Главная » #saveobjective » ВОДА – ПРОСТОР ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

ВОДА – ПРОСТОР ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Что мы знаем о воде из школьной программы? Н2O, вода – хороший растворитель, прозрачна, бесцветна, без запаха, принимает любую форму сосуда, куда её вливают, может замерзать и может испаряться…

Наиболее продвинутые вспомнят, что молекула воды биполярна, что она состоит на 80% из кислорода и на 20% из водорода. Попробуем взглянуть на это вещество с других ракурсов и вникнуть в свойства воды, а так же понять некоторые современные научно-технологические аспекты воды.

Vasyl Hulyi,

собственный корреспондент

журнала «Futurum” (Украина),

специальный корреспондент журнала «Объектив» в Европейском Союзе

Киев-Прага-Ларнака

27.06. 2016

Свойства воды

Начнем со свойств воды. Вода – уникальный растворитель, в ней растворяются разнообразные вещества, поэтому в природной воде много солей. Чем больше солей, тем больше соленость воды, тем она тяжелее. В природной воде содержится огромное количество микро- и макроэлементов, в том числе драгоценные и редкие металлы. Например, в тонне морской воды может содержаться до 1 грамма золота.

БОльшая концентрация солей в воде располагается на дне. Это позволяет организмам в океане жить именно в таких условиях, каких они живут.

Итак, вода, как растворитель – это плюс. Каждая молекула растворяемого вещества окружается молекулами воды, причём положительно заряженные участки молекулы растворяемого вещества притягивают атомы кислорода, а отрицательно заряженные — атомы водорода. Поскольку молекула воды мала по размерам, много молекул воды могут окружить каждую молекулу растворяемого вещества. Это свойство воды используется живыми существами. В живой клетке и в межклеточном пространстве вступают во взаимодействие растворы различных веществ в воде. Вода необходима для жизни всех без исключения одноклеточных и многоклеточных живых существ на Земле.

Но не менее важное позитивное свойство, что в ней растворяется не всё. Например, жиры – нерастворимы. Возможно, это даже более основополагающее свойство, так как только благодаря нерастворению в воде жиров, могут существовать клеточные мембраны и сама жизнь.

Удивительно, но у всех веществ на земле твердая фаза тяжелее жидкой, а у воды лёд – легче. Кроме того, важнейшим свойством воды является то, что она может испаряться не только при кипении, иначе не был бы возможен круговорот воды в природе.

Для всей планеты и для промышленности важным является свойство поглощения тепла: вода относительно медленно нагревается и относительно медленно остывает. Это свойство защищает Землю и всё живое от перегрева.

Характерным свойством является жесткость воды и её щелочной баланс. В мировой практике используется несколько единиц измерения жесткости, все они определенным образом соотносятся друг с другом. В России Госстандартом в качестве единицы жесткости воды установлен моль на кубический метр (моль/м3). На Украине используется как моль/м3, так и мг-экв/л (миллиграмм эквивалент на литр). Численно эти значения совпадают. Кстати, л и дм3 — это одно и тоже, литр и дециметр кубический. Кроме этого в различных странах широко используются такие единицы жесткости, как немецкий градус (do, dH), французский градус (fo), американский градус, ppm CaCO3. Жесткость воды колеблется в широких пределах и существует множество типов классификаций воды по степени ее жесткости. Обычно в маломинерализованных водах преобладает (до 70%-80%) жесткость, обусловленная ионами кальция (хотя в отдельных редких случаях магниевая жесткость может достигать 50-60%). С увеличением степени минерализации воды содержание ионов кальция (Са2+) быстро падает и редко превышает 1 г/л. Содержание же ионов магния (Mg2+) в высокоминерализованных водах может достигать нескольких граммов, а в соленых озерах — десятков граммов на один литр воды.

Водородный показатель (рН) характеризует относительное количество свободных ионов водорода в воде (Н+). Поскольку измеряется Н+, то и пишется рН (если измеряется ОН, то писали бы рОН). Если рН воды меньше 7, то вода считается кислой. Если рН больше 7, то вода считается щелочной.

Электрическая проводимость природной воды зависит в основном от степени минерализации (концентрации растворенных минеральных солей) и температуры – свойство электропроводности. По сравнению с другими жидкостями вода обладает наивысшим показателем электрического сопротивления. В водной среде сила притяжения наэлектризованных частиц друг к другу достаточно слаба, поэтому ионизированные частицы солей прекрасно растворяются в воде, хотя большинство этих солей имеет слабую растворимость в органических жидкостях.

Для изучения свойств воды важен и окислительно-восстановительный потенциал (ОВП).

