background image
C
M
Y
K
суббота
k
126, 6 ноября 2010 г.
Выпуск 73
НОВОСТИ ИЗ НАНОМИРА
Однако вода является непременным
участником всех реакций и физико
химических процессов. В силу своей
огромной важности вода самое изу
чаемое вещество, но пока интенсивные
исследования структуры воды не при
вели к удовлетворительным результа
там. Для описания структуры воды
предложен ряд моделей, которые бо
лее или менее правильно объясняют
некоторые е свойства, однако в отно
шении других приводят к результатам,
противоречащим эксперименту. В боль
шинстве существующих концепций
признатся наличие в воде упорядо
ченных льдоподобных агрегатов клас
теров с временем жизни порядка не
скольких наносекунд. Методами с при
менением ЭВМ теоретически можно
рассчитать структурные образования
только из десятков и сотен молекул, то
есть нанокластеры.
Однако ряд фактов свидетельствует
о том, что в воде могут существовать
гигантские упорядоченные структуры.
Например, это показали эксперименты
академика РАН Фесенко и члена кор
респондента РАН Иваницкого. Эти
структуры нам удалось обнаружить ме
тодом акустической эмиссии и визуа
лизировать с помощью лазерной ин
терферометрии. Для опытов исполь
зовалась дистиллированная пироген
ная вода. Эксперименты позволили ус
тановить, что каждый раствор имеет
присущую только ему структуру. Сним
ки надмолекулярных структур дистил
лированной воды при 4, 20 и 80
о
С
позволили обнаружить
надмолекулярные ком
плексы, образованные
из сотен тысяч молекул
воды, которые группи
руются вокруг ионов
водорода и гидроксила
в виде ионных пар. Для
этих надмолекулярных
комплексов мы предла
гаем название эмуло
ны, чтобы подчеркнуть
их сложную структур
ную организацию и спе
цифические свойства.
Эти комплексы
эмулоны имеют различ
ные диаметры и состо
ят из нескольких фрак
ций с размерами от 1 до
100 мкм. Содержание
отдельных фракций
эмулонов зависит от концентрации
ионов водорода, температуры, от при
сутствия растворнных веществ и пре
дыстории образца. При 4 С комплексы
плотно упакованы и образуют тексту
ру, напоминающую паркет. Как извес
тно, вода при этой температуре имеет
максимальную плотность. При повы
Структура воды
Структура воды
Новые экспериментальные данные
шении температуры до 20 С в структу
ре воды происходят существенные из
менения число свободных эмулонов
становится максимальным (Рис. 1).
Затем, при дальнейшем повышении
температуры, они постепенно разру
шаются, число их уменьшается, этот
процесс в основном заканчивается при
75 С температуре, при которой ско
рость звука в воде максимальна.
При построении различных моделей
жидкой воды опускается факт посто
янного наличия в ней гидратирован
ных ионов водорода и гидроксила.
По нашему мнению, они играют ре
шающую роль в создании структуры
воды. Сверхрештка из эмулонов, бла
годаря дальнодействию электростати
ческих сил, которые обеспечивают ста
билизацию ансамбля, очень чутко реа
гирует на любые внешние воздействия
(электромагнитные, акустические, теп
ловые и др.). Обнаружение в настоя
щей работе надмолекулярных комплек
сов (эмулонов) вносит существенные
коррективы в представления о струк
туре воды. Существование эмулонов
непротиворечиво включает в себя все
ранее полученные экспериментальные
факты, касающиеся организации H
2
O в
нанообъмах, и дат возможность
объяснить многие экспериментальные
факты, которые ранее не имели строй
ного, логичного обоснования, напри
мер, образование парящего водяного
мостика, описанного в ряде работ, а
также позволяет предсказать новые
эффекты. Феномен образования па
рящего мостика и все его необычные
свойства являются следствием нали
чия в воде эмулонов надмолекуляр
ных комплексов с размерами от 1 до
100 мкм, которые, вероятно, обладают
дипольным моментом. Можно пред
сказать одно из свойств этого явления:
водяной мостик не будет образовы
ваться при температуре выше 75
о
С.
Легко объясняются и аномальные
свойства талой воды. Нами получено
экспериментальное подтверждение
феномена методом акустической эмис
сии и физико химическими методами.
Как известно, что неоднократно отме
чалось в научной литературе, талая вода
обладает необычными свойствами: е
плотность, вязкость, электропровод
ность, показатель преломления, ра
створяющая способность и др. отлича
ются от равновесных параметров. Осо
бенно впечатляет биологическая актив
ность талой воды, которая до сих пор
не имела научного объяснения. Нами
впервые установлено, что после пол
ного плавления льда и сама жидкая
среда талая вода, находящаяся в
метастабильном состоянии, становит
ся источником акустических импуль
сов акустической эмиссии (АЭ), что
является экспериментальным подтвер
ждением образования в воде надмоле
кулярных комплексов эмулонов (рис.
