Член-кореспондент на СССР академия на науките Б. Deryagina
Струва ми се, че историята на изучаване на аномални водата може да се интересуват от широк кръг от читатели. Феномен открит от изследователите, необичайни и неочаквани; път търсене, Ню Йорк минаха, може да бъде предмет на размисъл за тези, които се интересуват от методологията на науката.
Трябва да се започне с признанието, че името "аномално вода" скоро неясни, тъй като най-често срещаният водата се държи в много отношения като други течности, а защото тя е пример за аномалията (аномалия - отклонение от нормата). Напротив, аномален вода, което ще бъде обсъдено по-нататък, в някои отношения, например, по отношение на поведението на термично разширение е "нормално".
Обикновената вода се освобождава предимно термични характеристики за разширяване. От учебниците знаят, че почти всички от тялото се разширява при нагряване и се свива, когато се охлажда. Водата се държи по различен начин. Това намалява обема си при охлаждане от 100 ° С до 4 °, но в обхвата от 4 ° до 0 ° отново започва да се разширява. Най-големият съответства на плътността на водата при + 4 ° С.
При по-нататъшно охлаждане, водата преминава в твърдо състояние. В момента на преминаване придружено от рязко количество на увеличение (приблизително 10%) и съответно намаляване на плътността. Ето защо лед плава върху водата. Всички други материали (с редки изключения) потъват в течности, образувани по време на топене.
аномалии на водата са от голямо значение за опазването на живота във водите. Ice плава върху водата и предпазва поради ниската си топлопроводимост на целия езерото от замръзване.
По-малко вода е известен друг аспект - необичайно промяна си топлинен капацитет (количество топлина, необходима за повишаване на температурата с 1 °). Като правило, от топлинната мощност на тялото - люшка. тя също се увеличава с повишаване на температурата. Във водата чрез загряване от 0 ° до 35 ° не увеличава специфичната топлина, и пада. Въпреки това, в границите от 35 ° до 100 ° специфична топлина започва да расте отново.
Както се вижда от горните примери, които могат да бъдат разширени, вода не се държи като обикновена течност. Причината за това поведение на вода по време на нагряването е особено неговата структура, т.е. взаимното разположение на съседни молекули.
Докато кристални молекули са подредени в решетка редовни обекти в строг ред, които са предмет на дори широко разделени молекули. течности, има само малък обсег на ред.
Лед и вода се различава от други течности отпуснатост на неговата структура, която варира рязко с температура. Това обяснява аномалията на обикновената вода. На свой ред, трошливост структура от лед и вода, причинено от действието на така наречените "водородни връзки". водороден атом като мост, притежава два кислородни атома, принадлежащи към две различни молекули вода. Енергията, която изпълнява тази връзка, междинен между енергията на конвенционален химична връзка (действащ например между О атоми в часа в същата молекула вода) и енергията на молекулното привличане на съседни молекули. Кислороден атом, част от всеки вода молекула е способна на свързване на водородни мостове до четири други кислородни атоми. Съобщението се извършва четири водородни атома; две от тях са в химическия състав на молекулата, а останалите две принадлежат към две различни молекули. Така, около mblekul вода в пространството намира четири водородни мостове (фиг. 1). В чистата си форма и пълна такава система водородните мостове, образувани в кристалната обикновен лед. В него всяка молекула комбиниран водородна връзка с точно четири-близките съседи. Като цяло, кристалът е структура скелет, образувана от "мрежа" водородните връзки с множество кухини между тях. Той се среща в такава структура, че най-деликатната структура на лед, което обяснява някои от неговите свойства и по-специално възможността да плава по вода. Предвид quasichemical (т.е. ако химическата) естеството на връзката на водород, за лед кристал може да се каже, че е единична полимерна молекула, в който кислородът е "като" е четиривалентен. При топене на леда идеално правилното подреждане на водните молекули и структурата на водородна връзка на мрежата е счупен. Колкото по-висока температурата се повишава, увеличаване на броя на водородни мостове разрушени чрез термично движение на молекули заемат все плътна опаковка. Кухини в структурата на намаляване вода. Следователно, водата се пресова, въпреки факта, че термичната движение в същото време се стреми да увеличи средното разстояние между молекулите. Точно над + 40 ° С най-новата тенденция поема и водата започва да се разширява.
Фиг. 1 вода молекула (като център) е свързан с четири съседни молекули blizhayshchmi водородни връзки.
Фиг. 2 термично разширение колони вода в капилярите на различни радиуси. Крива namerchennaya двойна линия - радиусът на капилярната 2 microbridge. Пунктираната крива - 0.1 микрона радиуса на капилярата. Плътната линия - 0.02 микрона радиуса на капилярата.
Фиг. 3 раждане и растеж на вторичен колони вода.
