/ Лонг-Айленд

Артем Оганов: Наука о воде

Об «информационной памяти», кристаллической структуре и воде из Дилижана

+T -
Поделиться:

В недавней дискуссии о тексте Владимира Сорокина про воду всплыл вопрос: имеет ли вода кристаллическую структуру. Конечно же, нет, ведь вода, которую мы пьем, — жидкость, а не кристалл. Разговоры про «информационную память» воды — ерунда.

У воды есть множество удивительных свойств, доказанных наукой, и вот о них я хотел бы рассказать.

Вода чувствительна к ничтожным примесям заряженных частиц. Если вода идеально чистая, у нее плохая электропроводность. Но если взять обычную воду (а в ней ведь немало разных ионов), намочить руки и сунуть в розетку, будет нехорошо. В воде есть небольшие островки — конгломераты молекул, спаянные между собой так называемыми водородными связями. Добавить немного любых ионов — и островки разрушатся.

Вода, которую вы получаете из родников, может быть чиста — буквально на уровне химической лабораторной очистки (глины задерживают большинство ионов). Та вода, что течет по трубам, содержит массу примесей: органика, бактерии, мусор, тяжелые металлы, ионы — все это может поменять биологические свойства воды.

Вода необычна еще вот чем: в твердом виде она легче, чем в жидком — вспомните, как плывет лед по реке. Почему это так, легко увидеть при помощи видео, которое я сделал специально, чтобы объяснять это явление. Нажмите — лед начнет плавиться:

Дело в том, что в кристаллической воде, то есть во льду, есть шестиугольные каналы. Когда лед плавится, получившиеся молекулы воды могут занять место, остававшееся ранее свободным. В итоге в тот же объем их умещается больше; жидкое вещество получается плотнее, чем твердое. Кстати, по этой же причине снежинки имеют шестиугольную симметрию.

Такая же шестиугольная структура у йодида серебра — причем ячейки того же размера. Когда авиаторы вбивают порошок йодида серебра в облако, они выглядят как затравка льда. Это обман, рассчитанный на перенасыщенный водяной пар в облаке: молекулы воды принимают йодид серебра за островок льда и начинают строить вокруг него свои кристаллы, в результате выпадают на землю в виде осадков.

В завершение я хочу разоблачить один миф:

 

 

Я был и там, и там, и хочу сказать, что это ложь. В Дилижане повсюду родники, и там вода вкуснее!

Комментировать Всего 34 комментария

а почему у воды твердая фаза легче? что говорит наука?

это из-за ажурной структуры льда

посмотрите на видеоролике - вначале (т.е. когда там только лед) видны большие шестиугольные пустые каналы. Когда происходит плавление, в эти каналы начинают забиваться молекулы H2O и из-за такого более эффективного использования объема плотность растет. Ну, а потом эти каналы исчезают вовсе.

Кстати, похожая на лед структура у... алмаза. Есть даже соображения, что под очень высоким давлением жидкий углерод становится плотнее алмаза.

А вообще это довольно редкая ситуация, обычно твердая фаза на несколько процентов плотнее жидкой.

а что это за структура, почему она получается?
из-за водородных связей

они направленные. у каждой молекулы воды есть 2 водорода, которыми она может "поделиться" с другими молекулами, и 2 направления, по которым она может "принять" водороды от других молекул. В сумме - всего 4 направленные водородные связи. Точно как в алмазе. Из таких связе плотную структуру построить трудно. В плотных структурах у каждой частицы обычно больше связей, 6-12.

спасибо, Анатолий!

Очень красиво.

а что нас должно было смутить в ролике про воздушный шарик и про дельфина?

хотя бы поведение воды и воздуха в воде...

Видимо Анатолий считает, что без каких-то особых свойств нельзя объяснить тот факт, что вода держит форму после исчезновения резиновой пленки...

а держит ли?

В первые мгновения, разумеется, форма будет та же - мгновенных изменений в природе не бывает. После небольшого времени форма изменится - станет сферической, как того диктует внутренняя симметрия.

Речь идет наверное не о внутренней симметрии, а о стремлении жидкости минимизировать свою поверхность, дабы минимизировать энергию связаную с силами поверхностного (межфазного) натяжения.Наименьшую поверхность при равной массе будет иметь сфера.Конечно, сферичность может искажаться - например под воздействием гравитации.Поэтому капли воды на несмачиваемой поверхности - например роса на листьях - будут иметь форму сплющенной сферы, а капли ртути, у которой поверхностное натяжение почти в 6 раз выше, чем у воды - имеют форму сферы почти идеальной.