2). Обращаем внимание на то, что мик
рокристаллики льда, после его плавле
ния, в водной фазе существуют всего
несколько долей секунды и совсем не
определяют свойства талой воды.
Экспериментальные результаты по
казывают, что талая вода некоторое
время (до ~ 17 часов) может находить
ся в активном метастабильном состоя
нии. Объяснение этих эффектов уда
лением из воды дейтерия в результате
фазового перехода не состоятельно.
Причина этого загадочного явления
объясняется очень просто. При плав
лении гексагональной рештки льда
резко меняется структурная организа
ция вещества. Кристаллическая струк
тура льда разрушается быстрее, чем
перестраивается в устойчивое равно
весное состояние образовавшаяся из
него метастабильная талая вода. Уни
кальность фазового перехода лд вода
заключается в том, что вода, образовав
шаяся из льда, имеет некоторое время
такую же концентрацию ионов [H
+
] и
[OH ], как во льду, но во льду она равно
весная, а в воде нет. В талой воде
концентрация ионов водорода и гидро
ксила непродолжительное время сохра
няется неравновесной такой, какой
она была во льду, то есть приблизитель
но в 1000 раз меньшей. Затем, через
некоторое время, концентрация
ионов[H
+
] и [OH ] в воде принимает сво
обычное равновесное значение. Резуль
таты наших измерений динамики изме
нения концентрации ионов водорода в
талой воде во времени подтверждают
это. Реакция диссоциации воды:
H
2
O > H
+
+ OH
требует значительной затраты энер
гии и протекает очень медленно. Кон
станта скорости этой реакции состав
ляет всего 2,510
5
c
1
при 20
о
С. Поэто
му период релаксации талой воды в
равновесное состояние теоретически
должен быть равен ~1010
17
часам, что
и наблюдается на практике. Это служит
причиной разговоров о памяти воды.
Под памятью воды следует понимать
зависимость е свойств от предысто
рии, и ничего больше. Перевести воду
в активное состояние можно много
численными примами: заморажива
нием, нагреванием, кипячением, де
зинтегрированием, обработкой ульт
развуком, воздействием различных
полей и др., но это всегда будут неус
тойчивые метастабильные состояния,
ограниченное время сохраняющие свои
свойства в обычных условиях. Опти
ческим методом в талой воде обнару
жено присутствие лишь одной фрак
ции надмолекулярных образований с
малыми размерами порядка 1 3
.
Этим и объясняется то, что она ускоря
ет все биологические процессы в жи
вых организмах: мелкие структурные
образования быстрее и с меньшими
затратами энергии проникают через
клеточные мембраны. Существенно
также, что пониженная вязкость и бо
лее редкая пространственная сетка из
эмулонов в талой воде значительно уве
личивают растворяющую способность
и скорость диффузии, что обеспечива
ет е биологическую активность. Струк
турные изменения в талой воде выяв
ляются и методом ядерного магнитно
го резонанса, который подтверждает
изменения физической структуры
воды. Постепенно с течением времени
в водной фазе появляются более круп
ные структурные образования. Вода
приобретает обычные размерные спек
тры, в которых присутствует пять мак
симумов, и свойства. Таким образом,
талая вода отличается от обычной
преобладанием надмолекулярных ком
плексов с малыми размерами. Постро
енная по фрактальному принципу в
водной среде сеть из эмулонов очень
существенно влияет на активность воды
и е свойства. Поскольку в ходе реак
ций изменяются все параметры среды
(плотность, вязкость, объм и др.) и
эти изменения происходят скачкооб
разно, то химические реакции и физи
ко химические процессы неизбежно
должны сопровождаться генерацией
электромагнитных и акустических ко
лебаний в широком интервале частот,
зависящих от параметров среды и при
роды реагентов.
Реальность существования структур
ных образований в воде эмулонов
подтверждена классическим методом
термического анализа, разработанным
академиком Н.С. Курнаковым с сотруд
никами и успешно применнного нами к
водным растворам. На рис. 3 приведена
термограмма нагревания бидистилли
рованной воды. Как можно видеть, на
графике наблюдаются чтко выражен
ные характерные пики, свидетельству
ющие о структурных перестройках в
воде. Наиболее значимые из них соот
ветствуют температурам 36
о
C (темпе
ратура минимальной тепломкости),
63
о
C (температура минимальной сжи
маемости) и особенно характерный пик
при 75
о
C, соответствующий температу
ре максимальной скорости звука в воде,
и др. То есть их можно трактовать как
своеобразные фазовые переходы,
связанные с разрушением надмолеку
лярных комплексов эмулонов, со
стоящих, как минимум, из пяти микро
структур с различными свойствами.
