Аномальні властивості води

Ученим давно було відомо 66 нез’ясовних властивостей води, що відрізняють її від більшості інших хімічних речовин, що зустрічаються в рідкому стані. Так, на відміну від всіх відомих рідин, щільність яких монотонно збільшується з пониженням температури, щільність води максимальна при 4 градусах Цельсія, а при подальшому пониженні температури знов починає убувати.  

 Це унікальна властивість води робить можливою життя в річках і озерах - інакше ці відносно дрібні водоймища неминуче промерзали б до дна в зимовий період і були б позбавлені всіх живих організмів, за виключенням, можливо, простих бактерій екстремофілов.  
 

 Вода володіє величезною теплоємністю - завдяки цьому теплі океанічні течії зігрівають багато північних регіонів планети, приносячи тепло з південних широт.  

 Аномальне високе поверхневе натягнення рідкої води не тільки дозволяє деяким комахам спокійно ходити по її поверхні, але і завдяки капілярним силам забезпечує надходження живильних речовин до крон гігантських дерев, досягаючих декількох десятків метрів у висоту.  

 Пояснити ці властивості на підставі лише будови і хімічних параметрів молекул води учені до останнього часу не могли. Секрет крився в структурі, в яку самоорганізовуватимуться молекули рідкої води. Він довгий час залишався нерозгаданим, оскільки вивчити цю структуру тими ж методами, що застосовуються для вивчення будови твердих тіл, практично неможливо.  

 Команда Андерса  Нільсона (Anders Nilsson), що веде фахівця Стенфордського центру синхротронного випромінювання (Stanford Synchrotron Radiation Lightsource), зуміла подолати ці труднощі завдяки новітнім методам вивчення будови рідин з використанням могутнього рентгенівського випромінювання, що отримується за допомогою великих прискорювачів елементарних частинок, званих синхротронами.

 Один з використаних в роботі синхротронів знаходиться в Японії, а другою в США.  

 Учені з’ясували, що уявлення, що існували до цих пір, про молекулярну структуру води були невірними - виявилось, що її молекули формують не одну структуру, а одночасний два типи структур, співіснуючих в рідині незалежно від температури. Один тип структури формується у вигляді згустків приблизно по 100 молекул, структура яких нагадує структуру льоду.

 Другий тип структури, що оточує згустки, набагато менш впорядкований.  

 Збільшення температури аж до точки кипіння води приводить до деякого спотворення структури згустків і зменшення їх кількості і домінування разупорядоченной структури.  

 “Цей процес можна представити як танцювальний клуб, де частина людей сидить за столиками, відображаючи впорядковану компоненту води, а частина знаходячись в натовпі, безперервно переміщається в танці, відображаючи разупорядоченную.

 Збільшення температури води в цьому випадку можна порівняти із загальним підняттям настрою і прискоренням музики, коли люди починають вставати з-за столів і приєднуватися до танцюючих, а частина порожніх столів і зовсім забирається для вивільнення місця.  

 Охолоджування - зворотний процес, коли танцпол заповнюється столами, і за них сідають стомлені танцями гості клубу. При цьому при одній і тій же “температурі” танцюючі і сидячі люди постійно міняються місцями - деякі сідають відпочити, а деякі навпаки йдуть танцювати, тоді як загальне співвідношення танцюючих і таких, що сидять залишається тим самим” - пояснив результати роботи Нільсон, слова якого наводить прес-служба Стенфордського центру лінійних прискорювачів в США.  

 Це, зокрема, пояснює нелінійну залежність щільності води від температури - впорядковані скупчення молекул мають меншу щільність, чим неврегульовані, і вона мало міняється із зміною температури, яку можна порівняти з постійним розміром столів, не залежним від настрою присутніх або гучності музики в ресторані.