Электрореагентная технология очистки и кондиции водных растворов и коллоидных ассоциатов Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 544.6.076;556.5.01; 577.356 ББК 22.31;24.57; 28.08

ЭЛЕКТРОРЕАГЕНТНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ОЧИСТКИ И КОНДИЦИИ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ И КОЛЛОИДНЫХ АССОЦИАТОВ

А.П. Матвеенко1

Санкт Петербургский государственный университет сервиса и экономики, 192171, Санкт-Петербург, ул. Седова, дом 55/1

Разработана физическая модель строения вещества, которая рассматривает силы инерции покоя и движения, а следовательно затраты работы на перемещение в поле гравитационного притяжения и изменения скорости движения (покоя) как энергию перехода квантовой электродинамики вещества в возбужденное электронно-ядерное состояние путем обмена квантами с фоновым электромагнитным полем. Данная теория позволяет наиболее точно подобрать параметры технологического процесса при электрореагентной обработке водных растворов и взвесей.

Ключевые слова: электрореагентная обработка, квантовая электродинамика, сольвати-рованные электроны, орбитали электрона, функция Шредингера.

Электрореагентная обработка водных растворов и взвесей применяется для обеспечения предъявляемых требований к очищаемой воде при сбросе в канализацию и на биологические очистные сооружения, а также при подпитке системы водооборота. Реактор электро-реагентной установки представляет собой электрохимическую а -ячейку в проточном исполнении с рециркуляцией реакционной смеси, с анодами из нерастворимых карбидов металлов и с катодами из нержавеющего сплава железа Х18Н10Т. [1].

Обрабатываемый водный раствор многократно проходит через межэлек-тродное пространство электродного блока и подвергается термодинамическому воздействию электрического поля переменного и постоянного токов на возбужденных уровнях полисопряжен-ных Н-связанных органо-минеральных смесей и электрохимически генерируемых активных радикалов на основе аквакомплексов ионов переменных металлов.

Применение предлагаемой технологии водоподготовки, реализованной в типоряде установок ЭХО-ПВ производительностью от 0,5 до 400,0 м в час для очистки питьевой воды разрешено гигиеническим заключением № 78.01.03.485.П.006454.11.04, от

18.11.2004 г., выданным ГСЭС РФ (гл. сан. врач по СПб), действительным на

всей территории Российской Федерации до 19.11.2009 г., где подтверждается в частности как надежное снижение (ниже ПДК) концентрации железа, нефтепродуктов, нитритов, нитратов, солей тяжелых металлов, органических и хло-рорганических соединений, а также обеззараживание бактериально загрязненных вод и улучшение органолептических показателей воды.

При создании, развитии и практическом использовании технологии электрореагентной очистки и кондиции водных растворов и взвесей, необходима научно обоснованная методология водоподготовки и водоотведения в процессах техногенной промышленной и агротехнической деятельности человечества.

Электрореагентная технология, связанная с электромагнитными способами переноса свободных электронов через вещество, помещенное между электроактивными катодом и анодом, является техногенной моделью биофизического функционирования живых организмов. Данная аналогия квантовой электродинамики электрохимических и биологических процессов и функций дает основания для объективной возможности продуктивного воздействия на естественную и техногенную деятельность человечества.

Общее построение теории взаимодействия в веществе основано на по-

стулатах, определяющих четыре основных вида электромагнитной (ЭМ) природы материи:

-единство природы волновых ЭМ квантов энергии, массы и волновых свойств электронов с магнитными спинами и моментами движения по орбитам атомов и молекул, массой и волновыми функциями внутренних связей ядер и фундаментальных части, структурированных электродинамикой энергии, аккумулированной в волновой структуре вещества и в квантовом ЭМ взаимодействии с внешней средой;

-квантовую электродинамику электронно-ядерных Єі —я2 —еj и элек-трон-электронных еі—еj ЭМ волн квантового іїУу обмена, определяющего энергию химических и физикохимических связей в виде функций приема и испускания - іїу квантов как внутри атомов и молекул, так и при обмене с внешней средой, что формирует статистические электронные облака вокруг ядер и полисопряженные резонансные связи вокруг группы субмолекул и конденсатов с непредельными межатомными связями;

