СОДЕРЖАНИЕ
стр.
ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ.......................6
АННОТАЦИЯ..............................................!.........7
КРАТКОЕ ПРЕДИСЛОВИЕ.......................л.....................10
КОНЦЕПЦИИ. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ. АКТУАЛЬНОСТЬ............13
ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ......................................16
НАУЧНАЯ НОВИЗНА РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ..............................18
ОБОСНОВАННОСТЬ И ДОСТОВЕРНОСТЬ ВЫВОДОВ..........................22
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ И РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ..................24
АПРОБАЦИЯ. ПУБЛИКАЦИИ. ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ .. 27
ВВЕДЕНИЕ........................................................29
РАЗДЕЛ 1. ОСНОВНЫЕ КОНЦЕПЦИИ СИСТЕМАТИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ОБЪЕКТОВ ФИЗИКИ КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ: МВСВ,
ПРОЯВЛЕНИЯ МВСВ В ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ..........................31
§ 1.1. Моделирование как метод научного познания............31
§ 1.2. Понятия "Модель" и "Моделирование". Сущность процесса
моделирования..........................................31
§ 1.3. Формы моделирования. Классификация моделей...........35
§ 1.4. Математическое и физическое моделирование............43
§ 1.5. Приближённый характер моделей........................49
§ 1.6. Методы моделирования.................................52
§ 1.7. Задачи и проблемы моделирования......................57
§ 1.8. ЭВМ - универсальные средства моделирования...........60
§ 1.9. Перспективы моделирования объектов физики конденсированного
состояния. Анализ математических методов...............62
РАЗДЕЛ 2. МНОЖЕСТВЕННЫЕ ВЗАИМОСВЯЗИ СВОЙСТВ ВЕЩЕСТВ.............69
§ 2.1. Анализ проблем. Общие концепции......................69
ДОКАЗАТЕЛЬСТВА ДОСТОВЕРНОСТИ МНОЖЕСТВЕННЫХ
ВЗАИМОСВЯЗЕЙ СВОЙСТВ ВЕЩЕСТВ ...................................69
§ 2.2. Логико-математический метод доказательства...........76
2
§ 2.3. Анализ взаимосвязей физических свойств соединений щелочных
металлов и галогенов.................................................81
§ 2.4. Анализ взаимосвязей физических свойств соединений бериллия,
магния, кальция, стронция, бария и галогенов.........................93
§ 2.5. Анализ взаимосвязей физических свойств соединений элементов
II и VI групп периодической системы .................................98
§ 2.6. Анализ взаимосвязей физических свойств соединений бора,
алюминия, галлия, индия, таллия и галогенов ........................101
§ 2.7. Анализ взаимосвязей физических свойств соединений углерода,
кремния, германия, олова, свинца и галогенов ........................101
§ 2.8. Анализ взаимосвязей физических свойств соединений азота,
фосфора, мышьяка, сурьмы, висмута и галогенов.......................105
§ 2.9. Анализ взаимосвязей физических свойств соединений кислорода,
серы, селена, теллура и газогенов ..................................106
§ 2.10. Анализ взаимосвязей физических свойств насыщенных
углеводородов .................................................... 109
§ 2.11. Анализ взаимосвязей физических свойств олефннов..................114
§ 2.12. Аназиз взаимосвязей физических свойств первичных спиртов 120
§ 2.13. Аназиз взаимосвязей физических свойств вторичных и зретичиых
спиртов............................................................124
§ 2.14. Аназиз взаимосвязей физических свойств альдегидов.................128
§ 2.15. Анализ взаимосвязей физических свойств кетонов....................133
§ 2.16. Анализ взаимосвязей физических свойств сложных эфиров.............137
§ 2.17. Аназиз взаимосвязей физических свойств органических кислот 142
§ 2.18. Анализ взаимосвязей физических свойств множеств соединений-аналогов, отн. плотность которых 0,557-0,974, молекулярная масса
50-60.............................................................. 146
§ 2.19. Анализ взаимосвязей физических свойств элементов 1-1И групп
периодической системы Д.И.Менделеева..;.............................149
§ 2.20. Анализ взаимосвязей физических свойств элементов 1-У111 групп
периодической системы Д.И.Менделеева...............................153
§ 2.21. Общий обзорный аназиз исследованных объектов......................169
§ 2.22. Перспективы систематических исследований объектов физики
конденсированного состояния веществ.........................176
. РАЗДЕЛ 3. НОВЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ, КОРРЕЛЯЦИИ ФИЗИЧЕСКИХ
свойств металлов 1-У1П групп, :^едпт.с;;лй
И СОСТАВЛЯЮЩИХ ИХ МНОЖЕСТВ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ..........................182
§ 3.1. Значение н важность научных данных и информации..............182
§ 3.2. Системные базы научных данных................................182
§ 3.3. Новые закономерности, корреляции физических свойств металлов
I группы и составляющих их множеств элементарных частиц......183
§ 3.4. Новые закономерности, корреляции физических свойств металлов
II группы и составляющих их множеств элементарных частиц.....192
§ 3.5. Новые закономерности, корреляции физических свойств металлов
III фуппы и составляющих их множеств элементарных частиц 197
§ 3.6. Новые закономерности, корреляции физических свойств элементов
IV группы и составляющих их множеств элементарных частиц 199
§ 3.7. Новые закономерности, корреляции физических свойств элементов
V группы и составляющих их множеств элементарных частиц......202
§ 3.8. Новые закономерности, корреляции физических свойств элементов
VI группы и составляющих их множеств элементарных частиц.....205
§ 3.9. Новые закономерности, корреляции физических свойств металлов
VIII группы и составляющих их множеств элементарных частиц...207
§ 3.10. Определение величин свойств, расчёт равновесий жидкость -твёрдая фаза сплавов металлов на множестве взаимосвязей со свойствами элементов, элементарных частиц их составляющих.... 218 § 3.11. Проявление, реализация системных взаимосвязей физических свойств элементов, составляющих их элементарных частиц, в сплавах висмут -
свинец - олово...............................................224
§ 3.12. Проявление, реализация системных взаимосвязей физических свойств компонентов, составляющих их элементарных частиц, в сплавах свинец - висмут - олово - кадмий...................................232
4
§ 3.13. Новизна принципов исследования объектов, создания системных
баз данных, прогнозирования, определений свойств.
