Енергетичний баланс процесів синтезу молекул кисню, водню та води

Філіп Канарія

У інженерної практиці з обслуговування вентиляційних систем виявлено поява надлишкової теплової енергії в циркулюючому повітрі. Аналогічне явище зафіксовано і в системах циркуляції води з пристроями для її активної кавітації. Результати наших досліджень не тільки пояснюють причину цих явищ, але дозволяють робити кількісні розрахунки енергетичних процесів, що генерують додаткову теплову енергію [1].

Атом кисню - Восьмий елемент періодичної таблиці хімічних елементів, розташований в її шостій групі. Структура його ядра показана на рис.1 [1].

Рис. 1. Схема ядра атома кисню: світлі - протони, темні і сірі - нейтрони

На рис.2 представлена схема атома кисню, що випливає зі структури його ядра (рис.1). Він має вісім електронів, найбільш активні ті з них (1, 2), що розташовані на осі симетрії. Шість інших електронів, розташованих в площині перпендикулярній осьової лінії (лінії симетрії), своїм сумарним електричним полем видаляють електрони 1 і 2 від ядра на більшу відстань, формуючи умови для більшої їх активності при взаємодії з електронами сусідніх атомів [1].

Рис. 2. Схема атома кисню

Найменша енергія іонізації електрона атома кисню дорівнює Ei = 13,618 еВ, а енергія зв'язку цього електрона з ядром атома, що відповідає першій енергетичному рівню E1 = 13,752 еВ. Назвемо цей електрон першим. Розрахунок енергетичних показників цього електрона, у тому числі й енергій зв'язку Eb його з ядром атома, за формулами (1) і (2) дає наступні результати (табл.1) [1].        

Eph = Ei-Ei/n2 = Ei-E1/n2;         

(1)             

Eb = E1/n2.         

(2)     

Таблиця 1

Спектр першим електрона атома кисню, еВ        

Значення         

2         

3         

4         

5         

6             

Eph (експ.)         

10,18         

12,09         

12,76         

13,07         

13,24             

Eph (теор.)         

10,16         

12,09         

12,76         

13,07         

13,24             

Eb (теор.)         

3,44         

1,53         

0,86         

0,55         

0,38     

Структура молекули кисню, показано на Рис.3. Вона утворюється шляхом з'єднання різнойменних магнітних полюсів осьових електронів двох атомів кисню [1]. Відомо, що процес синтезу молекул кисню супроводжується виділенням 495кДж/моль енергії або в розрахунку на одну молекулу        

Eb = (495.1000)/(6,02 · 1023.1, 602.10 -19) = 5,13 еВ.         

(3)     

Яким же принципом керується Природа, розподіляючи енергію 5,13 еВ між електронами молекули кисню (мал. 3)? Енергія 5,13 еВ - термічна енергія зв'язку між електронами 1 і 2 'двох атомів кисню (мал. 3). При утворенні молекули кисню вона випромінюється у вигляді фотонів електронами, що вступають у зв'язок. З цього випливає, що вона дорівнює сумі енергій двох фотонів, випромінювання цими електронами. Отже, кожен електрон, що вступає в контакт, випромінює по фотону з енергіями 5,13/2 = 2,565 еВ (ріс.3б). Згідно з табл.1 валентні електрони в цьому випадку займають положення між другим і третім енергетичними рівнями [1].

Рис. 3. Схема розподілу енергій зв'язку між електронами в молекулі кисню

Два атоми кисню з'єднуються в молекулу в стані збудження. Станом порушення вважається такий стан атома, при якому його валентні електрони віддалені від ядер на такі відстані, коли енергія зв'язку між ними зменшується до тисячних часток електрон-вольта. У такому стані атом може втратити електрон і стати іоном. Або, не втрачаючи електрони, він з'єднується валентних електронів з електроном сусіднього атома і починається процес формування молекули кисню. Це - екзотермічний процес, при якому осьові валентні електрони 1 і 2 ', випромінюючи фотони і опускаючись на більш низькі енергетичні рівні, виділяють 2,565