Фиг. 4 колони на аномално поведение на вода при охлаждане. Кривата А показва поведението на нормална вода. има минимален обем при 4 ° С под нулата не е непосредствено замръзва (това е типично за поведението на малки количества вода) и продължава да се увеличава с намаляване на температурата. И, накрая, в един момент се превръща в лед, рязък скок в промяната на неговия обхват. Ако колона от лед се нагрява, рязкото топене и скъсяване на колона случи точно в 0 ° С криви B, C, D съответства на публикации, в които се увеличава концентрацията на анормален компонент. По-високата концентрация носител аномалия, толкова по кривата на разширение, различен от кривата за чиста вода. А крива (нето аномален вода), получен след продължителна инкубация начална колона под вакуум, което доведе до нормално изпаряване на водата. В резултат на това при всяка температура не може да се види, нито облак, нито внезапно разширение. При охлаждане до температура от - 45 ° - 50 ° С монотонна крива се подлага на компресия чупка, става почти хоризонтална. Такова поведение е характерно за всички течности, които не кристализира при охлаждане и трансформирани в стъкловидното състояние (например, глицерол, смола) поради голям растеж вискозитет.
Изведнъж, учените са изправени пред липсата на тази аномалия, която се превърна в пример учебник. Това се случи през 1959 г., когато Н. Fedyakin наблюдава разширение на водните колони в свръхтънки капиляри. Фигура 2 показва поредица от криви, представящи дължината на растеж на колоната на вода в зависимост от температурата в стъклени капиляри на различни радиуси. В капилярите с радиус по-голям от 1 микрон, водни състезания, разширяване, както е известно от учебниците, разкривайки минимална дължина и следователно максималната плътност при + 4 ° С за много тесен капиляри разширяване вече е различно. В най-тясната - промяна до неузнаваемост. За тях изчезва минимален коефициент разширяване дължина в целия изследван температурен диапазон е константа, следователно, разширяването на вода аномалия изчезва напълно.
Н. Fedyakina експерименти може да се обясни както следва. В много тесен капилярна поради влиянието на стените на трупа възпрепятства образуването на водородни мостове между водните молекули. Това премахва ограничение за броя blyazhayashih съседите и позволява на молекулите, разположени по-отблизо. Следователно, температурата се повишава не допълнително запечатване, както в случая на нормално състояние на водата в близост до нула Целзий, но водата в тесните капилярите разширява като "нормална" течност. криви Вентилатор показани на фигура 2, могат да бъдат получени само с Н. Fedyakin той развива забележителна техника чертеж и калибриране добрите капилярите, с радиус до 160 ангстрьома. Въпреки това, най-важното наблюдение той е направил в относително широк капиляри с радиус от около един микрон или повече.
Zapaivaya капилярната радиус от около микрона колона на вода или друга течност (метанол, оцетна киселина, ацетон), N. Fedyakin ги наблюдава за дълго време. Те отбелязаха, създаването на нови, детски колони, които са се появили (виж фигура 3> на разстояние от менискуса на оригиналната колона, и израства чрез съкращаване на последния системен характер на това явление поиска обяснение, и Н. Fedyakin заключава: ... Растежът на деца колони дължимите родител показва, че налягането на парите е под първата "нормално" на разположение на най-новия сорт на налягането на парите, с един и същ химически състав доведоха до привидно единственото възможно заключение. първична и торични колони имат различни структури.
Това беше потвърдено в експериментите проведени при ниски температури (вж. Кривите на Фиг. 4). В сравнение с нормална вода (крива А) барове водата произведени чрез кондензация на парите му (например, крива Б) се държат различно. дължина най-малко те са се преориентирали от ляво, и от дължината на скока, когато замразяване по-малко и плавно намаляване на дължината на наблюдавана отопление. Както се вижда от графиката, цикълът се затваря въпреки че има някои отрицателни температури. Отклонения в бара след внезапното разширяване на мътни и това рязко ги отличава от обикновената. След допълнително нагряване, става ясно, че съдържанието на колоните се състои от анормални kapelnovidnyh включвания. Техният индекс на пречупване по-малко от тази на останалата част от течността. С повишаване на температурата, броя и размера на включвания са намалени - както ако те са топене. В действителност, както е показано чрез внимателно разглеждане, тези включвания са частици от чист лед. Заобиколен от аномален вода, последното парче лед се топи при определена температура под нулата.
Фиг. 5 Камера V. Karasev и Лужков за максимална нетна аномално вода. Той се състои от отделение, съдържащо няколко стотин кварцови капиляри изолирани от тънка стъклена стена, разделяща източник на пара (vyparieatelya). След продължително вакуум с нагряване до 400 ° С преградни паузи и започва капилярна контакт с водна пара, която продължава няколко седмици. В резултат на това част от капилярни колони са оформени аномален вода.