Области практических применений результатов.................239
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ...................................249
АСПЕКТЫ. ПЕРСПЕКТИВЫ ДАЛЬНЕЙШЕГО РАЗВИ ТИЯ НАПРАВЛЕНИЯ. 250
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ......................................255
РАЗДЕЛ 4. ПРИЛОЖЕНИЯ 1-3
ПРИЛОЖЕНИЕ I. Монография. Волков Л.П.Систсмные взаимосвязи свойств
объектов физической химии. Теоретические и практические применения.
г.Самара. Изд. Парус, 1999 г, 110 с...................................277
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Монография. Волков Л.П. Закономерные и корреляционные
взаимосвязи физико-химических свойств веществ. Теоретические и практические
применения. Самара. Изд. Парус, 2002, 4.1, 150 с......................277
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Брошюра. Волков Л.П. Закономерные и корреляционные
взаимосвязи физико-химических свойств веществ. I группа элементов.
Соединения. г.Самара, Изд. Парус, 2002 г, 30 с........................277
РАЗДЕЛ 5. ПРИЛОЖЕНИЯ 4-9
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Брошюра. Волков Л.Н.Новыс закономерные, корреляционные взаимосвязи физических свойств веществ и множеств элементарных частиц их
составляющпх.И группа элементов. г.Самара, Изд. Парус, 2003 г, 30 с...278
ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Брошюра. Волков Л.П.Новыс закономерные, корреляционные взаимосвязи физических свойств веществ и формирующих их множеств элементарных частиц.Ш группа элементов. Соединения. г.Самара, Изд. Парус, 2003 г,
39 с.................................................................«278
ПРИЛОЖЕНИЕ 6. Брошюра. Волков Л.П.Новыс закономерные, корреляционные взаимосвязи физических свойств веществ и формирующих их множеств элементарных частиц. IV группа элементов. Соединения. г.Самара, Изд. Парус, 2003 г.,
39 с..................................................................278
ПРИЛОЖЕНИЕ 7. Брошюра. Волков Л.П.Воздсйствие определяющих фундаментальных свойств на величину запрещённой зоны полупроводников. г.Самара,
Изд. Парус, 2004 г, 41 с..............................................278
ПРИЛОЖЕНИЕ 8.Брошюра.Волков Л.П.Системные базы данных свойств.
г.Самара, Изд. Парус, 2005 г, 70 стр. 278
ПРИЛОЖЕНИЕ 9.Брошюра.Волков Л.П.Отображение 1ЛВСВ свойствами
рядов натуральных чисел.г. Самара »Поволжское агентство печати,
2006 V., 35 стр. 278
5
ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ
Л(У), В(У), С(У), Б(\/), Б(\/), 0(У), \У(У), \|/(У) - функции взаимосвязей исследуемых свойств.
V - квантор множества (т.е. точное количество) исследуемых сврйств.
(I св|),. I - модуль величины Е-го фундаментального свойства /-го вещества (элемента, соединения, полупроводника).
М/ - относительная атомная масса элемента.
атомный номер, согласно периодической системе элементов. пе1 - число электронов атома элемента в данных условиях. поЛ - число нейтронов атома элемента в данных условиях. прЛ- число протонов атома элемента в данных условиях.
ЧЭЧ - число (общее) элементарных частиц атома, молекулы в данных условиях.
- радиус атома, пм.
£св,/- длина химической связи, пм.
(I СВ| )/у- модуль величиныу-го производного свойства /-го вещества.
||£,|| — атомная матрица фундаментальных свойств элемента.
||^|| - атомная матрица производных свойств элемента.
|И,||х.с. - молекулярная матрица фундаментальных свойств /-го химического соединения, полупроводника.
\\B\U ~ молекулярная матрица производных свойств соединения.
