Вода играет огромную роль в жизни человека и природы на Земле. Множество ученых и исследователей занимались изучением свойств воды, пытаясь понять ее физическую и химическую природу. Но раскрыть все ее секреты до конца не удалось еще никому. Понимание природы воды может привести к совершенно новым техническим решениям и кардинально повлиять на жизнь человека.

    Исследуя воду, ученые раз за разом убеждались, что вода обладает ненормальными, аномальными свойствами, присущими только ей. Вещества – аналоги воды, молекулы которых по химическому составу похожи на воду: соединения водорода и серы H2S, водорода и селена H2Se, водорода и теллура H2Te и так далее, при комнатной температуре находятся в газообразном состоянии. Казалось бы, вода, сохрани она такие же свойства, должна закипать при температуре    -70°С и превращаться в лед при -90°С. Эти условия вряд ли способствовали бы развитию жизни на Земле. «Ненормальные» температуры плавления (0 °С) и кипения (+100 °С) воды далеко не единственная ее аномальность. Исключительно важной особенностью воды является ее способность при замерзании увеличивать, а не уменьшать свой объем, то есть уменьшать плотность, такое поведение из всего многообразия жидкостей свойственно исключительно воде. При охлаждении вода сначала ведет себя как и другие жидкости: постепенно уплотняясь, уменьшает свой объем. Такое явление можно наблюдать до +3,98°С. Затем, при дальнейшем снижении температуры до 0°С, вся вода замерзает и расширяется в объеме. В результате удельный вес льда становится меньше воды и лед плавает, его объем на 1/11 больше объема воды. Если бы лед не всплывал, а тонул, то все водоемы (реки, озера, моря) промерзли бы до дна, испарение бы резко сократилось, все пресноводные животные и растения погибли бы. Жизнь на Земле стала бы невозможной. Еще одно удивительное свойство воды – ее огромное поверхностное натяжение. Ни одна жидкость не поглощает газы с такой жадностью, как вода. Но она их также легко отдает. Дождь растворяет в себе все ядовитые газы атмосферы. Вода – ее мощный природный фильтр, очищающий атмосферу от всех вредных и ядовитых газов. Еще одно удивительное свойство воды проявляется при воздействии на нее магнитного поля. Вода, подвергнутая магнитной обработке, меняет растворимость солей и скорость химических реакций. Магнитная вода не только не дает накипи в котлах, но и срывает ранее образовавшиеся отложения, повышает прочность бетона, ускоряет его застывание, увеличивает процент выхода обогащенной руды. Ряд удивительных свойств воды связан с ее теплоемкостью. Ни одно вещество на Земле не обладает такой способностью поглощать и отдавать тепло, как вода. Теплоемкость воды в 10 раз больше теплоемкости стали и в 30 раз больше ртути. Вода сохраняет тепло на Земле. Легче всего вода нагревается и быстрее всего охлаждается в своеобразной "температурной яме”, соответствующей +37°С, при которой вода имеет минимальную теплоемкость. Именно при температуре 36,6-37°С сложнейшие реакции обмена веществ в организме человека и других теплокровных наиболее интенсивны. Значит, при этой температуре организм человека находится в наивыгоднейшем энергетическом состоянии. В живых клетках обычная вода, будучи связанной с мембранами, неизвестным образом превращается в воду со структурой льда. И она уже не во власти незыблемых законов физики — все ее свойства коренным образом меняются. Диэлектрическая проницаемость, например, уменьшается в десять раз, а теплопроводность возрастает в семьдесят раз и тому подобное.

     Все вышеизложенное является компиляцией из различных научных источников, и факты, изложенные выше, не подвергаются сомнению официальной, общепризнанной наукой. Предполагается, что ответ на все эти загадки может дать понимание структуры воды, ее строение. Современному представлению о строении молекулы воды и водных растворов предшествовал бурный период научных и экспериментальных изысканий, подчас противоречивых и трудно воспроизводимых.

     Молекула воды представляет собой маленький диполь, содержащий положительный и отрицательный заряды на полюсах. Так как масса и заряд ядра кислорода больше чем у ядер водорода, то электронное облако стягивается в сторону кислородного ядра. Таким образом, электронное облако имеет неоднородную плотность. Около ядер водорода имеется недостаток электронной плотности, а на противоположной стороне молекулы, около ядра кислорода, наблюдается избыток электронной плотности. Именно такая структура и определяет полярность молекулы воды. Ниже на изображениях представлена схема молекулы воды и связи в структуре льда.


     Благодаря наличию водородных связей, каждая молекула образует водородную связь с 4-мя соседними молекулами, создавая ажурный сетчатый каркас в структуре льда. Однако, в жидком состоянии вода – неупорядоченная жидкость; эти водородные связи - спонтанные, короткоживущие, быстро рвутся и образуются вновь. Всё это приводит к неоднородности в структуре воды.

