Статья
Технология преподавания: квантовый газ по Эйнштейну как инструмент познания свойств воды
Обнаружена связь резкого повышения изохорной теплоемкости в области околокритических температур с квантовым состоянием частиц воды, которое характеризуется как идеальный одноатомный квантовый газ по Эйнштейну. В окрестностях критической температуры в обратимом переходе «квантовый газ-конденсат» участвуют тяжелые частицы (атомы кислорода и надмолекулярные соединения воды), а в переохлажденной жидкости - легкие частицы (водород). В рамках формализма модели структурных единиц жидкости и теории перколяции получены соотношения, учитывающие обнаруженные явления и позволяющие с высокой точностью оценить составляющие изохорной и изобарной теплоемкости и другие термодинамические свойства жидкого состояния воды во всем интервале температур от нуля до критической. Обнаруженные явления могут быть использованы при решении ряда научных проблем и в учебном процессе.
1. Эйнштейн А. Квантовая теория одноатомного идеального газа // Собрание научных трудов. Т. 3. М., 1966. С. 481-488.
2. Эйнштейн А. Квантовая теория одноатомного идеального газа. Второе сообщение // Собрание научных трудов. Т. 3. М., 1966. С. 489-502.
3. Эйзенберг Д., Кауцман В. Структура и свойства воды. Л., 1975.
4. Sceats M. G., Rice S. A. A random network model calculation of free energy of liquid water // J. Chem. Phys. 1980. Vol. 72. ¹ 111. P. 6183-6191.
5. Путинцев Н. М. Физические свойства вещества (лед, вода, пар). Мурманск, 1995.
6. Путинцев Д. Н., Путинцев Н. М. Теплоемкость и тепловое расширение воды // Вестник МГТУ. 2003. Т. 6. ¹ 1. С. 155-158.
7. Саргаева Н. П., Саргаев П. М. Кластеры - суть структуры жидкого состояния воды // Известия РГПУ им. А. И. Герцена: Научный журнал: Естественные и точные науки. 2007. Т. 7(26). С. 112-126.
8. Саргаева Н. П., Наймушин А. Б., Саргаев П. М. Синергетика структурных единиц и термодинамические свойства D2O жидкости // Известия РГПУ им. А. И. Герцена: Научный журнал: Естественные и точные науки. 2008. Т. 9(48). C. 44-60.
9. Саргаева Н. П., Саргаев П. М. Особенности движения молекул и комплексообразование в водных растворах // Всерос. симпозиум «Эффекты среды и процессы комплексообразования в растворах»: Тез. докл. Красноярск, 2006. С. 192-193.
10. Саргаева Н. П., Саргаев П. М. Компонента инфинитных движений молекул в теплоемкости внутренней среды // Актуальные проблемы ветеринарной медицины: Сб. научн. трудов ¹ 138. СПб., 2006. С. 74-75.
11. Саргаева Н. П., Саргаев П. М. Сверхмолекулярные соединения в кинетических свойствах внутренней среды организма // Актуальные проблемы ветеринарной медицины: Сб. научн. трудов ¹ 134. СПб., 2002. С. 99-101.
12. Саргаева Н. П., Саргаев П. М. Кластеры воды как доминанта структуры внутренней среды организма // Актуальные проблемы ветеринарной медицины: Сб. научн. трудов ¹ 136. СПб., 2004. С. 109-111.
13. Саргаева Н. П., Саргаев П. М. Непрерывное и дискретное в структуре внутренней среды организма // Материалы Научной международной конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов СПбГАВМ. СПб., 2005. С. 80-81.
14. Саргаева Н. П., Саргаев П. М. Координационно-угловое распределение молекул воды в растворах // Всероссийский симпозиум «Эффекты среды и процессы комплексообразования в растворах»: Тезисы докл. Красноярск, 2006. С. 193-194.
15. Саргаева Н. П., Саргаев П. М. Тепловое расширение и финитные движения молекул внутренней среды // Актуальные проблемы ветеринарной медицины: Сб. научн. трудов ¹ 138. СПб., 2006. С. 72-73.
16. Саргаева Н. П., Саргаев П. М. Структура внутренней среды организма в экстремальных условиях // Материалы Международной научной конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов СПбГАВМ. СПб., 2006. С. 97-98.
17. Саргаева Н. П., Наймушин А. Б., Саргаев П. М. Особенности коммуникаций тяжелой воды во внутренней среде организма // Международный вестник ветеринарии. 2006. ¹ 2. С. 43-46.
18. Саргаева Н. П., Наймушин А. Б., Саргаев П. М. Строение и теплоемкость тяжелой воды во внутренней среде организма // Международный вестник ветеринарии. 2006. ¹ 3-4. С. 55-58.
19. Саргаева Н. П., Наймушин А. Б., Саргаев П. М. Моделирование особенностей структуры тяжелой воды во внутренней среде организма // Международный вестник ветеринарии. 2006. ¹ 3-4. С. 59-62.
20. Саргаева Н. П., Наймушин А. Б., Саргаев П. М. Влияние тяжелой воды на теплоемкость внутренней среды организма // Материалы Международной научной конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов СПГАВМ. СПб., 2007. С. 74-75.
21. Саргаева Н. П., Наймушин А. Б., Саргаев П. М. Угловое распределение молекул тяжелой воды во внутренней среде организма // Материалы Международной научной конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов СПГАВМ. СПб., 2007. С. 75-77.
22. Саргаева Н. П., Наймушин А. Б., Саргаев П. М. Моделирование конфигурационных особенностей тяжелой воды во внутренней среде организма // Международный вестник ветеринарии. 2007. ¹ 1. С. 80-46.83.
