Дистанционная передача информации о надмолекулярной структуре воды

 

С.Н. Новиков, А.И. Ермолаева, С.П. Тимошенков

Московский институт электронной техники (Технический университет)

Россия, 124498, Москва, Зеленоград, проезд 4806, дом 5, spt@chem.miee.ru

 

(Получена 27 сентября 2009; опубликована 15 октября 2009)

 

При исследовании работы выхода электрона образцов Si (100) методом статического конденсатора с ионизированным промежутком обнаружено дистанционное влияние надмолекулярной структуры (НМС) разбавленных водных растворов ZnCl₂, CuCl₂, NaCl на НМС растворителя (воды), герметизированных в отдельно стоящих эксикаторах. Для оценки надмолекулярной структуры различных адсорбатов использовались зависимости работы выхода электрона φ стандартных образцов монокристаллического кремния от времени экспозиции τ в парах соответствующих жидкостей. Кинетические кривые φ=f(τ) для растворов изученных солей различной концентрации (1.0М; 0.1М; 0.01М) существенно отличаются по форме; поэтому получение кривых, характерных для растворов, в случае чистого растворителя истолковывалось как дистанционная передача структурной информации от раствора («источник») к воде («приемник»). Экспериментальные результаты показали, что этот эффект зависит от:

- природы и концентрации растворенного вещества;

- расстояния L между сосудами (эксикаторами), в которых были герметизированы «источник» и «приемник»: при L2.0м эффект максимален, при L4.5м он не обнаружен. Способ передачи информации не ясен, но, по-видимому, речь идет о неэлектромагнитном взаимодействии, т.к. попытка защиты сосуда металлическим экраном не дала результатов. Для объяснения полученного эффекта делается предположение, что вода является веществом, находящимся в информационно-фазовом состоянии, т.е. каждая ее ячейка содержит полную информацию о любых воздействиях на среду.

 

В последнее десятилетие проявляется особый интерес к проблеме воды в самых различных ее аспектах. Количество печатной продукции, посвященной этому наиболее распространенному веществу, огромно. От популярных брошюр с научным уклоном до теоретических и экспериментальных работ. К сожалению, многие публикации не содержат сколько-нибудь достоверной информации. Особенно это касается экспериментальных исследований.

Задачей настоящей работы является описание интересного эффекта, показывающего возможность дистанционной передачи информации о надмолекулярной структуре  воды.

Возможно впервые на информационные свойства тонких слоев адсорбированной воды указали Дистлер Г.И. и Москвин В.В в работе [1] 1971 г., когда использовали адсорбированные молекулы в H₂O в качестве декорирующих частиц при электронномикроскопических исследованиях поверхности твердых тел. В недавно опубликованной теоретической работе Зенина С.В. [2] вопрос об информационно-фазовых свойствах воды последовательно рассмотрен с единой структурной точки зрения. В большом обзоре [3] коллектива авторов, посвященном свойствам воды, также значительное внимание уделено проблеме передачи информации о структуре надмолекулярных образований (ассоциатов). Дальнейшее рассмотрение вопроса о структурированной воде было осуществлено двумя авторами указанного обзора в книге [4]. Особо следует отметить теоретическое рассмотрение структуры воды с учетом квантово-динамических эффектов взаимодействия ее молекул [5] (теория когерентной воды).

 

Условия эксперимента и образцы

 

Эффект дистанционной передачи информации о надмолекулярной структуре воды был обнаружен при изучении изменений работы выхода электрона (РВЭ) монокристаллического кремния при сорбции воды на его поверхности. В работе для определения РВЭ использовался известный метод статического конденсатора с ионизированным промежутком, описанный в [6], позволяющий с достаточной точностью (±0,03эВ) определить работу выхода φ.

 

Известно [7], что сорбция воды существенно изменяет РВЭ: либо уменьшает φ при адсорбции (физической или химической) воды в молекулярной форме; либо увеличивает φ – в случае сорбции ОН^—групп (диссоциативная адсорбция).

 

Для исследования влияния надмолекулярных структур воды на электронные свойства поверхности кремния был использован метод кинетических сорбционных кривых. Как известно, для его осуществления испытуемый адсорбент помещают в герметичный объем (эксикатор), содержащий пары данного адсорбата, и фиксируют изменения  количества сорбированного вещества при различных временах экспозиции τ. В нашем случае оценка сорбированного количества воды производилась следующим образом.

