№ | Слайд | Текст |
1 |
 |
S. Pershin, Wave Research Center, Prokhorov General Physics Institute,Russian Academy of Sciences, 38 Vavilov Street, Moscow 119991, Russia pershin@orc.ru Квантовая природа детерминированных температур особых точек воды (-23, -6, 4, 20, 37….0с) и льда (-140, -80, -40 ……0с): орто-пара состояния спин-изомеров н2о как бит информации (1-0) |
2 |
 |
СодержаниеФИЗИКА ЯВЛЕНИЯ: РЕЗОНАНС ЭНЕРГИИ ВРАЩАТЕЛЬНЫХ КВАНТОВ И ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ В ОКРЕСТНОСТИ ОСОБЫХ ТОЧЕК ВОДА КАК НОСИТЕЛЬ ИНФОРМАЦИИ: ПРОСТЕЙШАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ПЕРЕСТРОЙКИ СТРУКТУРЫ ВОДОРОДНЫХ СВЯЗЕЙ- ТЕМПЕРАТУРНАЯ ДЕФОРМАЦИЯ ПОЛОСЫ ОН-колебаний: ЛАЗЕРНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ ПЕРСПЕКТИВА |
3 |
 |
БазисНа основе полученных нами новых экспериментальных данных обосновано, что значения особых точек воды и льда на шкале температур не являются случайными, а имеют квантовую природу. Установлено совпадение энергии вращательных квантов (h?) орто-пара спин-изомеров молекул Н2О с их транcляционной энергией (kT) в окрестности температур экстремумов термодинамических параметров воды и льда. Методом нелинейной четырехфотонной спектроскопии молекулярных движений в объемной воде в тера- и субтерагерцовом (СВЧ) диапазонах обнаружены узкие линии, которые соотнесены с вращательными резонансами орто-пара изомеров молекул Н2О. Рассмотрена аналогия с периодическим законом Менделеева Д.И.: есть дублет орто-пара резонансов – должна быть особая точка; есть особая точка - должен быть дублет орто-пара линий Н2О. |
4 |
 |
Вода как носитель информацииИзвестно, что изменение структуры водородо-связынных комплексов в воде проявляется в изменении оптических спектров. Простейший пример – измерение температуры воды лазером без контакта с ней по деформации ОН-полосы. Перспектива – управление орто-пара конверсией спин-изомеров Н2О. Наблюдаемые спектры орто-пара молекул Н2О в воде и квантово-механический запрет на спонтанную конверсию спин-изомеров, который снимается в неоднородном (градиентном) магнитном поле, дают основание рассматривать переключение орто- (полный магнитный момент J=1) и пара- (J=0) состояний как бит информации 0-1. Принимая во внимание, что в области особых точек значение термодинамического параметра воды достигает экстремума, можно утверждать, что переход системы через экстремум сопровождается специфической перестройкой структурной сетки водородных связей. Например, скорость звука максимальна при температуре 76 0С, а не при температуре максимальной плотности воды (4 0С). Поскольку энергия kT в области особых температур совпадает с энергией вращательных квантов (h?) близко расположенных резонансов орто-пара спин-изомеров молекул Н2О, то следует ожидать, что изменение структуры сетки водородных связей при переходе через экстремум обусловлено конверсией орто-пара состояний молекул Н2О. |
5 |
 |
Першин С.М. Препринт ИКИ РАН № 1976, 1997Бункин А.Ф., Першин С.М. Патент России, № 98 103249, 1998. Pershin S.M. and Bunkin A.F. Opt. Spectrosc. 85(2), 190 (1998). Bunkin A.F., Nurmatov A.A., Pershin S.M., and Vigasin A.A. J. Ram. Spectrosc. 2005, 36, 145-147 S. Pershin, Two Liquid Water, Physics of Wave Phenomena, 2005, v.13(4), p.192-208. А.Ф.Бункин, А.А.Нурматов, С.М.Першин «Когерентная четырехфотонная спектроскопия низкочастотных либраций молекул в жидкости» УФН, 176, 883-889 (2006). S.M.Pershin, Harmonic oscillations of the concentration of H-bond in liquid water, Laser Physics, 2006, v.16(7), p.1-7. S.M.Pershin, Coincidence of Rotational Energy of H2O Ortho-Para Molecules and Translation Energy near Specific Temperatures in Water and Ice, Phys. of Wave Phenomena, 2008, 16(1), 15-25 |
