Интересное о воде

Такая разная вода

В природе существует 48 разновидностей воды. Причем один вид воды может быть совершенно не похожим на другой. Каждый вид обладает присущей только ему энергией, от которой зависят принимаемые жидким кристаллом воды форма и свойства. Так например, один вид воды образует воздушный шар, другой - каплю, третий - сосульку, четвертый - снежинку и т.д. В жидком виде, даже при кипении, "микроайсберги" кристаллов сохраняются. При замерзании воды под воздействием этих кристаллов все остальные молекулы кристаллизируются и превращаются в структурированный лед. Структурированную воду видно по форме льда, который она образует.

Вечное движение воды

В самих кристаллах воды, оказывается, существует беспрерывное движение. В тоненьких трубочках, в которых вода не замерзла, устанавливается такая же циркуляция, как в живом организме животных, людей или в стебле растений.

Действуют те же законы, что и при циркуляции крови или растительных соков. Но это свойство исчезает, как только нарушается структура воды. И наоборот, чем длиннее жизнь каждого кристалла, тем более он полезен для организма и тем больше у него родства с жизненными соками человека.

Структура протоплазмы клетки и льда организована подобно. Структура льда идеально подходит к структуре биомолекул. Живые молекулы могут быть вписаны в ледяную решетку при замораживании даже до абсолютного нуля (-273° С) без нарушения их жизненных функций после оттаивания. В организме живые молекулы вложены в ледяную решетку, как в идеально подходящий футляр.

Живые снежинки воды

Генри Коанда изучал кристаллы воды у разных снежинок. Его поразило, что каждая снежинка имеет особый рисунок и обладает собственной неведомой силой в микропространстве, вызывая неодинаковые возмущения в среде. Столкнувшись с явлением "жидкости-усилителя" (что связано с процессом превращения воды в снег), ученый обнаружил в центрах кристаллизации снежинок беспрерывное движение. В тоненьких "трубочках", в которых вода не замерзала, устанавливалась такая же циркуляция, как в организме животных или стебле растений.

 ***

Аномальные физические и химические свойства воды

 

Вода в химии

В периодической системе элементов Д.И. Менделеева кислород образует отдельную подгруппу. Она так и называется: подгруппа кислорода.

 

Входящие в нее кислород, сера, селен и теллур имеют много общего в физических и химических свойствах. Общность свойств прослеживается, как правило, и для однотипных соединений, образованных членами подгруппы. Однако для воды характерно отклонение от правил.
       

Что определяет физические свойства воды?
    

Из самых легких соединений подгруппы кислорода (а ими являются гидриды) вода – легчайшее. Физические характеристики гидридов, как и других типов химических соединений, определяются положением в таблице элементов соответствующей подгруппы. Так, чем легче элемент подгруппы, тем выше летучесть его гидрида. Поэтому в подгруппе кислорода самой высокой должна быть летучесть воды – гидрида кислорода.

Смачиваемость воды

Это же свойство очень явственно проявляется и в способности воды «прилипать» ко многим предметам, то есть смачивать их. При изучении этого явления установили, что все вещества, которые легко смачиваются водой (глина, песок, стекло, бумага и др.), непременно имеют в своем составе атомы кислорода. Для объяснения природы смачивания этот факт оказался ключевым: энергетически неуравновешенные молекулы поверхностного слоя воды получают возможность образовывать дополнительные водородные связи с «посторонними» атомами кислорода. Благодаря поверхностному натяжению и способности к смачиванию, вода может подниматься в узких вертикальных каналах на высоту большую чем та, которая допускается силой тяжести, то есть вода обладает свойством капиллярности.

 

Капиллярность воды

Капиллярность играет важную роль во многих природных процессах, происходящих на Земле. Благодаря этому вода смачивает толщу почвы, лежащую значительно выше зеркала грунтовых вод и доставляет корням растений растворы питательных веществ. Капиллярностью обусловлено движение крови и тканевых жидкостей в живых организмах.