 

Известно, что изменение РВЭ связано с количеством сорбированных частиц формулой Гельмгольца [8]

Δφ=kæNcosθ,               (1)

где æ – дипольный момент сорбированной частицы;

N – число сорбированных частиц на см²;

θ – угол наклона плоскости сорбированной частицы к нормали поверхности;

k – коэффициент, значение которого зависит от предполагаемого механизма сорбции (от 2π до 4π).

 

Как видно из (1), изменение РВЭ зависит как от числа сорбированных частиц N, так и от энергии единичного акта взаимодействия сорбированной частицы с электронами твердого тела, т.е. от величины дипольного момента сорбированной частицы æ.

Согласно [6],

φ=φ_Ni­ – V₂;                               (2)

N=const·ψ;

ψ=V₂ – V₁,                                (3)

где φ_Ni­ – табличное значение РВЭ Ni-сетки (отсчетного электрода);

ψ – потенциал поверхности;

V₁ – контактная разность потенциалов V₁=φ_Ni – φ_Si;

V­₂ – измеренный потенциал статического конденсатора.

 

Таким образом, кинетические кривые φ=f(τ) могут служить достаточно полной характеристикой процесса сорбции исследуемого адсорбата на данном сорбенте. Если в качестве последнего использовались идентичные образцы, например, изготовленные из стандартной пластины Si(100) (размеры образцов 1.0х2.0х0.03 см), то кинетические кривые φ=f(τ) могут характеризовать свойства адсорбата.

 

Для создания различных надмолекулярных структур растворителя  (дистиллированная вода) в парах адсорбатов применяли разбавленные растворы хлоридов Zn, Na, Cu марки ОСЧ с концентрациями 1М, 0.1М и 0.01М. Последние две концентрации надежно обеспечивали идеальность растворов и позволяли считать, что давление насыщенных паров над ними соответствует закону Рауля, т.е. адсорбатом являются лишь пары воды. При этом предполагали, что надмолекулярная структура такого адсорбата может зависеть от природы и концентрации образовавшего его раствора.

 

Методика получения кинетических кривых была следующей. Идентичные Si-пробники после измерения исходных значений φ помещали в эксикатор, содержащий насыщенные пары данного раствора, и выдерживали в течение ~20 суток. Один раз в сутки (иногда в 2-3 суток) пробники извлекали и измеряли значения φ. Поскольку динамическое сорбционное равновесие на поверхности является медленным процессом, время измерения φ (~ 0.5 часа) не должно было существенно нарушать процесс сорбции.

 

Поскольку для получения кинетических кривых  необходимо длительное время, было решено для каждого сосуда, содержащего растворы, иметь «свидетеля»; для этого рядом с рабочим эксикатором помещался еще один, который также содержал типичный Si-пробник (контрольный), но в качестве парообразующей жидкости в этом случае использовалась та же вода, на основе которой были изготовлены растворы. Предполагалось, что такой контроль позволит избежать нарушений, связанных с изменением условий экспериментов, за длительное время, т.е. кинетические кривые таких «свидетелей» не должны отличаться для разных растворов, быть одинаковыми, характерными для воды. Однако эксперименты показали, что это не так.

 

На рис. 1 показаны типичные кинетические кривые сорбции φ=f(τ) для растворов ZnCl₂ с концентрациями 1.0М; 0.1М и 0.01М. Там же приведены данные по «свидетелям» для каждого раствора (пунктирные линии).

 

Рисунок 1. Изменения работы выхода электрона Si (100) φ от времени экспозиции τ в  насыщенных парах над растворами хлорида цинка и воды. Обозначения: Кривая 1 –  одномолярный раствор ZnCl₂; 1’ –  «свидетель», чистая Н₂О; 2 -  децимолярный раствор ZnCl₂; 2’ -  «свидетель», чистая Н₂О; 3 -  сантимолярный раствор ZnCl₂; 3’ -  «свидетель», чистая Н₂О; М – приблизительная область заполнения монослоя на поверхности Si.

 

Обсуждение результатов

 

Известно, что адсорбция паров на поверхности твердых тел в зависимости от их относительного давления (p/p_s) имеет несколько основных стадий:

- образование монослоя;

- полимолекулярная адсорбция;

- капиллярная конденсация.