6 |
 |
Точки кипения/расплава гомологов воды~ (-80 0C) Кипение |
7 |
 |
|
8 |
 |
Para-Ortho- Ortho:Para isomer ratio 3:1 in water vapor Shape and Charge Distribution of H2O Molecule. isomer isomer |
9 |
 |
Димер молекул воды |
10 |
 |
~ 0 cm-1Спектроскопия четырехфотонного рассеяния |
11 |
 |
Experimental SetupE laser, t laser Is signal |
12 |
 |
Селективное обогащение воды орто-изомерами в растворе белковA.F. Bunkin, A.A. Nurmatov, S.M. Pershin, Four-photon spectroscopy of ortho/para spin-isomer H2O molecule in liquid water in sub-millimeter range, Laser Phys. Lett. 16, 468, (2006); Пара-орто конверсия формальдегида? |
13 |
 |
Значения особых температурных точек льда и воды случайны ?? Лед Вода -1370 kT -1330 -740 -450 -230 -60 -1230 500 600 760 40 190 360 |
14 |
 |
Совпадение энергии kT и энергии hвращения орто/пара изомеров в области критических температур |
15 |
 |
Область +4 – +40 0СS.M.Pershin, Phys. of Wave Phenomena, 2008, 16(1), 15-25 |
16 |
 |
Орто/пара переходы и Т/0С особых точек Н2ОK / 0C (kT), cm-1 (h?mn), cm-1 Ortho, para переходы Specific points 136/-137 (1) ~96 96,06731 96,2092 96,23129 Amorphous ice 140/-133 (2) ~99 99,0268 99,0952 Glass transition 150/-123 (3) ~105 44.1 - 43.2 62.5 - 61.6 51.5 - 40.4 Ultraviscous water 199/-74 (4) ~139 63.4 - 62.5 61.5 - 60.6 64.2 - 63.3 22.0 – 11.1 51.4 – 42.3 105,590 105,659 104,572 138,991 138,826 139,7 70.7 - 61.6 81.7 - 80.8 71.7 - 60.6 Crystallization of quasi-liquid layer on the ice surface |
17 |
 |
Орто/пара переходы и Т/0С особых точек Н2О226/-47 (5) ~158 157,9191 157,5845 81.8 - 70.7 80.8 - 71.7 249/-24 (6) ~176 176,00571 176,14636 90.9 – 81.8 91.9 – 80.8 277/4 (7) ~194 194,3816 194,32226 101.10– 90.9 100.10– 91.9 maximum density 292/19 (8) ~203 202,68913202,91484 44.1 - 33.0 44.0 - 33.1 Shear viscosity anomaly Singular temperature, homogeneous nucleation changing of self-diffusion and viscosity |
18 |
 |
309/36 (9)~215 212,56009212,58538212,63271214,55447 110.11–101.10 111.11–100.10 101.9– 92.8 102.9– 91.8 minimum of specific heat of capacity 323/50 (10) ~226 227,02306 226,27193 74.3 - 71.6 54.2 - 43.1 minimum of isothermal compressibility 333/60 (11) ~232 230,73777 230,72682 121.12–110.11 120.12–111.11 minimum of shift strength 347/76 (12) ~243 245,34018 245,75524 63.3 - 52.4 43.2 - 30.3 maximum of sound velocity |
19 |
 |
Y.R. Shen, 2001 |
20 |
 |
Другие примеры Аналогия с периодическим законом Менделеева Д.И. : естьдублет орто-пара резонансов – должна быть особая точка; есть особая точка - должен быть дублет орто-пара линий Н2О. вода в почве, глине тяжелая вода лед |
21 |
 |
|
22 |
 |
Н.Маэно «Наука о льде», М.«Мир», 1988гMaeno N, Nishimura H. J. Glaciology, 21(85), 193 (1978) |
23 |
 |
Орто-Н2О в квази-жидком слое льда ( 1Н ЯМР льда с тефлоновымишариками) МГУ, В.И. Квливидзе и др. (Surf. Sci. 44, 60 (1974)) |
24 |
 |
Эволюция СР льда; Хайда и др1972г. хранение 624 часа при -184 0С хранение 71 часа при -179 0С -10 0C/min 0K Быстрое охлаждение |
25 |
 |
Эволюция Ср льда |
26 |
 |
«Свободное» вращение Н2О в воде орто-пара изомеры Н2О в воде !!! Селективность: обогащение орто-изомера; подавление пара-изомера в растворе белка A.F. Bunkin, A.A. Nurmatov, S.M. Pershin, Four-photon spectroscopy of ortho/para spin-isomer H2O molecule in liquid water in sub-millimeter range, Laser Phys. Lett. 16, 468, (2006); |
27 |
 |