 

В чем вода противоречит химии и таблице Менделеева?

Самыми высокими оказываются у воды как раз те характеристики, которые должны были бы быть самыми низкими: температуры кипения и замерзания, теплоты парообразования и плавления. Об этом - далее...

Температуры кипения и замерзания воды

Температуры кипения и замерзания гидридов элементов кислородной подгруппы графически представлены на рис. 1.7. У самого тяжелого из гидридов H₂Te они отрицательны: выше 0°С это соединение газообразно. По мере перехода к гидридам более легким (H₂Se, H₂S) температуры кипения и замерзания все более снижаются. Сохранись и далее эта закономерность, можно было бы ожидать, что вода должна кипеть при -70°С и замерзать при -90°C. В таком случае в земных условиях она никогда не могла бы существовать ни в твердом, ни в жидком состояниях. Единственно возможным было бы газообразное (парообразное) состояние. Но на графике зависимости температуры неожиданно резкий подъем – температура кипения воды +100°С, замерзания – 0°C. Это наглядное преимущество ассоциативности – широкий температурный интервал существования, возможность осуществить все фазовые состояния в условиях нашей планеты.

Теплота парообразования воды

Ассоциативность воды сказывается и на очень высокой удельной теплоте ее парообразования. Чтобы испарить воду, уже нагретую до 100°С, требуется вшестеро больше количества теплоты, чем для нагрева этой же массы воды на 80°С (от 20 до 100°С). Каждую минуту миллион тонн воды гидросферы испаряется от солнечного нагрева. В результате в атмосферу постоянно поступает колоссальное количество теплоты, эквивалентное тому, которое бы вырабатывали 40 тысяч электростанций мощностью 1 млрд. киловатт каждая. 
           

Температура плавления воды
      

При плавлении льда немало энергии уходит на преодоление ассоциативных связей ледяных кристаллов, хотя и вшестеро меньше, чем при испарении воды. Молекулы Н₂O фактически остаются в той же среде, меняется лишь фазовое состояние воды.
      

Удельная теплота плавления льда более высокая, чем у многих веществ, она эквивалентна расходу количества теплоты при нагреве того же количества воды на 80°С (от 20 до 100°С). При замерзании воды соответствующее количество теплоты поступает в окружающую среду, при таянии льда – поглощается. Поэтому ледяные массы, в отличие от масс парообразной воды, являются своего рода поглотителями тепла в среде с плюсовой температурой. 
            

Использование аномальных свойств воды
      

Аномально высокие значения удельной теплоты парообразования воды и удельной теплоты плавления льда используются человеком в производственной деятельности. Знание природных особенностей этих физических характеристик иногда подсказывает смелые и эффективные технические решения. Так, воду широко применяют в производстве как удобный и доступный охладитель в самых разнообразных технологических процессах. После использования воду можно возвратить в природный водоем и заменить свежей порцией, а можно снова направить на производство, предварительно охладив в специальных устройствах – градирнях.
          

Охлаждение... кипятком!
       

На многих металлургических производствах Донбасса в качестве охладителя используют не холодную воду, а кипяток. Охлаждение идет за счет использования теплоты парообразования – эффективность процесса повышается в несколько раз, к тому же отпадает надобность в сооружении громоздких градирен. Конечно, кипяток-охладитель используют там, где нужно охладить объекты, нагретые выше 100°C. А вот пример совсем из другой области человеческой деятельности – сельского хозяйства, садоводства. Когда поздней весной внезапные ночные заморозки угрожают цветущим плодовым деревьям, опытные садоводы находят выход, кажущийся совершенно неожиданным: они проводят дождевание сада. Пелена мельчайших водных брызг окутывает замерзающие деревья. Капельки воды покрывают лепестки цветов. Превращаясь в лед, вода надевает на цветы ледяную шубу, отдавая при этом им свое тепло (335 Дж от 1 г замерзающей воды).
           