 

По мере приближения p/p_s к 1 сорбированный слой утолщается, при этом появляются двойные, тройные и т.д. комплексы адсорбированного вещества. Следовательно, полимолекулярную адсорбцию можно рассматривать, как серию квазихимических реакций типа

П+o↔А₁;

П+А₁↔А₂;

П+А₂↔А₃.

где o - свободное место на поверхности адсорбента;

А_1,, А₂,  А₃ – единичные, двойные и тройные адсорбционные комплексы, соответственно. Тогда общая величина сорбции

a=a_m(θ₁+2 θ₂+ 3θ₃+…),

где

a_m­ – емкость монослоя, а θ₁, θ₂, θ₃ – доли поверхности, покрытые единичными, двойными и тройными комплексами, соответственно [9]. Таким образом, предполагается, что характер надмолекулярных образований должен отразиться на величине эффективного дипольного момента сорбированного комплекса и, следовательно, на величине РВЭ.

 

Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что характер кинетических кривых зависит, как от природы, так и, в основном, от концентрации растворов, образующих пары адсорбата, несмотря на то, что в нашем случае величины мольных долей в законе Рауля близки к единице (0.99; 0.999; 0.9999 для 1М; 0.1М и 0.01М растворов, соответственно), и, следовательно, адсорбатом во всех случаях должны быть пары воды.

 

Результаты, приведенные на рис.1, показывают, что кинетические кривые φ=f(τ) на Si-пробниках являются характерными для каждой концентрации растворов. Действительно, формы кривых 1,2,3 на рис.1, соответствующих 1.0; 0.1 и 0.01 молярным растворам ZnCl₂, существенно отличаются при τ>2 суток. Область кривых при τ<1 суток во всех случаях одинакова, т.е. она связана с процессом физической адсорбции паров воды. Как видно из рис.1, исходное значение φ_исх ниже справочного значения для Si(100) (φ_исх< φ_Si). Это обусловлено влиянием физически адсорбированных паров воды, имеющихся в атмосферном воздухе [7]. Выдержка в эксикаторах со 100% влажностью содержащих указанные выше растворы, приводит к формированию надмолекулярных структур (кластеров) воды и их хемосорбции. Это, как известно [10], приводит к росту φ. Однако, ход кривых φ=f(τ) при τ>2 суток для растворов ZnCl­₂ различной концентрации различен. При этом наиболее разбавленный сантимолярный раствор (кривая 3) имеет зависимость φ=f(τ) близкую к кинетической кривой для чистого растворителя дистиллированной воды (кривая 3’).

 

Как уже указывалось выше, для контроля за воспроизводимостью условий эксперимента (поскольку он был длительным ~20-30 суток) было решено сопровождать измерения φ=f(τ) растворов, измерениями на аналогичных пробниках Si(100), находящихся рядом в отдельном эксикаторе (контрольном), расположенном на расстоянии ~30 см от эксикатора с раствором. Отличие этих эксикаторов заключалось только в том, что в контрольном эксикаторе жидкостью, обеспечивающей 100% влажность, была дистиллированная вода, на основе которой приготовлялись растворы ZnCl_2­. Предполагалось, что «контрольные» зависимости φ=f(τ) будут одинаковы для всех экспериментов с растворами и характерными для чистой воды, что будет свидетельствовать об отсутствии грубых отклонений в условиях проведения экспериментов.

 

Действительно, «контрольная» кривая 3’ (рис.1) подобна кривой 3 и это можно считать свидетельством воспроизводимости условий этих экспериментов. В этом случае оба эксикатора содержали парообразующие жидкости близкого состава.

 

Однако, в других случаях также наблюдается подобие «контрольных» зависимостей φ=f(τ) кривым для исследуемых растворов. Такой результат является неожиданным, т.к. контрольные эксикаторы никак не были связаны с эксикаторами, в которых проводились эксперименты с парами растворов. Приходится констатировать, что информация о надмолекулярной структуре (типе кривой) паров растворов была передана в контрольный эксикатор, содержащий «свидетеля», дистанционно, через расстояние между эксикаторами ~30 см (!). Этот результат был одинаков для «свидетелей» всех использованных растворов (кроме ZnCl₂ еще CuCl₂, NaCl, данные не приводятся). Таким образом, из рис.1 следует, что раствор данной концентрации можно считать «источником» структурной информации, а вода является ее «приемником», которая создает подобные раствору структуры.

