ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ТЕОРИЯ РАСТВОРОВ,
ОСНОВАННАЯ
НА АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ТЕОРИЯХ СТРОЕНИИЯ
ВЕЩЕСТВА.
E-mail: bolutenko@mail.ru Физика Главная
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. Основные
теории растворов: физическая и химическая.
2. Электромагнитная теория растворов,
основанная на альтернативных теориях строения вещества.
2.1. Атом –
неделимый.
2.2. Теория
создания структуры физических объектов.
2.3.
Электромагнитная теория растворов,
A1. Основные теории растворов: физическая
и химическая.
Известны две основные теории растворов: физическая и химическая [1]. Физическая теория
растворов была
предложена Я. Вант-Гоффом (1885 г.) и шведским физико-химиком С.
Аррениусом (1883 г.).
Растворитель рассматривается как химически инертная среда, в которой равномерно
распределены частицы (молекулы, ионы) растворенного вещества. Предполагается
отсутствие межмолекулярного взаимодействия, как между частицами растворенного
вещества, так и между молекулами растворителя и частицами растворенного
вещества. Частицы растворителя и растворенного вещества равномерно
распределяются в объеме раствора вследствие диффузии.
Химическая (или сольватная) теория растворов предложена Д.И. Менделеевым (1887 г.). Он впервые на
огромном экспериментальном материале показал, что между частицами растворенного
вещества и молекулами растворителя происходит химическое взаимодействие, в
результате которого образуются нестойкие соединения переменного состава,
называемые сольватами или гидратами.
Д.И. Менделеев определил раствор как химическую систему, все формы
взаимодействия в которой связаны с химической природой растворителя и
растворяемых веществ. Главную роль в образовании сольватов играют непрочные
межмолекулярные силы и водородная связь. Процесс растворения нельзя представить
простой физической моделью, например, статистическим распределением
растворенного вещества в растворителе в результате диффузии. Обычно он
сопровождается заметным тепловым эффектом и изменением объема раствора, за счет
разрушения структуры растворяемого вещества и взаимодействия частиц
растворителя с частицами растворенного вещества. Оба эти процесса
сопровождаются энергетическими эффектами. Для разрушения структуры
растворяемого вещества требуется затрата энергии, тогда как при взаимодействии
частиц растворителя и растворенного вещества происходит выделение энергии. В
зависимости от соотношения этих эффектов процесс растворения может быть
эндотермическим или экзотермическим.
Растворы
классифицируют по свойствам, которые зависят от природы растворенного вещества
и растворителя. По результату взаимодействия растворяемого вещества с
растворителем растворы можно разделить на два типа. Если растворяемое вещество
частично или полностью диссоциирует на ионы, растворы условно называют ионными.
Если растворяемое вещество не диссоциирует на ионы, а распределяется в
растворителе в виде отдельных молекул (или их ассоциатов), как, например,
кислород в воде, раствор называют молекулярным.
Растворы – гомогенные системы, содержащие не менее
двух веществ [2]. Вещество, взятое в
избытке и в том же агрегатном состоянии, что и сам раствор, принято считать растворителем, а компонент, взятый в недостатке, - растворённым веществом.
Растворы
могут быть жидкими, твёрдыми и газообразными. С увеличением температуры растворимость
большинства твёрдых веществ увеличивается, а растворимость газообразных веществ
уменьшается (кипение воды – выделяется кислород). Растворимость газообразных
веществ увеличивается с повышением давления (получение газированной воды).
Физический процесс растворения заключается в разрушении
межмолекулярных и межионных химических связей кристаллической решётки, что
сопровождается поглощением энергии – эндотермический процесс,
а так же идёт распределение частиц растворённого вещества между молекулами
растворителя (диффузия).
Химический процесс растворения заключается во
взаимодействии частиц растворённого вещества с молекулами растворителя, что
сопровождается выделением энергии – экзотермический процесс.
Раствор,
в котором данное вещество при данной температуре больше не растворяется, (т.
е., раствор, находящийся в равновесии с растворяемым веществом), называется насыщенным.