23. Саргаева Н. П., Наймушин А. Б., Саргаев П. М. Компоненты конфигурационной теплоемкости тяжелой воды во внутренней среде // Актуальные проблемы ветеринарной медицины: Сб. научных трудов СПГАВМ ¹ 139. СПб., 2007. С. 76-78.
24. Sargaeva N. P., Naymushin A. B., Puchkov L. V., Sargaev P. M. Liquid heavy water structure and heat capacity // 16 International Conference on Chemical Thermodynamics in RUSSIA (RCCT 2007) and 10 International Conference on The Problems of Solvation and Complex Formation in Solutions. Abstracts. Vol. 1. Suzdal, July 1-6, 2007. P. 119-120.
25. Sargaeva N. P., Naymushin A. B., Puchkov L. V., Sargaev P. M. Vector component in the structure of heavy water // 16 International Conference on Chemical Thermodynamics in RUSSIA (RCCT 2007) and 10 International Conference on The Problems of Solvation and Complex Formation in Solutions. Abstracts. Vol. 1. Suzdal, July 1-6, 2007. P. 120.
26. Sargaeva N. P., Naymushin A. B., Puchkov L. V., Sargaev P. M. The nature of heat capacity distinction of liquid D2O and H2O // 16 International Conference on Chemical Thermodynamics in RUSSIA (RCCT 2007) and 10 International Conference on The Problems of Solvation and Complex Formation in Solutions. Abstracts. Vol. 1. Suzdal, July 1-6, 2007. P. 121
27. Саргаева Н. П., Наймушин А. Б., Саргаев П. М. Катионы тяжелой воды во внутренней среде организма // Международный вестник ветеринарии. 2007. ¹ 3. С. 47-50.
28. Саргаева Н. П., Наймушин А. Б., Барышев А. Н., Саргаев П. М. Критерии взаимодействия акустических полей с компонентами внутренней среды // Материалы юбилейной Международной научной конференции, посвященной 200-летию высшего ветеринарного образования в России и 200-летию СПбГАВМ. СПб., 2008. С. 81-82.
29. Broadbent S. B., Hammersley J. M. Percolation processes. I. Crystals and mazes // Pros. Cambridge Phil. Soc. 1957. V. 53. Part 3. P. 629-641.
30. Займан Дж. М. Модели беспорядка. М., 1982.
31. Смирнова Н. А. Методы статистической термодинамики в физической химии. M., 1982.
32. NIST Standard Reference Database Number 69, June 2005 Release.
33. Murphy D. M., Koop T. Review of the vapour pressures of ice and supercooled water for atmospheric applications // Q. J. R. Meteorol. Soc. 2005. V. 131. P. 1539-1565.
34. Chaplin M. Water Structure and Science. 2008. http://www.lsbu.ac.uk/water/data.html.
35. Kiselev S. B., Ely J. F. Parametric crossover model and physical limit of stability in supercooled water // J. Chem. Phys. 2002. V. 116. P. 5657-5665.
36. Johari G. P., Hallbrucker A., Mayer E. Two calorimetrically distinct states of liquid water below 150 Kelvin // Science. 1996. Vol. 273. P. 90-92.
37. Mishima O., Stanley H. E. The relationship between liquid, supercooled and glassy water // Nature. 1998. Vol. 396, 26 November. P. 329-335.
38. Stanley H. E., Barbosa M. C., Mossa S., Netz P. A., Sciortino F., Starr F. W., Yamada M. Statistical physics and liquid water at negative pressures // Physica. 2002. Vol. A 315. P. 281-289.
39. Finney J. L., Bowron D. T., Soper A. K., Loerting T., Mayer E., Hallbrucker A. Structure of a New Dense Amorphous Ice // Phys. Review Letters. 2002. VOL. 89, ¹ 20. 20553. P. 1-4.
40. Debenedetti P. B., Stanley H. E. Supercooled and glassy water // Physics Today. June 2003. P. 40-46.
41. Dougherty R. C. The PVT surface of water: critical phenomena near 0.195 GPa, 182 K // Chem. Phys. 298 (2004) 307-315.
42. Kanno H., Miyata K. The location of the second critical point of water // Chem. Phys. Lett. 422 (2006) 507-512.
43. Brovchenko I., Geiger A., Oleinikova A. Liquid-liquid phase transitions in supercooled water studied by computer simulations of various water models. 2005. cond-mat/0503584.
44. Brovchenko I., Oleinikova A. Liquid-liquid phase transition of water in hydrophobic and hydrophilic pores. 2006. cond-mat/0606207.
45. Карапетьянц М. Х. Химическая термодинамика. М., 1975.
46. Anbar M., Lewitus Z. Rate of Body-Water Distribution studied with Triple Labelled Water // Nature. 1958. V. 181. P. 344.
47. Coppen A. J., Gibbons J. L. Saliva-Serum Ratios of Tritium after the Administration of Tritiated Water // Nature. 1960. V. 186. ¹ 4726. P. 724-725.
48. Katz, J. J., Crespi H. Y. L., Czajka D. M., Finkel A. J. Course of deuteriation and some physiological effects of deuterium in mice // Am. J. Physiol. 1962. V. 203(5). P. 907-913.
49. Uemura T., Moritake K., Akiyama Y., Kimura Y., Shingu T., Yamasaki T. Experimental validation of deuterium oxide - mediated antitumoral activity as it relates to apoptosis in murine malignant astrocytoma cells // J. Neurosurg. 2002. Vol. 96. P. 900-908.
50. Hatta J., Hatta T., Moritake K., Otani H. Heavy water inhibiting the expression of transforming growth factor-1 and the development of kaolin-induced hydrocephalus in mice // J. Neurosurg. 2006. Vol. 104. P. 251-258.