НСИх.сг* молекулярная матрица проявления взаимосвязей фундаментальных и производных свойств соединения, полупроводника.
НБФдНх.с-матрица бругго-формулы химического соединения.
«/, Рь Хь 5ь 41 ~ показатели степени взаимосвязей свойств веществ, полупроводников.
МВСВ - множественные взаимосвязи свойств веществ (элементов, химических соединений, полупроводников).
Кцр-, Кэб — криоскопическая, эбуллиоскопическая константы веществ.
АЕ - ширина запрещённой зоны полупроводника.
АСНИ — автоматизированная система научных исследований.
6
АННОТАЦИЯ
Изложены теоретические, экспериментальные методы поиска, получения, анализа новых закономерностей, корреляций физических свойств (АЫ^р ,ДН^,ДС°, ДНф.п., Тф.п., М, р, а, Ккр, Кэб, С^, 8^, ДЕ, молекулярная
рефакция, парахор, параметры элементарной ячейки решётки, др.) веществ с учётом свойств, строения из собственных элементарных частиц (протонов, нейтронов, электронов, ЧЭЧ-общего числа элементарных частиц) элементов, соединений.
Для систематических исследований объектов физики конденсированное состояния неупорядоченные разрозненные свойства веществ разграничены на:
1. Подмножество упорядоченных взаимосвязанных независимых определяющих фундаментальных свойств.
2. Подмножество упорядоченных взаимосвязанных зависимых производных свойств.
На этой основе впервые в аналитической математической форме описаны множественные взаимосвязи физических свойств веществ (МВСВ): элементов периодической системы, неорганических, органических соединений, полупроводников. Аналогии многих математических методов позволяют результативное применение матричного аппарата и других методов для теоретического анализа и обработки экспериментальных результатов. На основе генезиса атомов элементов, молекул соединений из собственных элементарных частиц, общего числа частиц, на основе разграничения свойств на независимые и зависимые производные, на основе аналогий математических методов разработаны естественные матрицы: матрицы определяющих независимых свойств атомов элементов отдельно; молекул соединений отдельно; матрицы зависимых производных свойств атомов элементов отдельно, молекул соединений отдельно; матрицы химической связи; матрицы структурных,
7
брутто-формул веществ. Генезис элементов, соединений из элементарных частиц ставит в причинно-следственное соответствие матрицы фундамси-„. тальных свойств и матрицы производных свойств веществ. Разработанные расчётные, экспериментальные способы, устройства (5 признаны изобретениями) прогнозируют, определяют свойства веществ: молекулярную массу, радиусы атомов, плотность, длину химической связи, теплоёмкость, поверхностное натяжение, энтропию, энтальпию образования, сгорания, фазовых переходов, температуры фазовых переходов, энергию Гиббса, параметры элементарной ячейки решётки, величины запрещённой зоны полупроводников. Разработанные теоретические и экспериментальные методы поиска, получения, анализа новых закономерностей, разграничения свойств веществ на определяющие независимые и производные зависимые вскрывают новые взаимосвязанные явления в технологических процессах взаимодействия веществ, значительно увеличивают как число веществ, так и число математических методов анализа, обработки, расчёта свойств, взаимодействий, превращений веществ, результативно применимых для решения, исследования многочисленных проблем. Решения разработанных 420 математических моделей расчёта физических свойств веществ на порядок превышают точность известных литературных данных, количественно качественно описывают возможность, предпосылки, основы новых технологических процессов, способов, машин.
Изложены направления применений результатов: расчёты фазовых равновесий для многокомпонентных систем с применением взаимосвязей свойств элементов и формирующих вещества множеств собственных элементарных частиц; расчёт неизвестных величин свойств веществ, полупроводников; контроль, управление технологическими процессами взаимодействия, превращения компонентов; идентификация, классификация, систематизация веществ, свойств.
Результаты работы коренным образом существенно углубляют наши знания о свойствах веществ, полупроводников, взаимодействиях, превраще-
8
ниях веществ, о множестве новых взаимосвязанных явлений, процессов, совершающихся в них, о воздействиях элементарных частиц на проявления ^. МВСВ вследствие генезиса элементов, соединений из элементарных частиц. Коллигативные свойства веществ, множеств элементарных частиц вскрывают новые МВСВ состав-структура-свойства систем, полупроводников. Результаты работы послужат практическим и теоретическим источником для дальнейшего развития исследований веществ, полупроводников, проявлений МВСВ в конденсированном состоянии веществ, применения свойств в различных отраслях науки и техники, для создания мощного искусственного интеллекта ЭВМ по физике, химии, другим дисциплинам.