Измерение протонной плотности К-воды 15 февраля 2008гна МРТ «Bruker» МГУ |
28 |
 |
Обогащение К-воды Орто-Н2О15.02.08 К-вода от 16.11.07 не облученная Д-вода |
29 |
 |
Тяжелая вода D2OThe two specific temperatures have been used: 133 K/ –140 0C ~92 o см-1 p 96.243 см-1 93.634 см-1 89.672 см-1 87.664 см-1 43.1 – 32.2 43.2 – 32.1 42.2 – 31.3 42.3 – 30.3 maximum of specific heat capacity and glass transition 284 K / 11.2 0C ~198 см-1 199.23 см-1 194.88 см-1 44.0 – 31.3 44.1 – 30.3 maximum of density |
30 |
 |
Выводы (1)Значения температур особых точек Ts воды и льда не случайны, а детерминированы резонансным совпадением величины энергии вращательных квантов дублетов орто-пара переходов h?mn с тепловой энергией kTs h?mn ? kTs Рассмотрена аналогия с периодическим законом Менделеева Д.И. |
31 |
 |
ВОДА КАК НОСИТЕЛЬ ИНФОРМАЦИИ: ПРОСТЕЙШАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ПЕРЕСТРОЙКИСТРУКТУРЫ ВОДОРОДНЫХ СВЯЗЕЙ- ТЕМПЕРАТУРНАЯ ДЕФОРМАЦИЯ ПОЛОСЫ ОН-колебаний: ЛАЗЕРНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ ПЕРСПЕКТИВА |
32 |
 |
Как это проявляется в спектре КРМодель двухкомпонентной воды H.S. Frank and M.W. Evans, J. Chem. Phys. 13, 507 (1945) В 1945 Франк и Эванс предложили модель жидкой воды с присутствием структур типа «айсбергов льда» (“iceberg model”) |
33 |
 |
Канонический вид ОН полосы воды |
34 |
 |
Базовые предпосылки 2-жидкостной моделиСмещение центра ОН полосы КР: A.F. Bunkin, and S.M. Pershin, Phys. of Vibrations 61, 158-164 (1997); S.M. Pershin, and A.F. Bunkin, Opt. Spectrosc. 85, 209-412 (1998); Структура ОН полосы : A.F. Bunkin, N.I. Koroteev et al. CARS of liquid water Г.В. Юхневич, В.В.Волков, ДАН, т.353, 465, (1997) Вращение молекул Н2О в воде: орто/пара A.F. Bunkin, A.A. Nurmatov, S.M. Pershin, Four-photon spectroscopy of ortho/para spin-isomer H2O molecule in liquid water in sub-millimeter range, Laser Phys. Lett. 16, 468, (2006); |
35 |
 |
Структура ОН полосы 3400 см-1 КР в воде:Модуляция огибающей ОН полосы S.M. Pershin, Opt. Spectrosc. 95, 628 (2003); 96, 885(2004); 98, 543-554 (2005). Колебания центра ОН полосы S.M. Pershin, Harmonic Oscillations of the Concentration of H-bonds in Liquid Water, Laser Physics 16, 1184-1190 (2006). Расщепление ОН полосы S.M. Pershin, Two liquids water, J. of Wave Phenomena, 192-198, (2006) |
36 |
 |
Experimental setup~ 4m |
37 |
 |
Hare Dare D.E. and Sorensen C.M. J. Chem. Phys. 1992, 96(1), 13. Pershin&Bunkin, Opt.&Spectr. 1998: ice T = 0?C (a), water ~0.5?C (b), and ~1.5?C (c). Band width ~ 360 cm–1, consists of two partially overlapped lines is observed in the range from 2800 to 4200 cm–1. Band shifts to the high-frequency range vs temperature. |
38 |
 |
С.Першин ДоктДисс. (1998), МГУ А.Бункин, С.Першин, Phys. of Vibrations, (1997) |
39 |
 |
Бункин А.Ф., Першин С.М. Патент России, № 98 103249, 1998А.Бункин, С.Першин, Phys. of Vibrations, (1997) |
40 |
 |
Таким образом, измеряя положение центра ОН полосы лазером, мысчитываем информацию о температуре воды без контакта с ней. Перспектива – считывание структурных форм воды и орто-пара отношения |
41 |
 |
«Свободное» вращение Н2О в воде орто-пара изомеры Н2О в воде !!! Селективность: обогащение орто-изомера; подавление пара-изомера в растворе белка A.F. Bunkin, A.A. Nurmatov, S.M. Pershin, Four-photon spectroscopy of ortho/para spin-isomer H2O molecule in liquid water in sub-millimeter range, Laser Phys. Lett. 16, 468, (2006); |
42 |
 |
Используется в измерении температуры хвоста кометП.Л.Чаповский и др. ЖЭТФ, т.129, 86 (2006) В газе |
43 |
 |
|
44 |
 |
|
45 |
 |
