«Загадки воды». (стр. 2 из 3)

Ученые насчитали 40 аномалий, характерных для воды. Они пытаются дать этому объяснение: какие-то кажутся исчерпывающими, некоторые спорными, другие совершенно неудовлетворительными. Вот примеры наиболее известных аномалий воды:

· Первая и, наверное, самая популярная аномалия – аномалия плотности. Во-первых плотность воды наибольшая при +3,98°С, дальнейшее охлаждение, приводящее к переходу ее в лед, сопровождается уменьшением плотности (однако, в обычных жидкостях плотность всегда уменьшается с температурой, так как чем больше температура, тем больше тепловая скорость молекул, тем сильнее они расталкивают друг друга, приводя к большей рыхлости вещества). Конечно и в воде повышение температуры увеличивает тепловую скорость молекул, но это приводит к понижению плотности только при высоких температурах. После того как плотность льда уменьшилась, можно наблюдать, что лед плавает на поверхности воды (хотя плотности других жидких веществ меньше, чем плотность кристалла). Это объясняется тем, что в кристаллах молекулы расположены регулярно, обладают пространственной периодичностью - это свойство кристаллов всех веществ. Но у обычных веществ молекулы в кристаллах, кроме того, плотно упакованы. После плавления кристалла регулярность в расположении молекул исчезает, и это возможно только при более рыхлой упаковке молекул, то есть плавление обычно сопровождается уменьшением плотности вещества. Такого рода уменьшение плотности очень мало: например, при плавлении металлов она уменьшается на 2 - 4%. А плотность воды превышает плотность льда сразу на 10%. То есть скачок плотности при плавлении льда аномален не только по знаку, но и по величине.

· Вот еще пример аномалии воды: необычное температурное поведение ее сжимаемости, то есть степени уменьшения объема при увеличении давления (обычно сжимаемость жидкости растет с температурой: при очень высоких температурах жидкости более рыхлы (имеют меньшую плотность) и их легче сжать). Вода принимает такое нормальное поведение только при высоких температурах. Минимальная сжимаемость воды - при t = 45°.

· Наверное, самая сильная аномалия воды - температурное поведение ее теплоемкости. Величина теплоемкости показывает, сколько нужно затратить тепла, чтобы поднять температуру вещества на один градус. Для подавляющего числа веществ теплоемкость жидкости после плавления кристалла увеличивается незначительно - никак не более 10%. Другое дело - вода. При плавлении льда теплоемкость скачет в два раза! Такого огромного скачка теплоемкости при плавлении не наблюдается ни у одного другого вещества: здесь вода абсолютный рекордсмен. Во льду энергия, подводимая для нагревания, тратится в основном на увеличение тепловой скорости молекул. Скачок теплоемкости после плавления означает, что в воде открываются какие-то новые процессы (и очень энергоемкие), на которые тратится подводимое тепло и которые обусловливают появление избыточной теплоемкости. Такая избыточная теплоемкость и, следовательно, упомянутые энергоемкие процессы существуют во всем диапазоне температур, при которых вода находится в жидком состоянии. Она исчезает только в паре, то есть эта аномалия является свойством именно жидкого состояния воды.

· В последнее время много внимания уделяется изучению свойств переохлажденной воды, то есть остающейся в жидком состоянии ниже точки замерзания 0°С. (Переохладить воду можно либо в тонких капиллярах, либо - еще лучше - в виде эмульсии: маленьких капелек в неполярной среде - "масле"). Появляется вопрос - что же происходит с аномалией плотности при переохлаждении воды? С одной стороны, плотность воды сильно уменьшается по мере переохлаждения (то есть первая аномалия усиливается), но, с другой стороны, она приближается к плотности льда при понижении температуры (то есть вторая аномалия ослабевает).

Все аномалии воды непосредственно связаны с перестройкой ее структуры. Структура любого вещества, то есть закономерности взаимного расположения составляющих его частиц, определяется характером взаимодействий между молекулами. И специфика структуры воды обусловлена особыми свойствами взаимодействий между молекулами воды. При сравнении с родственными с жидкостью веществами видно, что вода резко выпадает из плавной зависимости температур плавления и кипения этих жидкостей: если бы общие закономерности выполнялись и для воды, то она замерзала бы при -100°С и кипела бы при -76°С. Здесь наглядно показано, что между молекулами воды действуют какие-то особые силы, которые отсутствуют в родственных ей гидридах. Эти силы принято называть водородными связями.

Водородные связи между молекулами воды возникают в результате специфического распределения в них электронной плотности. На атомах водорода имеется некоторый положительный заряд, а на атоме кислорода - отрицательный (в целом же молекула воды электрически нейтральна). Хорошей моделью воды в этом отношении является правильный тетраэдр, в центре которого находится атом кислорода, в двух вершинах (соответствующих атомам водорода) расположены положительные точечные заряды (равные примерно 20% от заряда электрона), а в двух других - отрицательные заряды, изображающие распределение электронной плотности на атоме кислорода. В такой модели углы между каждой парой линий, соединяющих центр с вершинами, равны 109,5°. Наиболее выгодным расположением других молекул воды вокруг данной является такое, что против положительного заряда одной расположен отрицательный заряд другой и центры атомов О и Н одной и О другой находятся на одной линии О-Н …О (здесь сплошной линией показана химическая связь внутри одной молекулы, а точками - водородная связь между двумя молекулами). Мы видим, что водородная связь имеет электростатическую природу. У родственных воде гидридов атомы практически нейтральны - таково их химическое свойство, и поэтому водородные связи между их молекулами не образуются. Таким образом, особые свойства воды являются следствием специфического электронного устройства ее молекул.

Существует такое мнение, что у воды есть память, и она способна переносить целительные энергии питать тело виртуальной информацией. Долгое время изучением памяти воды занимался японский исследователь – Масару Эмото - выпускник университета в Иокогаме и доктор наук по проблемам альтернативной медицины в двух томах своей книги «Послания воды». Доктор Эмото провел исследования, в ходе которых он замораживал капельку воды, а потом — при температуре -5 градусов — рассматривал образовавшиеся кристаллы под микроскопом и фотографировал их встроенной в микроскоп фотокамерой. Подвергая воду различным воздействиям, он снова ее замораживал, фотографировал и сравнивал изменения.

Наиболее рельефно эти изменения видны после того, как вода «прослушивает» музыку. Самые красивые кристаллы образуются под воздействием классики. Менее эффектные, но тоже гармоничные дает народная музыка. И уж совсем безобразная «грязь» остается от музыки в стиле «тяжелого металла».