9
КРАТКОЕ ПРЕДИСЛОВИЕ
Периодическая система элементов Д.И.Мсидслесва, в отличие от систем элементов многих других авторов, наиболее точно, естественно и объективно описывает численными методами, в численной форме причинно-следственные периодические изменения свойств элементов в зависимости от изменения величины атомной массы элементов, порядкового атомного номера. Однако до настоящего времени неизвестны математические описания в аналитической форме количественных и качественных изменений свойств металлов, сплавов, соединении, элементов по группам системы, выражения свойств металлов, соединений, элементов одной группы через свойства другой группы, множественные взаимосвязи свойств металлов, соединений, элементов 1-У1И групп в целом [1-136]. Разработка и формулирование в аналитической математической форме множественных взаимосвязей свойств металлов, элементов 1-УШ групп в целом открывает огромные возможности в научно обоснованном прогнозировании, проектировании, создании новых веществ, соединений, полупроводников, материалов с новыми заранее заданными целевыми свойствами, основанные па анализе системных взаимосвязей свойств элементов с фундаментальными свойствами множеств элементарных частиц, формирующих вещества, сокращая материальные затраты и времени метода проб и ошибок [134-279]. -
Целью исследования является разработка в аналитической форме математического описания взаимосвязей физических свойств элементов 1-УП1 групп, сплавов металлов, неорганических, органических соединений, полупроводников и фундаментальных свойств множеств элементарных частиц, формирующих вещества.
Физика конденсированного состояния веществ, являясь составной частью теоретической основы технологических процессов, не может не применять универсальные методы математического моделирования, анализа для
10
изучения своих объектов: на множестве элементарных частиц исследования взаимосвязей физических свойств элементов периодической системы, метал-лов, неорганических, органических соединений, полупроводников, технологической реакционной способности компонентов системы, технологических взаимодействий и превращений, законов, управляющих ими. Сейчас большое количество экспериментальных данных физики конденсированного состояния систем не может быть правильно понято и объяснено без построения математических моделей, математических методов.анализа изучаемых объектов и соответствующих системных баз данных.Математические модели, методы математического анализа, системные базы данных, сформированные на множестве элементарных частиц веществ, их взаимодействий, позволяют точно, достоверно, быстро, объективно отразить и понять механизм процесса, происходящего в физическом объекте, зависимость одних наблюдаемых переменных величин от нескольких или многих других, подтвердить, доказав существование в процессах изменения физических объектов определённых молекулярных форм, стадий, превращений, строение и свойства веществ, условия и границы существования и т.д. [134-279]..
Для успешного решения современных проблем физики конденсированного состояния веществ необходимо применение ЭВМ, оснащённых автоматизированными системами математического моделирования, методами математического анализа объектов физики, системными базами данных, экспертными программами, сформированными на множестве элементарных частиц, их взаимодействий, превращений,-связей с элементахми.
В работе кратко рассматриваются: математическое моделирование; анализ математических методов; разработка основ системных баз данных в применении к объектам физики конденсированного состояния веществ; к исследованию, определению, прогнозированию величин физических свойств элементов 1-УШ групп, сплавов металлов, соединений, неорганических и органических веществ, учитывая генезис атомов элементов,молекул соедине-
11
ний из элементарных частиц; к изучению строения вещества (идентификация веществ),химической связи, объектов термодинамики; к изучению электро-*.* гальванических систем, технологических превращений, взаимодействий, прочее. Рассмотрены множественные взаимосвязанные изменения совокупностей величин определяющих (независимых фундаментальных) и производных (зависимых) свойств веществ (МВСВ); элементов, неорганических, органических соединений, полупроводников на основе разработанных про -грамм и математического аппарата сложных функций многих переменных для множества множеств веществ-аналогов. Традиционные классические методы исследования объектов физики конденсированного состояния дополнены современными методами математического моделирования. В результате -точность и надёжность определения и прогнозирования величин физических свойств веществ в конденсированном состоянии повышены на порядок.
Для практической реализации исследований разработаны новые способы, устройства [88,108-111,134-279]. Описаны практические применения результатов исследований: новыми способами, устройствами экспериментально определяются независимые и производные свойства веществ, рассчитываются фазовые равновесия в многокомпонентных системах, автоматизированно записываются процессы технологических взаимодействий и превращений, вскрывается механизм взаимодействия веществ, прочее.
На основе генезиса атомов элементов, молекул соединений из элементарных частиц, МВСВ состав-структура-свойства реализовано определение величин свойств простых и сложных веществ. Математические модели И вид 420 систем уравнений, их решений вскрывают, объясняют, описывают количественно и качественно содержание, смысл, значимость явлений, процессов технологических взаимодействий, физические свойства веществ, их количественные соотношения, формы превращений и т.д. движением, взаимодействием чисел, согласно открытым соискателем и объективно действующим законам; Ошибки определений величии свойств множеств известных веществ-
12
аналогов в сравнении с известными литературными данными составляют 1,0-10'5%.
Исследованные в работе объекты физики конденсированного состояния: элементы периодической системы, сплавы металлов, компоненты в рас-*■ творах, неорганические, органические соединения, полупроводники, множественные взаимосвязи свойств веществ, технологические взаимодействия, превращения сложных химических соединений, их физические свойства, выраженные совокупностью фундаментальных свойств элементарных частиц, являются теоретической и практической основой для создания и синтеза новых веществ, полупроводников, материалов, композитов, аппаратуры, технологий и т.д. Поэтому исследования методов поиска, получения, анализа но-вых закономерностей, корреляций физических свойств веществ и формирующих их множеств элементарных частиц имеют огромный практический и теоретический интерес для физики, технологии, металловедения, материаловедения, для многих других смежных специальностей, являются актуальными и очень важными.