Аномальная теплоемкость воды
          

Широкое применение воды в качестве охладителя объясняется не только и не столько ее доступностью и дешевизной. Настоящую причину нужно тоже искать в ее физических особенностях. Оказывается, вода обладает еще одной замечательной способностью – высокой теплоемкостью. Поглощая огромное количество теплоты, сама вода существенно не нагревается. Удельная теплоемкость воды в пять раз выше, чем у песка, и почти в десять раз выше, чем у железа.

 

Способность воды накапливать большие запасы тепловой энергии позволяет сглаживать резкие температурные колебания на земной поверхности в различные времена года и в разное время суток. Благодаря этому вода является основным регулятором теплового режима нашей планеты.

 

Вода и температура живых существ

Интересно, что теплоемкость воды аномальна не только по своему значению. Удельная теплоемкость разная при различных температурах, причем характер температурного изменения удельной теплоемкости своеобразен: она снижается по мере увеличения температуры в интервале от 0 до 37°С, а при дальнейшем увеличении температуры – возрастает. Минимальное значение удельной теплоемкости воды обнаружено при температуре 36,79°С, а ведь это нормальная температура человеческого тела! Нормальная температура почти всех теплокровных живых организмов также находится вблизи этой точки.

 

 

Оказалось, что при этой температуре осуществляются и микрофазовые превращения в системе «жидкость – кристалл», то есть «вода – лед». Установлено, что при изменении температуры от 0 до 100°С вода последовательно проходит пять таких превращений. Назвали их микрофазовыми, так как протяженность кристаллов микроскопична, не более 0,2...0,3 нм. Температурные границы переходов – 0, 15, 30, 45, 60 и 100°С.

 

 

Температурная область жизни теплокровных животных находится в границах третьей фазы (30...45°С). Другие виды организмов приспособились к иным температурным интервалам. Например, рыбы, насекомые, почвенные бактерии размножаются при температурах, близких к середине второй фазы (23...25°С), эффективная температура весеннего пробуждения семян приходится на середину первой фазы (5...10°С).

 

Характерно, что явление прохождения удельной теплоемкости воды через минимум при температурном изменении обладает своеобразной симметрией: при отрицательных температурах также обнаружен минимум этой характеристики. Он приходится на – 20°С.

 

Если вода ниже 0°С сохраняет не замерзшее состояние, например, будучи мелкодисперсной, то около -20°С резко увеличивается ее теплоемкость. Это установили американские ученые, исследуя свойство водных эмульсий, образованных капельками воды диаметром около 5 микрон.
Углубленное изучение физического смысла и направлений практического применения данного явления еще ждут своих исследователей. Но уже и теперь ясно, что эти открытия представляют очень интересный и ценный познавательный материал.

***

Вода и аномальное
поверхностное натяжение

 

Среди необычных свойств воды трудно обойти вниманием еще одно – ее исключительно высокоеповерхностное натяжение0,073 Н/м2 (73 дин/см2) при 20°С. Из всех жидкостей более высокое поверхностное натяжение имеет только ртуть. Оно проявляется в том, что вода постоянно стремится стянуть, сократить свою поверхность, хотя она всегда принимает форму емкости, в которой находится в данный момент. Вода лишь кажется бесформенной, растекаясь по любой поверхности. Сила поверхностного натяжения заставляет молекулы ее наружного слоя сцепляться, создавая упругую внешнюю пленку. Свойства пленки также определяются замкнутыми и разомкнутыми водородными связями, ассоциатами различной структуры и разной степени упорядоченности.

Ходить по воде...

Благодаря пленке некоторые предметы, будучи тяжелее воды, не погружаются в воду (например, осторожно положенная плашмя стальная иголка). Многие насекомые (водомерки, ногохвостки и др.) не только передвигаются по поверхности воды, но взлетают с нее и садятся, как на твердую опору. Более того, живые существа приспособились использовать даже внутреннюю сторону водной поверхности. Личинки комаров повисают на ней с помощью несмачиваемых щетинок, а маленькие улитки – прудовики и катушки – ползают по ней в поисках добычи.