ии

СПРАВКА Физические свойства воды: Состояние (ст.усл.): жидкость Плотность: 0,9982 г/куб.см Динамическая вязкость (ст.усл.): 0,00101 Па•с (при 20°C) Кинематическая вязкость (ст.усл.): 0,01012 кв.см/с (при 20°C) Термические свойства воды: Температура плавления: 0°C Температура кипения: 99,974°C Тройная точка: 0,01 °C, 611,73 Па Критическая точка: 374°C, 22,064 MПа Молярная теплоёмкость(ст.усл.): 75,37 Дж/(моль•К) Теплопроводность(ст.усл.): 0,56 Вт/(м•K) Агрегатные состояния воды: Твёрдое — лёд. Жидкое — вода. Газообразное — водяной пар.

Значение поверхностного натяжения воды больше, чем у любой другой жидкости. Именно это свойство влияет на процесс образования дождевых капель, а, стало быть, и на круговорот воды в природе. В противном случае пары воды, поднявшись в небо и обратившись в облака, не смогли бы так легко и просто превратиться в капли, чтобы затем пролиться дождем на землю.

Еще одно удивительное свойство воды заключается в следующем. В одной группе с кислородом в периодической системе химических элементов находятся сера (S), селен (Se) и теллурий (Te). Тем не менее, соединения этих элементов с водородом даже близко не напоминают воду. Например, сероводород — H2S — это газ с неприятным запахом тухлых яиц. Да и другие соединения в нормальных условиях находятся в газообразном состоянии. Их молекулы тяжелее молекулы воды: у H2S молекулярный вес — 34, у H2Sе — 81, у H2Те — 130. Вода же обладает молекулярным весом 18, а при этом не газ, а жидкость.

Все эти особенности связаны с наличием водородных связей. Из-за большой разности электроотрицательностей атомов водорода и кислорода электронные облака сильно смещены в сторону кислорода. По причине этого, а также того, что ион водорода не имеет внутренних электронных слоев и обладает малыми размерами, он может проникать в электронную оболочку отрицательно поляризованного атома соседней молекулы. Благодаря этому, каждый атом кислорода притягивается к атомам водорода других молекул и наоборот. Каждая молекула воды может участвовать максимум в четырёх водородных связях: 2 атома водорода — каждый в одной, а атом кислорода — в двух; в таком состоянии молекулы находятся в кристалле льда. При таянии льда часть связей рвётся, что позволяет уложить молекулы воды плотнее; при нагревании воды связи продолжают рваться, и плотность её растёт, но при температуре выше 4°С этот эффект становится слабее, чем тепловое расширение. При испарении рвутся все оставшиеся связи. Разрыв связей требует много энергии, отсюда высокая температура и удельная теплота плавления и кипения и высокая теплоёмкость. Вязкость воды обусловлена тем, что водородные связи мешают молекулам воды двигаться с разными скоростями.

Об уникальных свойствах воды можно узнать из познавательного фильма «Вода. Новое измерение» (https://www.youtube.com/watch?v=kYjO68s9VgM ).

Даже исходя из неполного перечня свойств воды, можно сделать вывод, что это сложнейшее вещество, которое издавна привлекало внимание ученых и над которым основательно поработали в последнее десятилетие в связи с возникшими новыми инструментально-аппаратными возможностями и полученными знаниями.

Куда ведёт вода, или возможные истоки жизни

С развитием нанотехнологий ученым стало интересно поведение воды в углеродных наноструктурах – нанотрубках и фуллеренах.

Ещё в 2001 году ученые из университета штата Мэн (University of Maine, Orono, USA) изготовили нанотрубки и поместили их в дисциллированную воду. Эффект был потрясающим. Вода проникла в, по сути дела, водоотталкивающую углеродную структуру и показала пульсацию при её прохождении: до 30 молекул в потоке за наносекунду. При прохождении нанотрубки молекулы воды образовывали цепочку из пяти молекул, то есть вода перестраивала свою кластерную структуру.