|
46 |
 |
ОН полоса жидкой воды в слабом оптическом полеС. Першин, Phys. of Wave Phenomena, (2006) |
47 |
 |
Расщепление ОН полосыCпектры КР одного импульса: интервал 10 секунд |
48 |
 |
Два ансамбля молекул - две жидкости ?? 10 с между цугами:(а)- 7; (b)- 9 и (c)-10 импульсов Доза облучения увеличивается Состояния перемешиваются ОН свободных молекул |
49 |
 |
Выборка (7 спектров и 8) из 100 спектров КР одиночных импульсов в водеСпектр КР льда (усреднение 32 импульса) ordered? Disordered? |
50 |
 |
Колебания центра ОН полосы«Перегрев» «Переохлаждение» |
51 |
 |
Выводы (2-й части)Вода может рассматриваться как смесь двух жидкостей и свободных молекул Обнаружены колебания гравитационного центра ОН полосы с периодом 35±10 с, отражающие неравновесный процесс взаимной конверсии состояния молекул воды в ансамблях (одной жидкости в другую) Сделано предположение, что структурные ансамбли молекул воды образованы орто- и пара- спин-изомерами и могут рассматриваться как структурные информационные состояния |
52 |
 |
БлагодарностьРабота выполнялась при финансовой поддержке фондами грантов : РФФИ: 05-0-16020, ОФИ: 05-02-08311 Ведущих научных школ: 1553.2003 РАН: «Оптическая спектроскопия и стандарты частоты» |
53 |
 |
Спасибо за внимание |
54 |
 |
Чаповский и дрЖЭТФ, т.129, 86 (2006) Квантовая релаксация |
55 |
 |
Mechanism of nuclear spin initiated para-H2 to ortho-H2 conversion GBuntkowsky,* H.-H. Limbach et al. Phys. Chem. Chem. Phys., 8, 1929 (2006) 3-й спин |
56 |
 |
Температурный сдвиг центра ОН полосыA.F. Bunkin, and S.M. Pershin, Phys. of Vibrations 61, 158-164 (1997); |
57 |
 |
Куриный белок - ЛИЗОЦИМA.B. Kudryavtsev, G. Christopher, C.D. Smith, S.M. Mirov, W.M. Rosenblum, L.J.DeLucas, The effect of ordering of internal water in thaumatin and lysozyme crystals as reveled by Raman method, J. of Cryst. Growth, 219, 102-114 (2000). (40-70) % воды в кристаллах белков; A.B. Kudryavtsev, S.M. Mirov, L.J.DeLucas, С. Nicolete, V.der Woerd, T.L. Bray, and T.T. Basiev, Polarized Raman Spectroscopic Studies of Tetragonal Lysozime Single Crystals, Acta Cryst. D54, 1216 (1998). Вода – структуро-образующий фактор: больше воды – совершеннее структура кристаллов |
58 |
 |
Температурная аномалия гиперзвука в кристалле лизоцимаА. Сванидзе, С.Лушников, S.Kojima, Письма в ЖЭТФ, 84(10), 646, (2006) |
59 |
 |
Температурная аномалия гиперзвука в кристалле лизоцима |
60 |
 |
|
61 |
 |
Comparison of Raman band center & width |
62 |
 |
Lyzosyme crystal growth in PENTA waterin PENTA water in distilled water |
63 |
 |
White hen-egg Lysozyme CrystalsPenta Water Distilled Water |
64 |
 |
Dynamics of Dissolving Calcium Oxalate Monohydrate Crystal in PentaWater 10 mm 6 49 121 min Atomic force microscopy Water flow is 125 ml/min through the flow-cell (V=25 mm3) Dr.Rashkovich, Moscow University, Departments of Physics, November 2002 |
65 |
 |
Crystal growth in PENTA waterKDP crystal grown in PENTA water (left) and in distilled water (right) Dr. A.Dyakov, Moscow State University, 2002 |
66 |
 |
r = 0.4 mmSIMPLEST SURFACE TENSION EXPERIMENT h = ( 2? cos? )/( r? g ) PentaTM Water Unprocessed Water |
«Квантовая природа детерминированных температур особых точек воды (-23, -6, 4, 20, 37….0с) и льда (-140, -80, -40 ……0с): орто-пара состояния спин-изомеров н2о как бит информации (1-0)» |
http://900igr.net/prezentacija/anglijskij-jazyk/kvantovaja-priroda-determinirovannykh-temperatur-osobykh-tochek-vody-23-6-4-20-37.0s-i-lda-140-80-40-0s-orto-para-sostojanija-spin-izomerov-n2o-kak-bit-informatsii-1-0-248875.html