В основу физической теории растворов
положена аналогия растворов и смесей газов, т.е. допущение, что молекулы
растворенного вещества и растворителя не взаимодействуют друг с другом [3]. В физической теории рассматривают такие
свойства растворов, которые не зависят от природы частиц растворенного
вещества. Все растворы независимо от агрегатного состояния обладают
способностью к диффузии. Диффузия – это свойство вещества равномерно
распределяться по всему предоставленному объему. Скорость диффузии в
газах велика, в твердых телах при обычных температурах диффузия может длиться
годами. Если в сосуд налить концентрированный раствор, а сверху налить чистый
растворитель, то диффузия будет протекать в обоих направлениях: растворенное
вещество будет диффундировать в растворитель, а растворитель – в раствор.
Химическая, или сольватная, теория
растворов была предложена в 1887 г. Д.И. Менделеевым [4], который установил, что в реальном растворе присутствуют не только
индивидуальные компоненты, но и продукты их взаимодействия. Исследования водных
растворов серной кислоты и этилового спирта, проведенные Д.И. Менделеевым,
легли в основу теории, суть которой заключается в том, что между частицами
растворенного вещества и молекулами растворителя происходят взаимодействия, в
результате которых образуются нестойкие соединения переменного состава,
называемые сольватами или гидратами,
если растворителем является вода. Главную роль в образовании сольватов играют
непрочные межмолекулярные силы, в частности, водородная связь. В этой связи
следует принять следующую трактовку понятия «раствор»: Раствором называется гомогенная система переменного состава, состоящая
из двух и более компонентов и продуктов их взаимодействия.
Из
данного определения следует, что растворы занимают промежуточное положение
между химическими соединениями и смесями. С одной стороны, растворы однородны,
что позволяет рассматривать их как химические соединения. С другой стороны, в
растворах нет строгого стехиометрического соотношения между компонентами. Кроме
того, растворы можно разделить на составные части (например, при упаривании
раствора NaCl можно выделить соль в индивидуальном виде).
Разрабатывая преимущественно химическую
теорию растворов [5], Менделеев считал необходимым
согласовывать ее с физической теорией, поскольку эти две точки зрения на природу
растворов должны способствовать созданию общей теории растворов:
"Образование растворов может рассматриваться с двух сторон: физической и
химической, и в растворах виднее, чем где-либо, насколько эти стороны
естествознания сближены между собою". «Гидратная» теория Менделеева, по
существу явилась историческим предшественником теории электролитической
диссоциации С.Аррениуса, а в дальнейшем – переросла в более общую теорию, в
соответствии с которой первоначальная гидратация ионов является непременным
условием диссоциации.
Растворение – это физико-химический процесс. При физическом
явлении разрушается кристаллическая решетка и происходит диффузия молекул
растворенного вещества. При химическом явлении в процессе растворения молекулы
растворенного вещества реагируют с молекулами растворителя.
Процесс растворения сопровождается выделением или поглощением теплоты.
Общий тепловой эффект растворения зависит от тепловых эффектов:
а)
разрушения кристаллической решетки (процесс всегда идет с затратой энергии —
Q1);
б)
диффузии растворенного вещества в растворителе (затрата энергии - Q2);
в)
гидратации (выделение теплоты, +Q3, так как гидраты образуются за счет
возникновения непрочной химической связи, что всегда сопровождается выделением
энергии).
Общий
тепловой эффект растворения будет равен сумме названных тепловых эффектов.
Растворами называют
состоящие из двух или нескольких веществ гомогенные системы, состав которых
может изменяться в довольно широких пределах [6]. Растворы сходны как с механическими
смесями частиц, так и с индивидуальными химическими соединениями. От первых они
отличаются тем, что любой макроскопический объем раствора обладает таким же
химическим составом и физическими свойствами, как и вся его масса. От
химических соединений растворы отличаются тем, что их состав может изменяться в
зависимости от количества взятых компонентов, и они не подчиняются закону
кратных отношений. Растворы отличаются от химических соединений также и
природой связи. Если для химических соединений характерны в основном ионная и
ковалентная связи, то для растворов характерны более слабые ван-дер-ваальсовы,
а в некоторых случаях и водородные связи.
В отличие
от простого смешивания при растворении веществ происходит определенное
взаимодействие между частицами, образующими раствор.