Каждая из этих структур существует в
определнном характерном для не тем
пературном интервале. Повышение тем
пературы выше некоторого порогового
уровня, определнного для каждой из
них, приводит к их распаду. Этот про
цесс, кроме тепловых и акустических
эффектов, должен сопровождаться и
другими интересными явлениями. Са
мое замечательное заключается в том,
что эти температуры точно совпадают с
температурами, соответствующими:
максимальной скорости звука, мини
мальной адиабатической сжимаемости
воды, минимальной тепломкости и
другим аномальным точкам. Появление
пиков в процессах нагревание охлаж
дение полностью обратимо, но есте
ственно, как обычно в таких процессах,
сопровождается небольшим гистере
зисом.
Работа докладывалась на семина
рах в МГУ им. М.В. Ломоносова и
ИОФАН им. А.М. Прохорова и получила
высокую оценку. Награждена дипло
мом первой степени 8 й Междуна
родной Крымской конференции
(Судак, октябрь 2009 г.).
Александр СМИРНОВ,
профессор МИРЭА Московского
государственного института
радиотехники, электроники и
автоматики a.n.smirnov@mail.ru
РЕПЛИКА К СТАРОМУ СПОРУ
Я больше не выступаю по проблеме Были ли
американцы на Луне?. Понял, что это дело
веры. Сейчас меня интересует другой вопрос.
Надеюсь, у вас он тоже возникнет, если вы внима
тельно рассмотрите прилагаемый снимок. Этот
кадр был помещн на первой странице обложки
журнала Новости космонавтики 7 за 2009
год. На нм не что иное, как след Базза Олдрина на
лунном грунте. Снимок следа помещн в круг,
обрамлнный лентой, на которой читаем истори
ческую фразу Нейла Армстронга ONE Small Step
For A Man One GIANT LEAP FOR MANKIND. В круге
под следом стоит: JULI 20.1969. (??? Июль
July ???)
В журнале Новости космонавтики 9 за 1999
год фотография этого же следа служит иллюст
рацией к статье А. Маркова. Под фотографией
подпись: Набивший оскомину, но оттого не ме
нее исторический снимок. Пыль лунная, боти
нок, оставивший след Олдрина
.
Итак, рассмотрим снимок. Что то не очень
похоже на лунную пыль Совершенно очевид
но, что отпечаток обуви астронавта сделан на
снегу. Скорее всего, снимок следа был сделан
не сразу после оставления следа, а через неко
торое время, когда поверхность снега, окружа
ющая след, подтаяла, а потом талая вода была
подморожена. Иначе откуда бы взялась струк
Не верь глазам своим
Не верь глазам своим
тура тонких ледяных корочек, окружающих
след? Особенно хорошо видны эти прозрач
ные ледяные корочки в нижней части отпечат
ка, на границе между поверхностью и чрным
углублением следа.
Однако возникает закономерный вопрос: по
чему астронавт оставил след не в лунной пыли,
а на снегу? Почему астронавты не сообщили,
что, пребывая на Луне, они ступали по снегу? И
почему автор статьи в Новостях космонавти
ки, публикуя фотографию следа на снегу, убеж
дает нас, что это лунная пыль? Незабвенный
Козьма Прутков оставил мудрый совет: Если на
клетке слона прочтшь надпись буйвол, не
верь глазам своим.
А мы вс верим и верим
Леонид БАЦУРА
Жидкая вода воспринимается как нечто совсем обычное, однако,
по мнению автора, это самое удивительное вещество. Действи
тельно, вода драгоценный дар природы, обеспечивающий
жизнь на Земле. Вода составляет около 70% от массы тела
взрослого человека, а в наиболее важных для жизнедеятельно
сти органах в мозгу и в крови е содержание превышает
85%. Воду принято рассматривать, как почти нейтральный ра
створитель, в котором протекают биохимические реакции, и как
субстанцию, которая разносит по телу различные вещества.
Рис.1. Надмолекулярные комплексы
эмулоны в бидистиллированной воде
при температуре 20
o
С. Размер изобра
жения 1,5 х 1,5 мм.
Рис. 2. Изменение амплитуды сигналов АЭ и температуры воды в процессе таяния льда.
Рис.3. Относительное изменение температуры воды при нагревании.