 

С целью выяснения природы эффекта дистанционной передачи информации был проведен цикл экспериментов по изменению расстояния L между «источником» и «приемником». Для этого были получены семейства кинетических кривых для «приемника» (дистиллированная вода), находящегося на различных расстояниях L от «источника». Результаты этих опытов показаны на рис.2. «Источником» служили растворы ZnCl₂ 1.0М и 0.01М концентрации.

 

Рисунок 2. Изменения работы выхода электрона Si(100) φ от времени экспозиции τ в насыщенных парах над одномолярным раствором хлорида цинка при различных расстояниях L между «источником» (ZnCl₂) и «приемниками» (H₂O). Обозначения: Кривая 1 – пары 1.0М раствора ZnCl₂ (); 2 – пары Н₂О, L=0.3м (); 3 – пары Н₂О, L=0.5м (); 4 – пары Н₂О, L=1.5м (); 5 – пары Н₂О, L=2.5м (); 6 – пары Н₂О, L=4.5м ().

 

Сравнение результатов, приведенных на рис.2, с данными, показанными на рис.1, свидетельствуют о том, что характер кинетических кривых, соответствующих одномолярному раствору ZnCl₂, одинаков. Такой же характер зависимости φ=f(τ) имеют и «приемники», расположенные на расстоянии 0.3-0.5 м от «источника». Дальнейшее увеличение L до ~2м приводит вначале к возрастанию φ (кривые 4,5), а затем при L=4.5 м к резкому изменению формы кривой и снижению φ до значений, характерных для чистой воды (кривая 6). Такая же серия экспериментов, как с одномолярным ZnCl₂ «источником», была проведена с использованием сантимолярного ZnCl₂. Полученные результаты были аналогичны, хотя и значительно слабее выражены (не приводятся).

Таким образом, в опытах по изменению расстояния между «источником» и «приемником» (рис.2) было показано, что увеличение L приводит вначале к росту φ, а затем к его уменьшению (при L4.5м). При этом наблюдаются формы всех рассмотренных выше кинетических кривых (рис.1), полученных при изменении концентрации раствора. Другими словами, увеличение расстояния между «источником» и «приемником» эквивалентно уменьшению концентрации растворенного вещества в «источнике». Это позволяет предположить, что от «источника» имеет место дистанционная передача информации о надмолекулярной структуре воды, которую воспринимает вода «приемника», образуя тот же тип водных ассоциатов.

Для характеристики надмолекулярных образований сорбированной воды нами предложен экспериментальный критерий  (см. формулу 3), представляющий собой изменений РВЭ при единичном изменении потенциала поверхности. Необходимо подчеркнуть, что применение этой величины при сравнении различных адсорбатов возможно лишь в случае, если поверхность пробников-адсорбентов может считаться идентичной, так как абсолютные значения ∆φ сильно зависят от энергетического состояния исходной поверхности. В нашем случае, когда в качестве пробников-адсорбентов внутри серии опытов использовались образцы, вырезанные из одной Si-пластины, такое относительное сравнение возможно.

На основании данных, приведенных на рис 1,2, были получены значения  для всех значений L. Результаты этих расчетов приведены на рис.3.

 

Рисунок 3. Зависимость изменения потенциала поверхности |Δψ| и экспериментального критерия передачи информации  от расстояния L между «источником» (ZnCl₂) и «приемниками» (H₂O). Обозначения: Кривая 1 – |Δψ|=f(L) для 1.0М ZnCl₂; 2 – |Δψ|=f(L) для 0.1М ZnCl₂; 3 – =f(L) для 1.0М ZnCl₂; 4 – =f(L) для 0.1М ZnCl₂.

 

Кривые 1,3 на рис. 3 были получены при использовании в качестве «источника» одномолярного раствора ZnCl₂; зависимости 2,4 соответствуют данным для сантимолярного раствора ZnCl₂.

Из рис.3 следует, что удаление «приемника» (чистая вода) от «источника» (раствора) приводит к:

а) изменению потенциала поверхности, причем зависимость ∆ψ=f(L) проходит через максимум при L2.0м;

б) величина , эквивалентная эффективному дипольному моменту надмолекулярных ассоциатов, уменьшается с ростом L, что свидетельствует об ослаблении влияния «источника» на НМС «приемника».

Полученные результаты оставляют неясным физический механизм передачи информации. Для выяснения природы гипотетического взаимодействия «источника» и «приемника» была сделана попытка экранирования контрольных эксикаторов металлическим железным экраном, полностью защищающим стеклянные сосуды. При этом ход кривой φ=f(L) не изменился. Дальнейших попыток в этом направлении не предпринималось, однако, возможно, полученный результат означает, что процесс передачи информации не связан с электромагнитным полем.