По
агрегатному состоянию растворы делят на три группы: 1) растворы газов в газах
(газовые смеси); 2) жидкие растворы; 3) твердые растворы. Процесс растворения
нельзя рассматривать как простое механическое распределение одного вещества в
другом. При растворении имеет место физико-химическое взаимодействие
растворяемого вещества с молекулами растворителя. Процесс растворения часто
сопровождается выделением или поглощением теплоты, а также уменьшением или
увеличением объема раствора..
Когда
учение о растворах выделилось в самостоятельный раздел химии, определились две
точки зрения на природу растворов, две теории растворов — физическая и
химическая.
Основы
физической теории растворов были заложены уже во второй половине XIX в. Сванте
Аррениусом и Вант-Гоффом. Согласно этой теории процесс растворения
рассматривается как чисто физический процесс равномерного распределения частиц
растворяемого вещества по всему объему растворителя, который представляет собой
некую индифферентную среду. При этом допускают, что никакого взаимодействия
между молекулами растворителя и частицам растворенного вещества не существует.
Физическая теория растворов подкреплялась тем, что целый ряд свойств растворов
— повышение температуры кипения, понижение температуры замерзания, давление
пара, осмотическое давление — действительно зависит только от концентрации
растворенного вещества, но не зависит от его природы. Таким образом, растворы,
согласно этой теории, представляются как однородные смеси молекул, в которых
состояние растворенного вещества подобно состоянию газа.
Однако по
мере накопления фактического материала постепенно физическая теория растворов
уступила место так называемой гидратной теории, основоположником которой был Д.
И. Менделеев. Значительный вклад в эту теорию позднее внесли И. А. Каблуков, Н.
С. Курнаков и другие советские ученые.
Д. И.
Менделеев на основании исследований свойств водных растворов серной кислоты,
этилового спирта и других веществ пришел к выводу, что между молекулами
компонентов раствора существует взаимодействие, приводящее к образованию
нестойких соединений частиц растворенного вещества с молекулами растворителя.
Процесс растворения является сложным физико-химическим процессом, в котором
наиболее ярко проявляется взаимодействие между частицами (молекулами или
ионами) различной химической природы.
В растворе
всякая заряженная частица, будь то ион или полярная молекула, окружается сольватной
оболочкой, которая
состоит из ориентированных соответствующим образом молекул растворителя.
Процесс
растворения веществ обусловлен взаимодействием частиц растворенного вещества с
молекулами растворителя. Механизм растворения твердых тел в жидкости состоит в
основном из трех стадий. В качестве примера рассмотрим растворение кристалла
хлорида натрия, который состоит из электростатически связанных ионов натрия и
хлора. Как известно, между ионами Na+ и Сl- имеет место ионная связь, между
молекулами воды действуют силы Ван-дер-Ваальса и водородная связь, а между
ионами натрия и хлора, с одной стороны, и полярными молекулами воды — с другой
стороны, возникает ионно-дипольная связь. Все эти виды связи как бы конкурируют
между собой. При погружении кристалла в воду полярные молекулы Н2О
ориентируются таким образом, что к иону Na+ они обращены своими отрицательными
полюсами, а к иону Сl- —
положительными, т. е. происходит явление гидратации этих ионов.
Образованная
в результате гидратации ионно-дипольная связь оказывается прочнее, чем
межионная связь Na+ —
Сl-. В результате теплового движения происходит полный разрыв этой
связи у ионов, расположенных у поверхности кристалла.
На второй
стадии растворения происходит гидратация тех ионов, которые полностью перешли в
раствор. Третья стадия растворения — это самопроизвольный процесс диффузии.
A2. Электромагнитная теория растворов, основанная
на альтернативных теориях строения вещества.
Прежде, чем разрабатывать теорию
растворения, необходимо определиться, как же устроены растворители и
растворяемые вещества.
2.1. Атом – неделимый.
Ещё в1977 году для описания строения стекла
введено понятие коллективной химической связи [7].