КОНЦЕПЦИИ. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ. АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМ
Научно обоснованное создание новых веществ, материалов, сплавов металлов с заранее заданными целевыми свойствами невозможно без знания множественных взаимосвязей между величинами свойств исходных и конечных веществ. Закономерностей, связывающих множество основных (так они сейчас именуются в литературе) физических свойств (молекулярная масса, плотность, температуры фазовых переходов, показатель преломления, теплоёмкость, энтропия, энтальпии образования, сгорания, фазовых переходов, энергия Гиббса и многие другие) элементов, химических соединений и позволяющих свойства одних или неизвестных веществ количественно выра-
13
зить через известные свойства других известных веществ-аналогов, пока пет.
математических систем уравнений, выбора метода их решений, пригодных для исследовательского функционирования экспертных программ, практиче-'' ских применений.
Актуальность проблем состоит также в том, что база информации, при-<■ « годная для принятия правильных решений, состоит из базы данных плюс
смысловые причинно-следственные множественные логико-математические взаимосвязи между элементами базы данных, обнаружить и распознать которые не просто и не очевидно и которые стержень, правильных решений [134-279]. В работе сформулированы актуальные методы поиска, теоретического и практического получения, анализа новых закономерностей, корреляций физических свойств веществ и формирующих вещества множеств элементарных частиц, определена перспектива дальнейшего развития физики конденсированного состояния во взаимосвязи с смежными науками, обобщены результаты исследований, выполненных в соответствии с планами и Программой исследований Академии Наук России по важнейшим фундаментальным проблемам "Разработка научных основ создания новых материалов, веществ, технологии и методов интенсификации существующих процессов".
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
ЦЕЛЬ: На основе генезиса атомов элементов, молекул соединений из элементарных частиц (протонов, нейтронов, электронов, ЧЭЧ - общего числа элементарных частиц) разработка методов поиска, получения, анализа новых закономерностей, корреляций свойств веществ, вскрыть особенности воздействия формирующих соединения элементарных частиц на свойства, взаимодействия, превращения компонентов системы для прогнозирования, получения соединений с заданными свойствами.
16
ЗАДАЧИ
1. На основе анализа свойств, строения, состава множеств веществ-! аналогов из элементарных частиц разработка новых закономерных, корреляционных МВСВ, прогнозирующих, определяющих с большей точностью неизвестные величины свойств через совокупность известных фундаментальных и производных свойств множеств веществ-аналогов.
2. Исследование влияния изменений МВСВ на маршруты технологических процессов, согласно блок-схеме на стр.10, рис.1, Приложения I.
3. Разработка на множестве свойств элементарных частиц веществ (масса частицы; заряд; взаимодействие масса-заряд; магнитные свойства; взаимные превращения частиц; распределение частиц по энергетическим уровням; отношение нейтроны/протоны; ЧЭЧ; элсктроотрицателыюсть по Гордону и Форду) матричных моделей: атомов элементов, молекул соединений, химических связей, обобщённой математической модели вещества, вскрывающей содержание, проявления МВСВ, прочее [273-279].
4. На основе изобретений соискателя разработка устройств, способов исследований МВСВ: матричный состав-структура-внешнис воздействия-получаемые производные свойства [88,108-110,192,193,262-279].
5. Разработка системных баз данных свойств элементов, соединений, основанных на применении свойств элементарных частиц веществ; описание в аналитической математической форме МВСВ, обеспечивающих в многих ас-пестах исследования объектов физики конденсированного состояния [134-279].
6. На основе свойств элементарных частиц веществ применение выявленных МВСВ в исследованиях строения веществ, химических связей, равновесия жидкость - твёрдая фаза сплавов металлов; полупроводников [183,184].
7. На основе упорядочения свойств расширение возможностей, числа методов математического моделирования, математического анализа для повышения точности результатов исследований МВСВ аналогов, изомеров, т.д.
17
НАУЧНАЯ НОВИЗНА РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ
Разработаны методы поиска, получения, анализа новых закономерностей, корреляций физических свойств (АН°бр, АН*, АО°, Тф.п., 3°, Ср, М, р,
л
ДНфП, а, Ккр, Кэб, АЕ, молярная рефракция,' парахор, др) элементов, соединений и формирующих вещества множеств элементарных частиц (протонов, нейтронов, электронов, ЧЭЧ-общего числа элементарных частиц), вскрывающие особенности воздействия элементарных частиц на физические процессы взаимодействий, проявления свойств веществами, МВСВ, описывающие в разных аспектах функциями многих фундаментальных переменных производные свойства элементов, соединений 420 системами (алгебраических; дифференциальных) уравнений, их решениями, реализуемые новыми устройствами, способами (криоскопическими, эбуллиоскопическими, нейтронографическими, поверхностного натяжения, спектральными, ЯМР, РСА), обеспечивающие теоретические и практические применения на более глубоком научном уровне, с учётом свойств элементарных частиц: исследование, определение, прогнозирование, расчёты свойств веществ, взаимодействий, равновесий, фазовых диаграмм состав-структура-коллигативные свойства, идентификация, классификация по числу, составу, строению веществ из ЧЭЧ, управление процессами, АСНИ, обучение, формирование системных баз данных.