 

Как образуется капля воды?

Высокое поверхностное натяжение позволяет воде принимать шарообразную форму при свободном падении или в состоянии невесомости: такая геометрическая форма имеет минимальную для данного объема поверхность.

Меч из воды

Струя химически чистой воды сечением 1 см2 по прочности на разрыв не уступает стали того же сечения. Водную струю как бы цементирует сила поверхностного натяжения. Поведение воды в капиллярах подчиняется и более сложным физическим закономерностям.

Вода в капиллярах

Сент-Дьердьи отмечал, что в узких капиллярах возникают структурно упорядоченные слои воды вблизи твердой поверхности. Структурирование распространяется в глубь жидкой фазы на толщину слоя порядка десятков и сотен молекул (ранее предполагали, что упорядоченность ограничивается лишь мономолекулярным слоем воды, примыкающим к поверхности). Особенности структурирования воды в капиллярных системах позволяют с определенным основанием говорить о капиллярном состоянии воды. В природных условиях это состояние можно наблюдать у так называемой поровой воды. В виде тончайшей пленки она устилает поверхность полостей, пор, трещин пород и минералов земной коры. Развитые межмолекулярные контакты с поверхностью твердых тел, особенности структурной упорядоченности, вероятно, и являются причиной того, что поровая вода замерзает при более низкой температуре, чем обычная – свободная – вода. Исследования показали, что при замерзании связанной воды проявляются не только изменения ее свойств, – иными становятся и свойства тех горных пород, с которыми она непосредственно соприкасается.

Зачем это знать, или как образуются облака?

Детальное изучение поровой воды поможет ответить на многие вопросы, имеющие важное практическое значение, позволит уточнить условия и закономерности формирования подземных вод в толще кристаллических массивов, прогнозировать набухание грунтов на дорожных магистралях, в шахтах, на мелиоративных объектах и т.д. Полученные в лабораториях результаты исследования поро-вой воды могут быть полезными и при постижении тайн атмосферы. Высоко над землей мельчайшие капельки воды способны, подобно тонким слоям капиллярных вод, переохлаждаться на десятки градусов, оставаясь в жидком состоянии.

***

Вода, которую мы не знали...

До некоторых пор казалось, что проще и изученней воды ничего быть не может. Зазубренная всеми формула, температурные метаморфозы от льда до пара, способность растворять некоторые вещества и участвовать в процессе конвекции - вот практически и все. Углубление науки в наномир способно поколебать уверенность в простоте воды. Хотя бы потому, что, как оказывается, у нее есть память и она понимает человеческие эмоции и слова. 

Вода образует структуру

Наука физика в школьном ее понимании учит: вода в основном своем состоянии не образует долгоживущих структур (если только в дело не вмешивается стороннее вещество). То есть, конечно, существует так называемая водородная связь, за счет которой молекулы воды могут соединяться в цепочки, но такие образования живут ничтожно малое время - десять в минус шестнадцатой степени секунд. В теории это означает, что невозможноструктурировать воду - по крайней мере все эти истории с намагниченной водой или водой, которая "помнит" когда-то растворенные в ней вещества, долгое время проходили под грифом "это ненаучно". Однако вот уже несколько лет совершенно серьезные исследователи, вооруженные ультраточными приборами, занимаются тем, что изучают способность воды организовывать те самые долгоживущие структуры. 