-осциллирующие трансмолекулярные и надмолекулярные структуры вещества, обобщенные обменнорезонансными переходами электронов по Н-связанным полимолекулярным цепям, а также индуктивно-резонансными междуцепочечными - межплоскостны-ми флуктуациями энергии возбужденных состояний полисопряженных молекулярных и субмолекулярных структур, что предопределяет автоколебательную природу органических и неорганических полимолекулярных ансамблей, в том числе водных ассоциатов живого вещества в биологически активных плазмах, органеллах, клетках, организмах, сообществах, популяциях, биоценозах и в геобиосфере в целом;

-информационную модуляцию комплексов ЭМ взаимодействий и функций вещества, предопределяющую избирательную связь между субмолеку-лярными и надмолекулярными структурами, имеющими родственные и взаи-

модополняющие обменно-резонансные и индуктивно-резонансные полиструк-турные фрагменты (рецепторы - приемники - передатчики - преобразователи), так и сродство в кодах, структурах, энергиях, и в составе элементарных атомных и молекулярных е1—я2—еи ансамблевых суб- и надмолекулекуляр-ных межплоскостных п-п взаимодействий и межмолекулярных через Н-связь п-п-п электронных переходов, - в ансамблевых ассоциатах вещества электромагнитных -^ осцилляторов.

Квантовая электродинамика обмена энергией в виде фотонов ^, где h - постоянная Планка, характеризующая электромагнитное поле Вселенной, V -частота колебаний электромагнитной волны, характеризующей структурную природу вещества, - от энергии внутриядерных связей, до энергии информационного обмена в живой природе геобиосферы, определяет фундаментальные физические законы естествознания. Периодическая система элементов Менделеева является фундаментом научного использования законов Природы, нарушение которых неизбежно ведет к деградации эволюционно сложившихся биоценозов экологической среды обитания и к дегенерации человеческой популяции. Изучение природы живого состояния вещества и организмов позволит определить технологию природопользования и создания оптимальных экосистем для сохранения и развития высших растений, животных, человека и сопутствующих продуктивных гидро-бионтов, простейших, микроорганизмов, - составляющих усовершенствованный в соответствии с законами Природы эволюционно сложившийся биоценоз естественной и техногенной среды обитания.

Водные растворы внутриклеточной протоплазмы полифункциональной смеси электролитов и элементоорганических соединений, а также коллоидные ассоциаты полисопряженных Н-связан-ных органических соединений, являются главными структурными компонентами живого вещества и организмов.

Избыточные сольватированные электроны геобиосферы и свободная энергия возбужденных полисопряженных коллоидных ассоциатов определяется квантовой электродинамикой структуры и функций взаимодействия. Изучение и управление живым состоянием вещества предопределяет необходимость создания животворной водной среды обитания как человека, так и геобиосферы в целом.

ЭМ природа энергии структурирования в веществе основана на волновых и электростатических свойствах электронов е1 ...е^ и в частности на ЭМ взаимодействии электронов на орбиталях ядра в атоме е^—я2 и на орбиталях в молекуле ег—я2—е^.

Квант Ьц ЭМ энергии поглощается и излучается фундаментальными частицами вещества, связями между частицами, резонансными флуктуациями возбужденных состояний, информационной модуляцией ЭМ излучений вещества, что характеризует его локализацию в пространстве и материализацию в эффекте действия как на структурные ансамбли, так и на отдельные фундаментальные частицы и структуры вещества. Например, при электромагнитных взаимодействиях ег- + hv = ена орбиталях в молекуле ег—я2—е^ .

Энергия электрона е по Бору на

орбитали атома по водороду:

1 . 4

1 т е .

Е =----(1)

2 я ' Й

Радиус основной орбитали электрона:

Г

(2)

Обратная подстановка (2) в (1) дает потенциальную энергию е. <-» я\ взаимодействия:

1 1 /ЛЧ

Е = --' — =--’ (3)

2 г 2

что составляет половину энергии Куло-новского взаимодействия единичных точечных зарядов в вакууме.

Известно, что

Е

Ііс ' Я

РИДБЕРГ

КВАНТОВАНИ Я

(4)

где Я - постоянная Ридберга.