2. Множество разрозненных, неупорядоченных свойств разграничено на:
г
2.1. Подмножество упорядоченных фундаментальных определяющих.
2.2. Подмножество упорядоченных взаимосвязанных производных зависимых свойств. К определяющим отнесены фундаментальные свойства: атомные порядковые номера элементов, согласно периодической системе; сумма атомных порядковых номеров атомов, составляющих молекулы; моль-масса в огн. единицах, согласно периодической системе; число нейтронов в атоме, молекуле соединения; число протонов в атоме, молекуле соеди-
нения; соотношение нейтроны/протоны в атоме, молекуле соединения; распределение ЧЭЧ по энергетическим уровням в атомах, молекулах; радиус „...атома, длина химической связи; ЧЭЧ-число элементарных частиц, формирующих атомы, молекулы; некоторые другие. К производным отнесены зависимые свойства: температуры фазовых переходов; энтальпии фазовых переходов; тепловые эффекты взаимодействий веществ; теплоёмкость; характеристические функции; другие [135].
3. На основе гецезиса атомов элементов, молекул соединений из элементарных частиц, ЧЭЧ, формирующих вещества, разработаны естественные матричные модели: атомов элементов, молекул соединений, химических связей, структурных, брутто-формул, представленные, согласно п.2, упорядо- -— ченными совокупностями определяющих, производных свойств; матрицы определяющих свойств отдельно, матрицы производных свойств веществ отдельно, пригодные для систематического определения неизвестных величин свойств, вскрывающие содержание, особенности МВСВ, физику свойств [158-176].
4. ЧЭЧ, вид, распределение элементарных частиц данного вещества формируют единственность (уникум) аналогичной совокупности величин определяющих и производных свойств для каждого элемента, соединения. Варьирование количеством свойств в аналогичной совокупности увеличивает точность, надёжность идентификации вещества, повышает разрешающую способность [171].
5. На множествах ЧЭЧ - числа элементарных частиц - веществ открыты проявления новых закономерных, корреляционных МВСВ в технологических процессах взаимодействий и превращений веществ [137 - 139,169,190].
6. Систематический анализ состава каждого компонента множеств ве-ществ-аналогов^гомологов^изомеров соответственно из числа, вида, распределения элементарных частиц, проявлений МВСВ в технологических процессах превращений, взаимодействий веществ, проявлений МВСВ в множе-
19
ствах веществ-аналогов количественно и качественно вскрывает особенности свойств веществ в причинно-следственной цепи МВСВ состав-структура-свойства, возможность теоретических, практических применений их в данных условиях, см.Приложения 1-7 [170-174, 270-279].
7. На основе принципов п. 2 сформированы системные базы данных о свойствах элементов, соединений, о технологических процессах взаимодействий веществ, о катализаторах и т.д. [134-279].
8. На основе принципов п. 2, матричных моделей атомов элементов, законов матричного анализа описаны в аналитической математической форме проявления МВСВ элементов 1-УШ групп и периодической таблицы в целом в виде систем алгебраических уравнений, их решений, например для сочетаний:
1 производное свойство /-го элемента <= детерминант матрицы фундаментальных свойств /-го элемента;
1 производное свойство / +1 элемента <= детерминант матрицы фунда-
ментальных свойств 1+1 элемента, т.д.
Уравнения объединяют в систему, решают подходящим методом, например, МНК.
2 производных свойства /-го элемента <= детерминант матрицы фунда-
ментальных свойств /-го элемента;
2 производных свойства Я-1-го элемента <= детерминант матрицы фун- •
даментальных свойств /+1 элемента, т.д.
Уравнения объединяют в систему, решают подходящим методом т.д. Аналогично для простых и сложных химических соединений [266-279].
9. На основе защищённых изобретений соискателя разработаны новые
20
методы, устройства для: более точного исследования, прогнозирования, определения величин независимых, производных свойств веществ (моль.массы,
• поверхностного натяжения, теплоёмкости, электропроводности, ширины запрещённой зоны ЛЕ полупроводников; Ккр - криоскопической, Кэб - эбул-
о
лиоскопичсской констант, др.); автоматизированной записи процессов превращения, механизма взаимодействия веществ, практического выявления МВСВ, новых закономерностей, [88, 108-111, 192, 193, 199, 202-219,232, 236, 266-279].
10. Разработана, сформулирована обобщённая логико-математическая схема (модель) вещества, пригодная для исследований элементов, соединений, технологических процессов с учётом фундаментальных свойств элсмен- --тарных частиц веществ, МВСВ. Функционирование модели при посредстве ЭВМ делает чёрный ящик прозрачным, [271-279].