Артем, кстати, "память воды" - это частый аргумент сторонников гомеопатии: "Вы же не будете отрицать, что у воды есть память?" И чем тут ответить, кроме как выбросом адреналина?

Если у воды есть память, то наверняка есть злопамятная вода, вода-склеротик (старая, застоявшаяся вода) и вода, знающая как пишется число "пи" до 1000-ного знака после запятой.

А вообще мне кажется разговор ученого с писателем по поводу памяти у воды - это как разговор слепого с глухим

Конечно, Вы правы. По сути, это и не было нашим спором с Владимиром Сорокиным. Но из его блога у членов клуба и редакции родилась идея поговорить о воде. Очень интересный предмет - как для писателя или художника, так и для ученого.

Артем, спасибо!!! Очень интересно.

От себя хочу добавить, что если бы лед не был легче воды, то зимой многие водоемы промерзали бы до дна, по-видимому, и климат был бы совсем другим.

это случайно получилось со льдом?

а про память - интересно, почему у огурца есть форма. или у медузы?

а чем они отличаются от человека? тогда спросим - почему и у человека есть форма?

внешняя форма обусловлена функцией и внутренней симметрией

для жидкости в структуре молекулы расположены случайно, и симметрия самая высокая из всех возможных - сферическая.

Для льда (вспомните 6-угольные каналы его структуры!) симметрия гексагональная, и это отражается в форме снежинок. Огурцы имеют плоскости симметрии (человеческое тело - почти что тоже), это довольно низкая симметрия, как-то обусловленная биологическими функциями (например, при сферической симметрии нельзя иметь 2 ноги - у Вас их либо нет вовсе, либо бесконечно много:). Есть мнение, что симметрия живых существ обусловлена симметрией гравитационного поля, в котором мы двигаемся и живем.

В каком-то смысле действительно случайно то, что на планете Земля господствует вода - на Юпитере и Сатурне вместо нее сжатая смесь жидких водорода и гелия. На Уране и Нептуне много воды, но в смеси с метаном и аммиаком (запах еще тот!).

Но.. для планеты столь близко расположенной к Солнцу и столь мелкой, как Земля, нет возможности удержать все эти легкие газы. Самые распространенные элементы во Вселенной - водород, гелий, углерод, кислород, и оказывается, что из их комбинаций только Н2О может быть распространенной жидкостью для планеты типа Земли.

Спасибо, Женя - это очень интересно! Надо включить в свои лекции.

Климат был бы теплее или холоднее?

Чисто концептуально - холоднее, т.к. чем больше льда намерзнет зимой, тем дольше ему таять весной и летом. Сейчас тоже очень неглубокие реки и ручьи в Сибири с определенным типом питания промерзают зимой до дна.

Но тут дело не только в тепло/холодно, гидрологические циклы тоже были бы другими.

а лед образуется исходя из случайного расположения молекул в воде? и свойства воды случайно такие?

Свойства воды обусловлены ее структурой - в частности, водородными связями.

Лед образуется из случайного расположения молекул - если понизить температуру, то молекулы "устанут" бегать и начнут организовываться друг вокруг друга, образуя зародыши льда. Из этих зародышей постепенно вырастет кристалл льда.

это так выглядит фазовый переход? из случайности - симметрия? кажется время жизни этих связей в воде 10 в минус12 секунды?

да

кристаллизация - пример перехода из хаоса к порядку. Есть еще и целый класс переходов между твердыми фазами, где меняется степень порядка (некоторые даже так и называются "переходы "порядок-беспорядок").

да, время жизни водородных связей в воде должно быть порядка 10**-12 сек. Когда рушится одна связь, практически мгновенно вместо нее образуется другая. Вот эта беспорядочная пляска связей и атомов и есть особенность жидкого состояния.

каким образом из поляризованных молекул образуется беспорядочность?

и не является  ли непрерывное возобновление связей признаком структуры? это же происходит не только в жидкой воде, а и с любым живым организмом...

Беспорядок образуется из-за случайной ориентации этих полярных молекул. Структура есть у всего, и у жидкостей тоже (но ее нельзя звать "кристаллической").

тоже

структура - это взаимное расположение частей целого (атомов или молекул, в данном случае). Но у газов структура еще более разупорядоченная, чем у жидкостей.