Каждый атом, имея свой электрический заряд, вступает во взаимодействие с
другими, в результате образуется физическое поле с учётом гравитационной
составляющей, что и является структурой твёрдого тела. Структура должна быть
равновесной для каждой температуры. В твердом теле образуется структура с
наименьшей потенциальной энергией.
Электрически нейтральные атомы, собранные
вместе, не смогут обеспечить прочность твёрдого тела, вязкости жидкости, текучести
газа.
Макромоделью такого
представления может быть любой сыпучий материал.
В массивных телах вступает в
силу коллективная химическая связь, под влиянием воздействия силового
электромагнитного гравитационного поля (эфира) происходит деформация атомов для
обеспечения устойчивого состояния с минимальной потенциальной энергией. Каждый
атом теряет электрическую нейтральность и образует прочные межатомные силы
благодаря взаимодействию электромагнитного поля физического объекта и
гравитационного поля. Это положение является универсальным и относится ко всем
агрегатным состояниям: твёрдым телам, жидкостям и газам.
Любое вещество или смеси веществ в
твёрдом, жидком и газообразном состоянии образуют устойчивое электрическое поле
согласно электрических зарядов атомов. В этом физическом поле каждый атом
занимает оптимальное положение с минимальной потенциальной энергией. В
физическом объекте нет внутренних сил, способных хоть на малейшее расстояние
сдвинуть какой-либо атом структуры со своего положения. Такое состояние
физического объекта является результатом коллективной химической связи.
При синтезе физического объекта немедленно
возникает коллективная химическая связь. Коллективная химическая связь во
взаимодействии с гравитационным полем (эфиром) определяет все свойства
физического объекта.
При некоторой температуре в массе вещества
имеется равновесие атомов согласно их заряда. Именно электрические заряды
атомов расставляют их в определённом порядке, чтобы система была электрически
нейтральна, и все атомы в ней имели наименьший потенциал и наибольшую силу
связи. Образуется коллективная химическая связь, о которой уже упоминалось
выше.
Любое тело – равновесная силовая
структура, в которой каждый атом имеет свои индивидуальные силовые характеристики
и как можно лучше организовывает сосуществование с ближними и не совсем
ближними соседями.
Атом – неделимая частица. Электроны атома
движутся по предопределённым орбитам, их ведёт магнитное поле ядра. Атом
априори не может спонтанно передавать свои электроны другим атомам. Основой строения всех физических тел,
элементарных химических веществ и их смесей, является коллективная химическая
связь. Атомы в любой структуре создают физическое поле и располагаются в
соответствии своих электрических зарядов.
В силовом электрическом поле физического
объекта принцип построения структуры – создание конструкции с минимальной
потенциальной энергией. Так устроены элементарные вещества и их смеси. Смеси
могут быть разнообразными: твёрдое тело – твёрдое тело, твёрдое тело – жидкость
(структурная), жидкость – жидкость, жидкость – твёрдое тело, жидкость – газ,
газ – газ, газ – жидкость и так далее. Примерами таких объектов являются горные
породы, сплавы металлов, растворы, морская вода (растворённые газы и соли),
воздух (смесь газов), влажный воздух (газ и вода).
Все тела в любом агрегатном состоянии
имеют строго определённую структуру с минимумом потенциальной энергии.
Физическое поле определяет структуру любого объекта и чутко реагирует на
изменение внешних условий: изменяется потенциальная энергия объекта, а вместе с
ней расположение атомов структуры вплоть до перехода в иное агрегатное
состояние.
В работе [8]
показано, что электроны атома никогда, и ни при каких обстоятельствах, не
покидают своей орбиты. В ином случае атом разрушается и превращается в другое
вещество.
2.2. Теория создания
структуры физических объектов.
Должна быть универсальная физика строения
вещества, которая с единой позиции объясняет строение твёрдого тела, жидкости и
газа [9]. Ни физика, ни химия не знают, как из
нейтральных атомов и молекул образуются твёрдые тела, жидкости и газы.