Приравнивая (4) к (3) получаем кулоновскую постоянную Ридберга для электрона на ядерной орбитали:

п = р

РИДБЕРГ КУЛОН

2 2 П Є

2 г Не Подставляя в Я,„т,

(5)

2 з. 2

П П

(6) т е

е

И = 2щ , (7)

получаем постоянную Ридберга из постулатов Бора:

. 2 . О2 . тг2

т е 2 71

х —^------------------------------

2 2 г л

2 п Не

ОТТ2 . . 4

е

Еъ

. , (8) /г ' 471 с/г

Анализ правил квантования:

ЬсК М ... (9)

1

і? = ----------------.

/I

о

(10)

Принимаем при п=1

Е„

X

Таким образом при X волновой функции первой основной орбитали электрона равной Х0 , т.е. энергия первого уровня равна кванту:

1 ' ' ' (12)

Е

■ и ■ и -X = -и ■ и

"її "і

излучаемому е0 при переходе на первую основную орбиталь атома:

-/7-и + Є0 = ЄІ = 1 . (13)

Поскольку для высших основных

орбиталей в атомах: Е

КВАНТ

Хі=/ті2, гдеп2= 1;4;9;16. При этом е

(14) излучает Лиг=

1;1;— Ии1 при переходе на 2,3,4 орби-4 9 16

тали.

В соответствии с явлением спиновой природы в электродинамике электрона на орбиталях атома,- одно-

электронная структура атома Н стре-

2

п

п

п

0

о

2

п

г

2

т

е

е

п

мится к спариванию спинов с образованием устойчивого соединения Н 2. При этом энергия Е ей на молекулярной орбитали (МО) изменяется на энергию Иигз

химической связи Н 2 . В соответствии с объективной феноменологической электродинамикой электронов, связанных энергией на орбитталлях атомов, приобретающие магнитный спин движение заряда со спариванием 2е^, набор электронов на основных оболочках в атомах пропорционален:

2 ' и 2 - (2;8;18 ;32 )ё". ; (15)

е ~~ 1ги - е,

(16)

где еф! - набор квантовых (£квант ) и спиновых 5^ и электродинамических (±Ц) состояний электронов на орбиталях.

В общем случае для 2+ > п 2 для ядра не экранированного нижними оболочками электронов

Е„

•(о-я.)

(18)

2

пропорциональна квадрату / заряда ядра.

С учетом (12), (9) и (18)

с Я • г2

¿■„.„т - Л •« - Л --Л-с •——.(19)

' КВАНТ

Из чего:

Я

1

Г

Е„

Я ■

или

X =

Я -I-

(20)

Я' 1г

■(О-я.).

(21)

Подставляем в уравнение (21):

Я,

2■ 2 Є П

Е

КВАНТ ^ , 2

2 г ш П'с'п

2

с ~ і1' — (22)

2 г

и получаем с учетом (3)

= 2-1.£1= 2.1 ^ КВАНТ ^ _ 2 ^ КУЛОН

2 г 2

т.е квантуемость многозарядных ядер

1

также пропорциональна — £^л в ос-

цилляторе

е. ^ я+ .

ЭМ

взаимодействия

При экранировании Z ядра нижними орбиталями е1 вводится функция экранирования

Ч', = (и-1)-Я2 V/“. (24)

Энергия квантования имеет вид:

/7 = Ш • ■ — /7

КВАНТ т /• ^ КУЛ

(25)

При этом энергия квантования в. уменьшается функцией V. экранирования ядра электронами на нижних орби-

талях.

Принимаем V. ■ г = г* - эффективный заряд ядра за минусом его экранирования нижними электронными

оболочками я2' р6 ‘^8 ‘/М = (2;8;18;32 )е.. .

Рассмотрим уравнение Шредин-гера с учетом функции экранирования детерминирующей электростатическое электронно-ядерное взаимодействие в ~ я+, и уменьшающей энергию активации е. + И'0 . = ё0.

Произведём подстановку из уравнения де-Бойля:

}г = X ■ т' ■ V (26)

в коэффициент кинетической составляющей уравнения Шредингера:

е ‘ 1гсЯ с~ • п ‘

Р = — =---------- и Я =-------

■^КУЛ 2 РИДБЕРГ ?

