Выпуск: 577, Шавваль 1440 г.

Категория: Медицина

Казалось бы, ну что удивительного может быть в воде? А уж тем более что таинственного? Но нет, это вещество полно тайн и загадок, и вот только некоторые из них.

Сколько существует видов льда?

На сегодня учёным известно 17 различных кристаллических форм воды в твёрдом виде. Но за пределами лабораторий на земле широко распространена лишь одна форма – лёд Ih (стабильная гексагональная кристаллическая разновидность водного льда). Кристаллическая форма льда – лёд Iс – присутствует в очень небольших количествах в верхних слоях атмосферы.

 

Остальные известные формы возникают только при очень высоком давлении. Причина такого многообразия –  особенность кристаллов льда, точнее, результат тетраэдральной сетки сильных водородных связей, формирующихся между соседними молекулами воды.

 

В конденсированной фазе каждая молекула воды оптимизирует свою водородную связующую способность, формируя четыре водородных связи почти под тетраэдральным углом. Водородные связи внутри льда Ih образуют открытую трёхмерную структуру низкой плотности.

 

Когда на такую тетраэдральную субстанцию, включающую кристаллический лёд, начинает воздействовать давление, элементарный углерод, кремний и фосфор могут разрушить твёрдые формы низкой плотности, разложив их на самые разные структуры последовательно более высокой плотности. Таким способом образуются те 17 форм кристаллического льда, о которых говорилось выше.

 

Виды жидкой воды

Японские учёные несколько лет назад опубликовали исследование о двух фазах аморфного льда, состояние второй фазы формируется под воздействием высокого давления. Если исходить из того, что аморфный лёд – это замёрзшее статическое множество соответствующей жидкости, то данное исследование означает, что существует два типа жидкой воды: обычная вода низкой плотности и компактная форма высокой плотности, аналогичная аморфному льду, находящемуся под воздействием высокого давления.

 

Учёные исследовали воду, температура которой была ниже точки замерзания, но выше температуры гомогенного парообразования (это температура, ниже которой жидкая вода не может существовать). В этой так называемой глубоко переохлаждённой области учёные увидели доказательства фазового перехода между двумя жидкими формами воды.

 

Как испаряется вода?

Ответ на этот вопрос очень важен для экологов, ведь скорость испарения воды в жидком состоянии – один из главных факторов неопределённости в современном моделировании климата. Она влияет на распределение водяных капель по объёмности в тучах и на то, как эти тучи отражают, поглощают и рассеивают свет.

 

Но, несмотря на многолетние изыскания, точный механизм испарения воды не до конца изучен. Теоретическим расчётам мешает то обстоятельство, что испарение – это исключительно редкое явление, требующее запредельно долгих и масштабных компьютерных имитаций.

 

В чём особенность наноограниченной воды?

Практически все организмы на Земле имеют в своём составе воду. По химическому составу любой живой организм, любая его ткань более чем на 99 % состоит из молекул воды, то есть вода представляет собой основную химическую субстанцию живых систем.

 

Конечно, речь не идёт о воде как таковой – твёрдом, жидком или газообразном веществе, представленном молекулами Н2О. Молекулы воды в той субстанции, что лежит в основе любых живых клеток и межклеточной среды, выстраивают многослойные поляризованные водные структуры, кардинально отличающиеся по своим свойствам от жидкой воды и льда.

 

Это и обратные мицеллы, и углеродные нанотрубки, и мембраны протонного обмена, и ксерогели (которые представляют собой очень пористое и стекловидное вещество). И эксперименты, и расчёты говорят о том, что вода, ограниченная прочными стенками и занимающая очень маленькое пространство, сравнимое по размерам с несколькими сотнями молекул, начинает проявлять квантовомеханический эффект, включая делокализацию и квантовую когерентность.

 

Эти свойства поразительно отличаются от свойств воды в больших объёмах, и они могут влиять на всё, начиная с биологических клеток и кончая геологическими структурами. Это может также иметь большое практическое значение, например, при проектировании более эффективных опреснительных установок. Как видите, вода таит в себе немало тайн и загадок, и самые главные открытия – ещё впереди.

АЛЬБИНА ЭФЕНДИЕВА
Оригинал публикации: Five Things We Still Don’t Know About Water.