Проблема теоретического тупика в науке
возникла из-за парадигмы о нейтральности атомов и молекул. Да, так бы и было,
если бы атомы находились в пустоте. Но абсолютно всё мировое пространство
заполняет эфир. Эфир – вселенское неподвижное мощное силовое электромагнитное
поле в нейтральном состоянии, в котором скомпенсированы положительные и
отрицательные заряды, они не проявляют электрических и магнитных свойств. Поле
имеет большую устойчивость, не подвержено никаким деформациям и свободно
пропускает через себя все движущиеся объекты. Эфир представляет безмассовую
структуру, состоящую из электрических зарядов. Нахождение материи в мощном электромагнитном
поле эфира при взаимодействии с ним приводит к изменению свойств атомов. Атомы
никогда не находятся вне поля эфира.
Связующим началом для построения структуры
любого тела является физическое поле эфира. Эфир – вселенское нематериальное
неподвижное нейтральное электромагнитное поле большой мощности, которое служит
матрицей для образования структуры всех материальных физических объектов,
придавая электронейтральным атомам их физические свойства. Эфир представляет
трёхмерную изотропную матрицу, в которой формируются многообразие атомов всех
химических соединений, газов, жидкостей и твёрдых тел, а также их смесей.
Эфир имеет первостепенное значение в
формировании структуры всех физических объектов во всех агрегатных состояниях.
Именно, не химический состав, а структура твёрдых тел, жидкостей и газов
ответственна за комплекс физико-химических свойств каждого объекта природы.
Не эфир встраивается в структуру
вещества, а наоборот, вещество в виде атомов располагается в структурной сетке эфира.
В матрице эфира атомы любого вещества располагаются по принципу минимальной
потенциальной энергии. Вещество в результате взаимодействия со структурой эфира
приобретает присущие ему физические свойства. Эфир – нематериальная субстанция,
состоит из структурной сетки положительных и отрицательных зарядов, не имеет
массы и не сопротивляется движению материи. Структуру и свойства каждого
агрегатного состояния вещества определяет эфир влиянием своего
электромагнитного поля.
Как же устроено всё многообразие
физических объектов во всех трёх агрегатных состояниях? Что же связывает в
единый блок все физические объекты? Таким средством является коллективная
химическая связь. Так как электрон никогда спонтанно не покидает атом, рушатся
все представления о ковалентных, ионных и металлических химических связях,
которые рассматривают оторванную от вещества одну или две молекулы. Молекулы
электронейтральны, но электронейтральные молекулы не способны создать никакого
тела.
В коллективной химической связи все атомы
физического объекта и эфира взаимодействуют друг с другом, создавая физическое
поле, в котором занимают положения с минимальной потенциальной энергией для
всего тела.
Эфир служит матрицей для построения
физических тел: в поле эфира, эфиром и атомами физического объекта образуется
коллективная химическая связь. При взаимодействии зарядов вещества и эфира
образуется нейтральное устойчивое электромагнитное поле, в котором каждый атом
вещества находится в отдельной ячейке эфира. В трёхмерной сетке эфира атомы
располагаются так, что в зависимости от химического состава образуются газы,
жидкости и твёрдые тела во всём их разнообразии.
Таким образом, физическое поле
материальных тел: газа, жидкости и твёрдого тела – результат взаимодействия
тела с эфиром. Атомы в физических объектах не притягиваются между собой и не
отталкиваются, а встраиваются в структурную сетку эфира по принципу
минимального потенциального состояния. В результате формируются свойства
физических объектов – тела приобретают прочность, образуются единственно
возможная структура для данного химического состава.
В зависимости от химического состава
прочность физических объектов разная: в твёрдых телах возникают прочные
химические связи, а в жидкостях и газах очень слабые. Общее свойство жидкостей
и газов в том, что они имеют слабые химические связи, которые очень легко
разрушаются, но немедленно восстанавливаются в матрице эфира, в отличие от
твёрдых тел.
Строго определённое строение имеют не
только химические соединения, но и любые их смеси, например, воздух. В смесях
атомы входящих компонентов составляют структуру в соответствие с зарядами
атомов в электромагнитной матрице эфира. В воздухе огромные расстояния между
составляющих его атомами, общий объём атомов воздуха в единице пространства
составляет всего 0,000073. Пространство, занимаемое молекулами газов, ничтожно
мало, но, несмотря на это, воздух образует однородную смесь газов со стабильным
химическим составом. Атомы воздуха равномерно распределяются в пространстве электромагнитным
полем эфира в соответствие с зарядами. При сжатии или откачке воздуха эфир
остаётся неизменным, в новых условиях образуется другая, но снова равномерная
структура.