Углеродная нанотрубка

Углеродная нанотрубка

Позднее физик Джордж Рейтер (George Reiter) и его команда показали, что в особых случаях вода может переходить в удивительную форму «квантовой воды». Чтобы разобраться с тем, что это за форма, напомним, что водородная связь образуется между кислородом одной молекулы воды и водородами двух соседних. Электроны, «оттянутые» кислородом у своих атомов водорода, частично притягиваются и водородами соседних молекул. Они могут с некоторой свободой перемещаться между участниками такого взаимодействия. А если найти способ выстроить длинные цепочки связанных водородной связью молекул воды, электроны смогут даже перемещаться по ним на заметные расстояния. Какие же свойства приобретет такая вода? Пытаясь выяснить это, Рейтер с коллегами заполнили водой крохотное полое пространство внутри углеродной нанотрубки и исследовали ее характеристики, бомбардируя интенсивным пучком нейтронов. Параметры отраженных частиц позволили ученым охарактеризовать поведение протонов в молекулах воды внутри нанотрубок. Оказалось, что даже при той же комнатной температуре поведение это разительно отличается от привычного для воды. «Различия так велики, — говорят авторы работы, — что мы вправе говорить о том, что заключенная в нанотрубках вода переходит в качественно иное «квантовое» состояние». Заполненные водой нанотрубки могут служить моделью того, как все обстоит в ряде живых систем — например, в ионных каналах клеточных мембран. Уже давно показано, что поток, проходящий сквозь эти каналы, на несколько порядков больше, чем позволяет теория. Возможно, виной тому именно необычное состояние воды, до сих пор неизвестное. Сжатие воды внутри нанотрубки приводит её к квази-одномерному, суперкритическому состоянию. А при температуре 269С вода приобретает сверхтекучесть.

Гладкая и водоотталкивающая структура углеродных нанотрубок делает фильтр, основанный на такой технологии, очень эффективным, позволяя проходить крупным массам воды без засорений. Важно, что мощность, которая требуется, чтобы пропустить воду через такую систему, будет значительно меньше по сравнению с традиционной мембранной технологией. Самое первое применение, которое приходит на ум, с учетом уникальных химических свойств углеродных нанотрубок (УНТ) и поведения воды в них, — это очистка воды. УНТ позволяют очень маленьким молекулам воды просачиваться сквозь них, в то время как вирусы, бактерии, токсичные ионы металлов и ядовитые органические молекулы не могут делать этого. Может быть поэтому фильтры из природного шунгита, содержащие другую форму углеродной наноструктуры – фуллерен, так активен в очистке воды и имеет хорошие сорбционные способности? Бесспорно одно, что нанотехнологии помогут обеспечить питьевой водой регионы мира, страдающие от засухи, а так же области с заражённой водой, включая промышленные техногенные стоки. Ведь сегодня треть мирового населения живёт в странах с нехваткой воды, а к 2025 году это количество возрастет до двух третей.

По словам директора научно-исследовательского института SRI TP (Cyprus) Франка Смидта (Franc Smidt): «Прикладные исследовательские работы по взаимодействию углеродных наноструктур с окружающими веществами, в том числе с водой, — очень перспективны и могут дать большой экономический эффект. Функционализация таких структур, их активация химическими и механическими методами уже дали новые материалы, новые сферы применения в тяжелой промышленности, в биотехнологиях и медицине. Гидрофуллерены, полученные и исследованные в Украине, модифицированные УНТ, полученные в передовых лабораториях мира, в том числе и в нашей лаборатории, дали десятки новых направлений технологического применения». Неудивительно, что в последние годы появилась масса сообщений и публикаций о прорывных технологиях в этой области. Вот одно из них.

При компьютерном эксперименте американскими учёными под руководством Сяо Чэн Цзэна из Университета штата Небраска (США) было доказано, что ассоциаты молекул воды при сверхнизких отрицательных температурах и сверхвысоких давлениях внутри углеродных нанотрубок могут кристаллизоваться в форме двойной спирали, напоминающую основы жизни – молекулу дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК). ДНК представляет собой двойную цепочку, скрученную в спираль. Каждая нить состоит из «кирпичиков» — из последовательно соединенных нуклеотидов. А вот вторичная структура ДНК образуется за счет взаимодействий нуклеотидов (в большей степени азотистых оснований) между собой, водородных связей. Классический пример вторичной структуры ДНК — двойная спираль ДНК. Двойная спираль ДНК — самая распространенная в природе форма ДНК, состоящая из двух полинуклеотидных цепей ДНК.

sdgfgdfg

Вторичная структура ДНК

Необходимо понимать, что молекулы воды связываются между собой так же посредством водородных связей, расстояние между атомами кислорода и водорода равно 96 пм, а между двумя водородами — 150 пм. В структуре льда атом кислорода участвует в образовании двух водородных связей с соседними молекулами воды. Каждая молекула воды в классической кристаллической структуре льда участвует в 4 водородных связях, направленных к вершинам тетраэдра. В центре этого тетраэдра находится атом кислорода, в двух вершинах — по атому водорода, электроны которых задействованы в образовании ковалентной связи с кислородом. Две оставшиеся вершины занимают пары валентных электронов кислорода, которые не участвуют в образовании внутримолекулярных связей. При взаимодействии протона одной молекулы с парой неподеленных электронов кислорода другой молекулы возникает водородная связь, менее сильная, чем связь внутримолекулярная, но достаточно мощная, чтобы удерживать рядом соседние молекулы воды. Учёные ожидали увидеть, что вода в нанотрубках во всех случаях образует тонкую трубчатую структуру. Однако, модель показала, что при диаметре трубки в 1,35 нм и давлении в 40000 атмосфер водородные связи искривились, приведя к образованию спирали с двойной стенкой. Внутренняя стенка этой структуры является скрученной в четверо спиралью, а внешняя состоит из четырёх двойных спиралей, похожих на структуру молекулы ДНК. При иных условиях лёд в нанотрубках представляет собой просто «внутренние» трубки безо всяких спиралей.