Диссертация на тему памяти воды

Первенство - как приятно! - за нами: оказывается, в Институте медико-биологических проблем РАН еще в 2003 году была защищена диссертация на тему памяти воды. Автор - Станислав Зенин, ученый со своей лабораторией, двумя кандидатскими званиями и одним докторским. Его детище - клатраты, устойчивые (со сроком жизни до нескольких часов!) соединения из 912 молекул воды размером от полумикрона до микрона, которые Зенин считает ее основным структурным элементом. Их даже видно - в контрастно-фазовый микроскоп. В дистиллированной воде клатраты практически электронейтральны. Однако Зенин узнал, что их электропроводность можно изменить. Если помешать магнитной мешалкой, связи между элементами клатратов будут разрушены и вода превратится в мертвое, неупорядоченное месиво. Если поместить в воду предельно малое количество другого вещества (хоть одну молекулу) - клатраты начнут "перенимать" его электромагнитные свойства. Наконец, Зенин привлек к работе над диссертацией экстрасенсов и народных целителей - публику в научном мире совершенно неуважаемую - и выяснил, что некоторые представители этого зачастую сомнительного ремесла способны силой своей мысли сильно менять электропроводность воды. Зенин дал определение воды как вещества в информационно-фазовом состоянии, вещества, обладающего структурой, пригодной для хранения данных, биологического накопителя информации. При этом он выделил два типа "памяти" воды - первичную и долговременную. Первичная память воды появляется после однократного воздействия и представляет обратимое изменение ее структуры и отображение на поверхности клатратов нового электромагнитного рисунка. Долговременная память воды - полное преобразование матрицы структурных элементов в клатратах вследствие длительного информационного воздействия. То есть чтобы сформировать определенную структуру воды, необязательно быть экстрасенсом: достаточно в течение определенного времени передавать воде определенную эмоцию. 

Эмото Масару - исследователь памяти воды

Точно к такому же выводу пришел японский ученый Масару Эмото: используя анализатор магнитного резонанса, он обнаружил, что вода действительно образует упорядоченные структуры - кристаллы, что абсолютно идентичных кристаллов не встречается и что эти кристаллы несомненно отражают электромагнитные свойства воды. Микрокристаллы изучают по фотографиям: сначала капельки воды, помещенные в чашки Петри, резко охлаждают в течение двух часов, а затем помещают в специальный прибор - холодильную камеру, совмещенную с микроскопом и фотоаппаратом. Где при температуре минус пять градусов рассматривают получившиеся кристаллы и снимают наиболее характерные. При этом изучаются образцы из различных водных источников мира, а также вода, подвергнутая различным видам воздействия (музыка, изображение, излучение телевизора, мысли одного человека и группы людей, молитвы, напечатанные и произнесенные слова на нескольких языках). Доктор Эмото обнаружил, что имеется существенная разница между кристаллами воды, послушавшей "Пастораль" Бетховена и песню в стиле "хэви-метал", между образцами, которым говорили "спасибо!" и "меня от тебя тошнит", а слова "ангел" и "дьявол" образуют структуры, одновременно похожие и совершенно противоположные. 

Как можно использовать память воды?

Безусловно, и доктора Эмото можно причислить к фантазерам, которые используют сложную технику не по назначению: японский ученый считает, что в основе всего сущего лежит единая вибрационная частота, волна резонанса (в его терминологии - ХАДО), и эта волна способна переносить эмоции людей на все окружающие их предметы. Поэтому, считает Эмото, надо благодарить еду, которую ешь, пресекать отрицательные эмоции и чаще молиться. Такие выводы способны лишь насмешить серьезную научную общественность. Но соотечественники ученого демонстрируют утилитарный интерес к его работе: одни разработчики ищут способы преобразовывать процессы, происходящие в воде под воздействием электромагнитного излучения человеческого мозга, в понятные компьютеру сигналы. То есть подумывают об ЭВМ, которой можно управлять силой мысли. Другие хотят научить воду хранить двоичный код. Третьи - интересуются, можно ли менять физико-химические параметры воды для специальных целей (например, делать ее более вязкой, чтобы с меньшими энергозатратами охлаждать атомные реакторы). 

Такое положение вещей может однажды привести к тому, что как раз в тот момент, когда теоретическая наука перестанет сомневаться в праве воды на память, практики из стана высоких технологий созреют до прототипов "водяных" компьютеров на телепатическом управлении. А потом дело дойдет и до серийного производства.