11. Новые закономерности, корреляции МВСВ и формирующих вещества совокупностей элементарных частиц, системные базы данных вскрывают множество взаимосвязанных явлений, имеющих место в технологических процессах [137-139, 144, 171-173, 176,275-279].
11.1. В экзотермических процессах, сопровождающихся выделением энергии, происходит увеличение плотности конечных веществ-продуктов, уменьшение длин химических связей в молекулах продуктов по сравнению с длинами связей в молекулах исходных веществ, увеличение частот колебаний химических связей в молекулах продуктов, перестройка структур молекул исходных веществ под воздействием элементарных частиц, формирующих конечные вещества-продукты, другие явления [137, 138, 176].
11.2. В эндотермических процессах, сопровождающихся поглощением энергии, происходит уменьшение плотности конечных веществ-продуктов, увеличение длин химических связей в молекулах продуктов по сравнению с длинами связей в молекулах исходных веществ, уменьшение частот колебаний химических связей в молекулах продуктов, перестройка структур мо-
21
лекул исходных веществ под воздействием элементарных частиц, формирующих молекулы конечных веществ-продуктов, другие явления [137,139].
11.3. Изменение числа элементарных частиц в веществах-аналогах, -гомологах, -изомерах соответственно приводит к изменению всего спектра свойств в каждом веществе, поскольку число элементарных частиц, вид, род, фундаментальные свойства, распределение частиц формирующих вещество, причинно определяют (обусловливают) состав-структуру-свойства формируемого вещества [144, 171-173,275-279].
ОБОСНОВАННОСТЬ И ДОСТОВЕРНОСТЬ ВЫВОДОВ
РАЗДЕЛ I. Изложены теоретические основы систематического исследования объектов физики конденсированного состояния веществ, проявления физических свойств веществ в виде функций многих переменных от состава, строения из элементарных частиц элементов, соединений. Описаны преимущества математического моделирования, математического анализа МВСВ: неизмеримо большие возможности, эффективность, корректность, экспресс-методология. Сформулированы цели, современные задачи физики конденсированного состояния систем [1-136].
РАЗДЕЛ 2. В аналитической математической форме изложены: множественные взаимосвязанные превращения свойств исходных в свойства конечных веществ в результате взаимодействий веществ; анализ множественных взаимосвязей совокупностей величин определяющих и производных свойств элементов 1-УШ групп периодической системы, соединений. Разграничение свойств на определяющие и производные увеличивает число применяемых математических методов, повышает точность результатов, выявляет особенности исследуемых объектов, неизвестные ранее соотношения между определяющими и производными свойствами веществ, а в базах данных между атрибутами по кортежам. Методы Гаусса, МНК, Чебышева, Монте-Карло, Лежандра, Эрмита, линейной алгебры, дифференциального и ин-
22
тегрального исчисления, матричного анализа, многие другие получили в работе возможность более широкого применения. Системные базы данных физических свойств элементов 1-У1Н групп, неорганических, органических соединении, полупроводников разработаны на множестве элементарных частиц, формирующих вещества, свойства элементов, на основе принципов пе-
4
риодической системы, введённых концепций об упорядоченных определяющих и производных свойствах. 420 систем уравнений, их решения, аналитически описывающие МВСВ, базы данных свойств элементов, соединений представляют собой один из приемлемых прикладных вариантов ядра математического обеспечения ЭВМ по физике конденсированного состояния. Математическое описание в аналитической форме разных сочетаний величин свойств позволяет явно оценить количественно воздействие каждого свойства на поисковое, выраженное данным видом взаимосвязей. Рассчитаны величины известных свойств, ошибки отклонений от литературных значений не больше 1,0.10 %. По разработанным математическим соотношениям рассчитываются неизвестные величины свойств, например, температуры и энтальпии фазовых переходов, теплоёмкость, поверхностное натяжение, плотность, многие другие на множестве взаимосвязей свойств элементарных частиц и свойств элементов 1-УШ групп для полония, нильсбория, многих других элементов, соединений, см. табл. 3.1 [134-136, 179-181). Достоверность подтверждают и графические изображения МВСВ элементов, соединений, полупроводников, свойств многокомпонентных систем в целом со свойствами составляющих компонентов, рис. 2.1-2.6, данные брошюр Приложений 1-7 [262-279].
Обоснованность, достоверность материалов работы и публикаций подтверждают экспериментальные исследования, контрольные проверочные расчёты величин свойств, сравнение результатов с известными литературными
—5
данными. Ошибки не больше 1,0.10 %. Разработанные математические соотношения применимы в экспертных системах ЭВМ для исследования поведения, свойств аналогичных физических сложных систем (см.уравнения 2.1 -2.217; 3.1-3.70; экспертные программы ЭВМ) [134-279].
23
РАЗДЕЛ 3. Изложены конкретные применения теоретических концепций: обобщённая схема-модель исследования множественных взаимосвязей „ ■. физических свойств веществ, многокомпонентных систем; системные базы данных дополняются базами информации (табл.1.1; 2.1; 3.1-3.3; рис. 3.1-3.12; системы уравнений 3.1-3.66 и юс решения).[226-260, 262-279].