Каква е причината за ненормалното поведение на вода прекрасно? Според една хипотеза, че трябва да се търси в образуването на стабилни комплекси молекулен състав (Н2 О) N, в резултат на кондензация на пара върху повърхностите на стъклото или кварц. След изпаряване на обикновените водни молекули са само тези комплекси, които са в съответствие с хипотезата, че ще за краткост се нарича вода II. Ако се налага да се оставя на въпроса за състава на неговото откриване, по-добре е да се използва терминът "ненормално компонент".
Вода II (superdense вода Polivoda или както понякога се нарича на Запад), получен в много малки количества - от порядъка на микрограма в колоната. Въпреки това, тя неотклонно поддържа неговите свойства. В резултат на точни експерименти (подробности за който ще бъде изключително претоварени нашата история) е измерена плътност аномално компонент и рефракция. Плътността е установено, че е 1.4. Показване на коефициента на пречупване: 1,48-1,49.
Интересното е, че индексът на пречупване и плътността и обикновена вода беше II заедно в една линия, което позволява увеличаване на коефициента на пречупване на вода включва възможността II в сравнение с напълно вода-I чрез увеличаване на броя на водните молекули за единица обем.
Следващият важен въпрос: колко е все още голямо съпротивление молекули аномално компоненти, както и че силата на тяхната цимент? - отговора експерименти J. М. и Rabinowitz Talaeva, което забранява на аномален-вода се дестилира от единия край на капилярната тръбичка към другия. При нагряване на първоначалната колона вода от лявата страна на капиляра до температура над 50-80 градуса концентрация на вода в колона II нараства поради своята без нестабилност при тази температура, и кондензат пара е чиста вода. Този метод е в състояние да се отдели водата от вода II I. Когато температурата се повиши над 150 градуса и водата започва да дестилира II. На 300 градуса завършва дестилация доста бързо, кондензата (дясна колона) ще има приблизително същите свойства (индекс на пречупване и точка на топене на затваряне), оригиналната колона. Това води до заключението, че водните молекули 11 чрез изпаряване и дестилация не са унищожени - в противен случай ще бъде кондензация в имоти близо до нормална вода от оригиналния колоната. Дори повече осигурява дестилацията на вода чрез термична бариера - зоната, в която се намират капилярната тръба се загрява от външната бобина. Когато температурата е по-висока от бариерата от 700-800 градуса, кондензатът не се различаваше от нормална вода. От това следва, че когато една двойка повишена температура компонент дезинтегрират, освобождавайки обикновена вода като разпадане на продукта.
Нека се обърнем към фактите. Преди всичко тривиално обяснение на явлението е в противоречие с присъствието на водоразтворими примеси, които се променят свойствата на течността се появява само при определени условия на неговото кондензиране пара на повърхността на кварц при относително ниски температури (- (-. 30 ° до -40 ° С), не може да се постигне този резултат, когато въвеждане в същия капилярна течност вода дори при продължителен контакт с висока - до 400 градуса - температура, дори и след продължителен контакт със силно развита (т.е. обширна площ) повърхност на порите. shka силициев диоксид (SiO2) при повишена температура обикновена вода не се променя значително свойствата му. Но тези аргументи в полза на структурата хипотези "полимер" молекули анормален компонент са малко непряко. Директно доказателство е да се получат водни проби II с такива малки добавки на органична или неорганична веществата, чието присъствие не могат да обяснят на своите невероятни качества. все пак, това не е било възможно доскоро да извърши доста надеждно.
Наскоро в нашата лаборатория техника е разработена, която позволява на една и съща проба, за да се изследва концентрацията на голямо разнообразие от "примеси" атоми, което дава по-точна информация за състава на масата Биков.
Накрая, изглежда, че се разтваря във вода I анормален кондензат, получен както от нас и Brummer Laboratory (USA) има определено молекулно тегло е около десет пъти по-голяма от тази на молекулното тегло на Н2 О.
Това означава, че за единица площ се получава чрез "реколта" е много пъти по-голяма от повърхността на кварц. В момента, това съобщение се проверява от нас.
Остава без отговор въпрос: какво е механизмът на възникване на вода молекули II в кондензацията на водна пара на повърхността I кварц или стъкло?
Очевидно е, че трябва да има въпрос на нов тип катализа - кондензация катализа, по простата контакт на течна вода със същите повърхности не води до трайни промени. Ролята на повърхността е толкова значително: в кондензацията на водна пара на повърхността на кварц или стъкло, вече е покрита с филм от обикновена вода, "Polivoda" не възниква.
В заключение, отговорът обикновено е задаван въпрос: защо вода II не е било установено преди в природата, например, в изследвания на изотопния състав на природните води, където се измерва плътността до 4-ти или 5-ти десетичната?
Към това може да се отговори на този, преди да се пречисти чрез методи точност изследват природна вода примеси (соли, почвените колоиди и органична материя) чрез дестилация при 100 ° С водни молекули II, като нелетлив, остава при тази температура с примеси и не попадат изследвания. По този начин, въпросът за съществуването на вода на Земята II остава отворен.
Свързани статии