г п 2 г * пс

получим:

ГкИН- -

Н

л2,и I’2

______£____

8^2,и

иг V'

471^

2

(27)

Принимая условие, что определитель Д также имеет зависимость от координаты у -функции экранирования, получаем релятивистскую модель движения электрона:

т К" X- е- \ /«о\

+ —•(Р„ = ^--^кж (2В)

2 471" г 2

При равенстве ф^=фп=у уравне-

ние является физической моделью Бора:

-ТКИН+ ипОТ=ЕПОЛН . (29)

2

п

п

2

п

2

п

2

п

2

п

В тоже время известно противоречие релятивистивой модели Бора в экспериментально установленном эффекте ^т^г=0 (30)

для всей ^вг- электронного облака на не-возбужденых пБ2 орбиталях.

Это противоречие снимается в принятой физической модели резонансной функции электронно-ядерного ег— я2—еj взаимодействия посредством ^Д^ квантового обмена, которое по законам физической электродинамики по правилу правой руки Лоренца - предопределяет движение электрона по орбиталям, по квантовому обмену . Д/гу = е,- -создает вектор движения электронов по радиусу. При этом магнитное поле не совершает работу, создавая электронное облако, как суперпозицию стоячих резонансных волн с квантовой электродинамикой обмена электромагнитного взаимодействия, как внутри атомов и молекул - функция электронного облака, так и межмолекулярная - фху функция субмолекулярного взаимодействия: диполь-дипольное, электромер-ное, индуктомерное, дисперсионное индуктивно-резонансное, обменно-

резонансное.

Таким образом у - функция Шредингера, представленная как функция экранирования ядра суммой ^е^ электронов становится математической моделью статистической теории Гай-зенберга. В итоге статистическое множество угу для атомарной и молекулярной моделей определяется множеством электронов и ядер, которое увеличивается функцией фху межмолекулярного взаимодействия в субмолекулярной структуре вещества.

Данная физическая модель строения вещества снимает противоречия нерелятивистской и релятивисткой механики, имеющей дело только с увеличением суммарной энергии возбужденного состоянии электронов и магнитных моментов частиц при движении

вещества, которое не поддается ЭМ измерениям ввиду равенства Ypÿ = fflz и f ц/ .

В свете данной физической теории строения вещества, силы инерции покоя и движения, а следовательно затрата работы на перемещение в поле гравитационного притяжения и изменения скорости движения (покоя), - следует рассматривать как энергию перехода квантовой электродинамики вещества в возбужденное электронноядерное состояние путем обмена квантами с электромагнитным полем планеты, солнечной системы и вселенной в целом.

В тоже время следует отметить, что нагрев как переход электронноядерной системы и структуры межмо-лекулярного взаимодействия в возбужденное состояние, -является общепринятым теоретическим положением.

ЛИТЕРАТУРА

1. Матвеенко А.П., Пацовский А.П., Чирва В.А., Анисимова О.В. Электрореагентная очистка сточных вод. Инновации №5, 2009. -С.112- 114.

2. Heitler W. Elementary wave mechanica with application to quantum chemistry, 2 ed., Oxt., 1956.

3. Paulinq L. The nature of the chemical bond and the structure of molecules and crystals, 3 ed., Ithaca, (N4), 1960.

4. Козман У. Введение в квантовую химию, пер.с англ., М., 1960.

5. Полинг Л. Теория резонанса в химии, пер. с англ., Ж. Всес. хим. общ., 1962, 7, №4, с. 462; Значание резонанса для природы химической связи и структуры молекул. Успехи химии, 1968, 7, №9, с.1312.

6. Веселов М. Г. Элементарная теория атомов и молекул. 2 изд., м., 1962.

7. Краткая химическая энциклопедия. Гос. хим. изд., «Советская энциклопедия», 1961, т.1, Атом, с.306; Вода, с.606; т.5, Электрон, с.953; Квантовая механика, с.505; Квантовая химия, с.526.

8. Мертимерк К. Теплоты реакций и прочность связей, пер. с англ., М., 1964.

1 Матвенко Александр Петрович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Сервис торгового оборудования и бытовой техники». Тел.: +7 911 1443927, Е-mail: a/[email protected]