 

При попытке объяснения можно упомянуть представления, развитые в теоретической работе [2], где постулировалось, что «вода выступает не просто как жидкость, а как вещество, находящееся в информационно-фазовом состоянии… Среда, состоящая из ячеек, внешнее воздействие на которые или информационное воздействие между ними приводит к соответствующему структурному преобразованию каждой ячейки, в результате которого  появляется новая специфичная для данного информационного воздействия матрица расположения структурных элементов ячейки, находится в информационно-фазовом состоянии. Таким образом, каждая ячейка такой среды содержит в себе полную информацию о любых воздействиях на среду и о ее внутренних взаимодействиях».

 

Необходимо также отметить теоретическое исследование структуры воды с учетом квантовых эффектов при взаимодействии ее молекул [5]. Созданная авторами оригинальная теория когерентной воды позволяет не только объяснить основные термодинамические свойства, но и рассчитать ее характерные параметры. В соответствии с концепцией авторов вода представляет собой двухфазную конденсированную систему, основную часть которой (~87%) составляет молекулярная H₂O. Однако, вторая фаза – когерентная вода (~13%) содержит высокоориентированные ассоциаты (кластеры), распределенные в структурной сетке основы. Когерентная фаза воды (КФВ) имеет пониженную плотность и вследствие стремления системы к минимальной энергии, может переходить в основное состояние с высокой плотностью. При этом должна выделяться энергия (возможно, в виде сверхизлучения Дике) с длиной волны, определяемой размером областей когерентности. Однако в работе [5] не высказываются какие-либо предположения о физическом механизме или природе выделяемой энергии.

 

В популярных книгах М. Эмото, посвященных уникальному свойству воды принимать (и передавать) информацию, высказывается мнение, что «вся вселенная находится в состоянии вибрации и каждая вещь порождает свою собственную уникальную частоту». Такая точка зрения (хотя автор об этом не упоминает) является основой известной «теории суперструн» [11]. Согласно этой теории, которую ее сторонники часто называют «теорией всего», в основе мироздания и, следовательно, пространства лежит объект («струна»), частота колебаний которого определяет существование и взаимодействие  всех материальных тел: от элементарных частиц до галактик. Не вдаваясь в обсуждение этих теорий, можно предположить, что физический механизм наблюдаемого дистанционного эффекта является одним из вариантов подобного частотно-резонансного взаимодействия.

 

Выводы

 

Методом кинетических сорбционных кривых φ,ψ=f(τ) обнаружена дистанционная передача информации о надмолекулярной структуре паров воды, полученных из различных растворов, парам чистого растворителя.

Экспериментальные результаты показали, что этот эффект зависит от:

а) концентрации растворенного вещества;

б) расстояния L между «источником» (раствор) и «приемником» (вода);

в) при L2 м эффект максимален, при L4.5 м он не обнаруживается;

г) для «источника» с малой концентрацией раствора (0.01М) зависимость эффекта от расстояния L незначительна.

 

Литература

 

1. Дистлер Г.И., Москвин В.В. // Доклады АНСССР, 1971, Т. 201, №4, С. 891.
2. Зенин С.В. Вода. 2001, С. 10.
3. Вода – космическое явление. Ред. Рахманина Ю.А., Кондратьева В.К. 2002, С.124.
4. Стехин А.А., Яковлева Г.В. Структурированная вода. Нелинейные эффекты. М.ЛКИ, 2008, С.3-315.
5. Arani R., Bono J., Preparata G.// Jnt. Jour. Mod. Phys. B,1995, V.9, №15, P1813-1841.
6. Новиков С.Н., Тимошенков С.П.// Изв. вузов. Электроника. 2002, №5, С.81.
7. Thiel P.A., Madey T.E.//Surf.Sci.Rep. 1987, V.7, P.211.
8. Вудраф Д., Делчар Т. Современные методы исследования поверхности. М.: Мир, 1989, С. 24.
9. Глазов В.М. Основы физической химии. М. Высшая школа, 1981, С. 337.
10. Новиков С.Н., Тимошенков С.П. // Росс. нанотехнологии. 2006, Т.1-2, С.217.
11. Грин М., Шварц Дж., Виттен Э. Теория суперструн, М. Мир, 1990, Т.1, С. 205.