Фактически, все физические тела состоят не
из молекул, а из атомов. Отдельную молекул никто никогда не выделил, да её и
выделить невозможно. Причиной построения структуры всех веществ и их смесей
является минимальная потенциальная энергия, она определяет стехиометрический
состав, соответствующий химическим формулам веществ. Но химическая формула – не
молекула. Атомы в структуре физических тел отстоят друг от друга на такие
большие расстояния, что нельзя говорить об их объединении в какую-либо общую
структуру. Атомы в структуре газов, жидкостей и твёрдых тел не объединяются:
каждый атом занимает отдельную ячейку эфира, его положение определяется
электростатическим взаимодействием коллективной химической связи. Атомы любого
физического объекта образуют структуру, связующим звеном которой является
коллективная химическая связь. Любой физический объект – одна большая молекула.
Коллективная химическая связь, в которой
участвуют атомы химического соединения и электромагнитное поле эфира, является
единственной универсальной химической связью во всех агрегатных состояниях
вещества. Все физические объекты построены одинаково: в матрице эфира
располагаются атомы, и не требуется отдельных теорий строения газов, жидкостей
и твёрдых тел. Эфир играет главенствующую роль в формировании структуры
материальных физических объектов.
2.3. Электромагнитная теория растворов,
Каждое физическое тело состоит из атомов, находящихся в структурной
сетке эфира. Твёрдые тела, жидкости и газы, а также их смеси, находятся в
электронейтральном состоянии, имея минимальную потенциальную энергию.
Если физический объект по какой-нибудь
причине вступает в контакт с другим физическим объектом, и один из них может за
счёт другого понизить свою потенциальную энергию, начинается поглощение атомов
этого объекта.
Тело, которое поглощает атомы –
растворитель, которое отдаёт все атомы своей структуры – растворяемое вещество.
Процесс растворения продолжается до тех пор, пока растворитель не приобретёт
минимальную потенциальную энергию или пока не будет полностью поглощено
растворяемое вещество.
Действующая сила процесса растворения –
снижение потенциальной энергии одного вещества за счёт другого. Физика процесса
растворения: атом растворяемого вещества покидает свою ячейку эфира и переходит
в ячейку эфира раствора. Далее перемещается в соседнюю ячейку, а его место
занимает следующий атом растворяемого вещества. При насыщении раствора атомы,
вошедшие в структуру раствора, занимают места в структурной сетке эфира,
образуя раствор с идентичной концентрацией во всём его объёме..
В результате электромагнитного
взаимодействия эфира, атомов растворителя и растворённого вещества
синтезируется новое вещество с воспроизводимыми свойствами при любой
концентрации растворимого вещества. Самая низкая потенциальная энергия
соответствует насыщенному раствору. При избытке растворяемое вещество выпадает
в осадок.
A3. Общие выводы.
1. Электроны атома никогда, и
ни при каких обстоятельствах, не покидают своей орбиты.
2. Атомы любого вещества
располагаются в матрице структурной сетки жфира.
3. В результате
электромагнитного взаимодействия эфира, атомов растворителя и растворённого
вещества синтезируется новое вещество.
4. На базе альтернативных
теорий строения вещества создана электромагнитная теория растворов.
A4. ССЫЛКИ НА ИСТОЧНИКИ
[1] https://konspekta.net/lek-237.html
[2] https://studopedia.ru/10_169508_protsess-rastvoreniya--fiziko-himicheskiy-protsess.html
[3] https://studfile.net/preview/7352431/page:11/
[4] https://studfile.net/preview/2073386/page:27/
[5] https://infopedia.su/9x136f0.html
[6] https://helpiks.org/7-14655.html
[7] А. И. Болутенко. http://ngipoteza.narod.ru/phys3.htm
[8] А. И. Болутенко. http://ngipoteza.narod.ru/phys6.htm
[9] А. И. Болутенко. http://ngipoteza.narod.ru/phys10.htm
1.09.2020