Если предположить, что в эпоху зарождения жизни криолитные глинистые породы имели в своей структуре нанотрубки, возникает вопрос — не могла ли вода, сорбированная в них, служить структурной основой (матрицей) для синтеза ДНК и считывания информации? Возможно поэтому спиральная структура ДНК повторяет спиральную структуру воды в нанотрубках.

Одна из последних новостей научного мира подтверждает, что жизни без воды не бывает. Появились серьезные доказательства тому, что белки — сложные и большие молекулы, которые сворачиваются в определенные формы, позволяя протекать биологическим реакциям — не могут сворачиваться самостоятельно. Фолдинг белка обеспечивается гораздо меньшими молекулами воды, которые окружают белки, тянут и толкают их, чтобы те за доли секунды свернулись определенным образом. Донгпинг Чжон, руководитель группы исследователей в Университете штата Огайо, который сделал открытие, назвал эту работу «крупным шагом вперед» в понимании водно-белковых взаимодействий, над которыми ломали головы ученые десятки лет. «Долгое время ученые пытались выяснить, как вода взаимодействует с белками. Это фундаментальная проблема, которая имеет отношение к структуре, стабильности, динамике и, наконец, функции белка», заявил Чжон, — «Мы считаем, что теперь у нас есть уверенные прямые доказательства того, что на сверхкоротких временных масштабах (пикосекундах, триллионных долях секунды) вода модулирует белковые флуктуации». Компьютерное моделирование в суперкомпьютерном центре Огайо позволило ученым визуализировать происходящее: там, где вода двигалась определенным образом, секундой позже сворачивался белок, как если бы молекула воды подталкивала белок к изменению формы. «Вода не может произвольно менять форму белка», — объяснил Чжон. «Белки могут сворачиваться и разворачиваться несколькими способами, в зависимости от аминокислот, из которых состоят. Мы показали, что окончательная форма белка зависит от двух вещей: воды и самих аминокислот. Теперь мы можем сказать, что на сверхбыстрых временных масштабах флуктуации на поверхности белка контролируются флуктуациями воды. Молекулы воды работают вместе подобно большой сети, управляя движением белков».

Таким образом наука подтверждает известную нам народную истину: «вода – источник жизни».

Ну а как же без чудес?

Много лет свои наблюдения и оригинальные эксперименты с водой вел японский исследователь Эмото Масару, подтвердивший феноменальную «чувствительность воды» и доказавший, что человек своей положительной или негативной энергией способен влиять на мгновенную перестройку кластеров в структуре воды.

Вот как реагирует вода на некоторые слова:

Ты красивый

Ты красивый

Ты дурак

Ты дурак

Такие кристаллы исследователь запечатлел после криогенной заморозки воды, подвергавшейся предварительному воздействию.

Исследования знаменитого японского целителя Масару Эмото показывают, что вода способна впитывать, хранить и передавать человеческие мысли и эмоции. Форма кристаллов льда, образующихся при замерзании воды, не только зависит от ее чистоты, но и изменяется в зависимости от того, какую над этой водой исполняют музыку, какие ей показывают изображения и произносят слова, и даже от того, думают люди о ней или не обращают на нее внимания. Доктор Эмото считает, что, поскольку вода способна реагировать на очень широкий спектр электромагнитных колебаний («вибраций», или хадо, как он их называет), она отражает фундаментальные свойства вселенной в целом. Как люди, так и вся наша Земля на 70 процентов состоит из воды. Вода – это связующее звено между духом и материей. Поэтому, убежден Масару Эмото, мы можем исцелить самих себя и планету, сознательно культивируя важнейшие позитивные «вибрации» любви и признательности. (Книга Э. Масару «ПОСЛАНИЯ ВОДЫ: Тайные коды кристаллов льда»).

Наше тело состоит примерно на 70% из воды. В день мы потребляем до 3 литров жидкости. Может нам всем научиться «излучать» добро, распространяя его путем, который показывает природа? Вдруг станем лучше и чище, а мир прекрасней и гармоничней…

иаправрппр

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Подпишитесь на новогоднюю бесплатную рассылку:

dec-2015

Укажите свой email:

 

Подписка!