РАЗДЕЛ 4 (ПРИЛОЖЕНИЯ 1-2). Изложено научное и практическое применение закономерных и корреляционных МВСВ. Приведены решения систем уравнений методами современной абстрактной алгебры, методом Гаусса, МНК, многими другими. Ошибки приближения к известным литературным данным не больше 1,0*10'5 %. Такая сходимость результатов исследований с известными данными для физических объектов пока наилучшая и подтверждает достоверность результатов исследований.
РАЗДЕЛ 5 (ПРШЮЖЕНИЯ 3-7). Изложено исследование, прогнозирование, определение свойств гетерогенных гальванических систем на множестве взаимосвязей со свойствами элементов и их ЧЭЧ. Новизна объектов исследования и выводов подтверждены авторскими свидетельствами на изобретения, их внедрением в сферу образования.[275-279].
Технологические рекомендации, основные выводы работы подтверждены значительным объёмом теоретического и экспериментального материала диссертации, 149 публикациями соискателя. Обоснованность, достоверность полученных результатов и выводов реальны, не вызывают сомнений.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ И РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ
Универсальность концепций, закономерностей, корреляций, методов поиска, получения, анализа МВСВ определяют, важность, значимость, практическую реализацию результатов в многах областях науки, производства с незначительной модернизацией функций взаимосвязей свойств объектов.
24
Способы, устройства, обеспечение эвм в ислсдованиях физических СВОЙСТВ Х1ШИ -ческих элементов II соединений.
1. Качественный, количественный анализ (спектральный, РСА, металлографический, ЯМР, иейтронофафический, др.), анализ металлов, сплавов двойных, тройных, многокомпонентных: медь-никель; вцсмут-свинец-олово-кадмий, др.; сложных систем органических соединений, растворов, расчёт, контроль фазовых равновесий: бензол-толуол; гексан-пентан; антифризов вода-спнрт, этилен гликоль-вода, др. [158-191].
2. Прогнозирование и определение неизвестных величин определяющих и производных свойств новыми способами, устройствами, защищёнными авторскими свидетельствами на изобретения: моль-массы веществ; поверхностного натяжения; теплоёмкости; расчёты энтропии, атомных радиусов элементов; температур, тепловых эффектов фазовых переходов, ширины запрещённой зоны полупроводников, многих других свойств (см. данные таблиц разделов 2-5, Приложений) [88, 108-111, 144, 192, 193, 202-211, 273-279]. За создание новых способов, устройств соискатель удостоен знака "Изобретатель".
3. Контроль и управление технологическими процессами (опубликованные оперативные профаммы для ЭВМ) [142,144].
4. Системный анализ свойств катализаторов, их носителей [170-173].
5. Новые закономерности, корреляции МВСВ применимы в автоматизированном проектировании новых технологий, производств, машин, аппаратов, анализаторов, системных способов анализа, т.д. для дальнейшего развития процессов по пп. 1-4. [145].
6. Разработанные матршшые модели независимых, производных свойств элементов, соединений являются составной частью прикладных профамм ЭВМ для: 6.1. Прогнозирования, определения величин независимых, производных свойств элементов, их неорганических, органических соединений [180,266].
6.2. Прогнозирования, текущей оценю! состояния сложных систем во времени; идентификации соединений-аналогов, -гомологов, -изомеров, др. [170,171].
25
7. Разработанные системные базы данных, в аналитической математической форме описания МВСВ элементов, соединений, сплавов, растворов с
„ учётом фундаментальных свойств множеств элементарных частиц веществ представляют собой основную часть математического обеспечения экспериментов, пригодную для исследования объектов физики конденсированного состояния в поисках новых свойств веществ, технологий, устройств, машин и т.д. [142, 144,170,217-279].
8. Результаты работы внедрены в учебный процесс в Сам1ТУ, по месту работы соискателя, для: идентификации строения, свойств веществ; определений величин свойств веществ: молекулярной массы, поверхностного натяжения, теплоёмкости, характеристических функций, криоскопических, эбуллиоскопических констант, др.[ 189-279].
9. Закономерности, корреляции множественных взаимосвязей свойств веществ читаются автором в курсе лекций по физической химии студентам Самарского государственного технического университета. Разработанные программы применяются на практических занятиях по физической химии для решения практических учебно-исследовательских задач с применением персональных ЭВМ [170-173,247].
10. Рекомендации по применению новых способов, устройств, закономерностей, корреляций МВСВ распространены по промышленным предприятиям в виде изданий ЦИНТРЬагмнефтемаш г.Москва, информационных печатных изданий Куйбышевского ЦНТИ г.Самара, технических рекомендаций, публикаций в печати [194-197,217,228-245,270-279].
11. В практической реализации формула
Данные + Смысл = Информация
принимает вид:
База данных следственные множествен
ские взаимосвязи между элементами базы данных
Смысловые причинно-
н ые логикО- математиче-
База информации, пригодная для принятия правильных целевых решений, команд
26
- Київ+380960830922