     Замечательный обзор развития представлений о структуре воды дал к.х.н. О.В. Мосин. Особенности физических свойств воды и многочисленные короткоживущие водородные связи между соседними атомами водорода и кислорода в молекуле воды создают благоприятные возможности для образования особых структур-ассоциатов (кластеров), воспринимающих, хранящих и передающих самую различную информацию.

     Одна из первых моделей воды – модель Фрэка и Уэна. В соответствии с ней водородные связи в жидкой воде непрерывно образуются и рвутся, причем эти процессы протекают кооперативно в пределах короткоживущих групп молекул воды, названных "мерцающими кластерами”. Их время жизни оценивают в диапазоне от 10-10 до 10-11 с. Такое представление правдоподобно объясняет высокую степень подвижности жидкой воды и ее низкую вязкость. Считается, что благодаря таким свойствам вода служит одним из самых универсальных растворителей.


     Однако модель "мерцающих кластеров” не может объяснить множество уже давно известных фактов, и тех, что стали стремительно нарастать в последнее время. Но во второй половине XX века возникли две группы „смешанных" моделей: кластерные и клатратные. В первой группе вода представала в виде кластеров из молекул, связанных водородными связями, которые плавали в море молекул, в таких связях не участвующих. Модели второй группы рассматривали воду как непрерывную сетку (обычно в этом контексте называемую каркасом) водородных связей, которая содержит пустоты; в них размещаются молекулы, не образующие связей с молекулами каркаса. Нетрудно было подобрать такие свойства и концентрации двух микрофаз кластерных моделей или свойства каркаса и степень заполнения его пустот клатратных моделей, чтобы объяснить все свойства воды, в том числе и знаменитые аномалии.

     Среди кластерных моделей наиболее яркой оказалась модель Г. Немети и Х. Шераги: предложенные ими картинки, изображающие кластеры связанных молекул, которые плавают в море несвязанных молекул, вошли во множество монографий. Модель клатратного типа предложил О.Я. Самойлов в 1946 году: в воде сохраняется подобная гексагональному льду сетка водородных связей, полости которой частично заполнены мономерными молекулами. Л. Полинг в 1959 году создал другой вариант, предположив, что основой структуры может служить сетка связей, присущая некоторым кристаллогидратам.
В течение второй половины 60-х годов и начала 70-х наблюдается сближение всех этих взглядов. Появлялись варианты кластерных моделей, в которых в обеих микрофазах молекулы соединены водородными связями. Сторонники клатратных моделей стали допускать образование водородных связей между пустотными и каркасными молекулами.

     В 1990г. чл.-корр. АН СССР Г.А. Домрачев и физик Д.А. Селивановский сформулировали гипотезу о существовании механохимических реакций радикальной диссоциации воды. Они исходили из того, что жидкая вода представляет собой динамически нестабильную полимерную систему, и что по аналогии с механохимическими реакциями в полимерах, при механических воздействиях на воду поглощенная водой энергия, необходимая для разрыва Н-ОН, локализуется в микромасштабной области структуры жидкой воды. Поскольку диссоциация молекул воды и реакции с участием радикалов H и OH происходит в ассоциированном состоянии жидкой воды, радикалы могут иметь громадные (десятки секунд и более) продолжительности жизни до гибели в результате реакций рекомбинации.

     Таким образом, существуют достаточно убедительные свидетельства в пользу того, что в жидкой воде присутствуют весьма устойчивые полимерные структуры. В 1993 году американский химик Кен Джордан предложил свои варианты устойчивых "квантов воды”, которые состоят из 6 её молекул. Эти кластеры могут объединяться друг с другом и со "свободными” молекулами воды за счет экспонированных на их поверхности водородных связей. Интересной особенностью этой модели является то, что из нее
автоматически следует, что свободно растущие кристаллы воды, хорошо
известные нам снежинки, должны обладать 6-лучевой симметрией.

   
     В 2002 году группе д-ра Хэд-Гордона методом рентгеноструктурного анализа с помощью сверхмощного рентгеновского источника Advanced Light Source (ALS) удалось показать, что молекулы воды способны за счет водородных связей образовывать структуры - "истинные кирпичики" воды, представляющие собой топологические цепочки и кольца из множества молекул. Другая исследовательская группа Нильссона из синхротронной лаборатории всё того же Стенфордского университета, интерпретируя полученные экспериментальные данные как наличие структурных цепочек и колец, считает их довольно долгоживущими элементами структуры.

     Несмотря на то, что разные модели предлагают отличающиеся по своей геометрии кластеры, все они постулируют, что молекулы воды способны объединяться с образованием полимеров. Но классический полимер – это молекула, все атомы которой объединены ковалентными связями, а не водородными, которые до недавнего времени считались чисто электростатическими.

     Кроме того, у воды еще множество других тайн. Некоторые из них освещены в фильме "Великая тайна воды".
     И хотя фильм признан псевдонаучным, совершенно неправильно закрывать глаза на результаты исследований, представленные в данном фильме.

---