесь в соответствующей главе. Она, на мой взгляд, не позволила открыть осмотическую составляющую СРПС.

Сущность первой ошибки покажем на примере объяснения механизма создания поверхностного натяжения жидкостей, у которых поверхностные явления изучены наиболее детально. С этой целью я сначала приведу цитаты из книг двух крупнейших специалистов в области поверхностных явлений, которые дают наиболее подробное объяснение молекулярно-кинетического механизма возникновения поверхностного натяжения жидкости.

Из книги (1947):

“В пределах жидкой фазы каждая молекула окружена со всех сторон другими молекулами и поэтому испытывает притяжение во всех направлениях. В среднем за промежуток времени, достаточно большой по сравнению с периодом колебания молекул, это притяжение во всех направлениях одинаково. У поверхности, однако, условия совершенно другие. Молекулы, расположенные вблизи поверхности, испытывают со стороны своих соседей притяжение, направленное вовнутрь и в сторону, но не испытывают уравновешивающего притяжения со стороны газообразной фазы, заключающей в себе слишком мало молекул. Таким образом, каждая поверхностная молекула испытывает сильное притяжение, направленное вовнутрь жидкости нормально к поверхности. Это притяжение, направленное внутрь приводит к уменьшению площади поверхности вследствие того, что втягивание молекул с поверхности вовнутрь происходит с большей скоростью, чем обратное движение молекул, стремящихся занять место первых. Число молекул в поверхностном слое таким образом непрерывно уменьшается, и сокращение поверхности продолжается до тех пор, пока число молекул внутри жидкости не достигнет максимума, т. е. пока площадь поверхности не примет минимального значения возможного при данном объеме и при данных внешних условиях или силах…” (с. 12).

“То обстоятельство, что поверхность жидкости сокращается самопроизвольно, указывает на существование свободной энергии поверхности, т. е. необходимость затраты работы при ее расширении с молекулярной точки зрения эта работа затрачивается на преодоление притяжения, направленного внутрь жидкости при выводе молекул изнутри к поверхности” (с. 12).

“Поверхностное натяжение, или свободная энергия единицы поверхности, представляет собой работу, затрачиваемую на преодоление притяжения между поверхностными и более глубокими молекулами при выходе молекул на поверхность. Таким образом, поверхностное натяжение является мерой интенсивности втягивания молекул внутрь жидкости” (с. 208).