Manche sagen, Wasser sei einfach Ha zwei Oh – andere nennen dieses einfache Wasserstoff-Oxyd sonderbarerweise „Wasser-Asche“ – Viktor Schauberger nennt das natürliche Wasser „das Blut der Erde“.
Wir hatten hier schon mehrmals etwas zum Wasser gesagt – hier nun ein Artikel aus russischen Quellen (siehe ganz unten).
Zur besseren Trennung von Experiment und Theorie wurden die rein theoretischen Betrachtungen von mir farblich gesetzt.
© für die Übersetzung Luckyhans, 19. Mai 2016.
Наших уважаемых русскоязычных читателей просим читать русский текст внизу.
———————————————————–

Was wissen wir tatsächlich über das Wasser

09. Mai 2016

Obwohl die Menschheit das Wasser schon viele Jahrhunderte untersucht, ist es gerade das Wasser, das sich faktisch gar nicht den offiziell üblichen „Gesetzen der Physik“ unterwerfen will. Es hat seine eigenen Gesetze, von der Natur wohl extra dafür geschaffen.
Wasser zieht sich bei Abkühlung unter +4°C nicht mehr zusammen, sondern dehnt sich aus. Wasser ist in festem Zustand nicht schwerer als im flüssigen, wie alle anderen Körper, sondern – umgekehrt – leichter.
Keine anderen Gase außer Wasserstoff und Sauerstoff bilden bei Reaktion miteinander eine Flüssigkeit. Jedes beliebige Wasservolumen ist ein einziges gigantisches Dipol-Molekül.

Wasser unterscheidet sich von anderen Flüssigkeiten dadurch, daß es ein Zwei-Phasen-System darstellt – eine kristalline Flüssigkeit mit intensiven Kristallbildungsprozessen, starken intermolekularen Verbindungen (Wasserstoff-Brücken) mit Bildung von Konglomeraten aus Hunderten Molekülen und einer unendlichen Anzahl möglicher Formen der flüssigkristallinen Phase im Wasser, was als komplexe Gitterstruktur bezeichnet wird.

Die Besonderheiten der physikalischen Eigenschaften des Wassers und die vielfältigen kurzlebigen Wasserstoff-Bindungen zwischen den benachbarten Atomen des Wasserstoffs und des Sauerstoffs im Wassermolekül schaffen günstige Voraussetzungen für die Bildung besonderer Struktur-Assoziate (cluster – gesprochen Klaster, und so auch im weiteren geschrieben – d.Ü.), welche die unterschiedlichsten Informationen aufnehmen, speichern und übermitteln können.
Wasser, das aus einer Vielzahl von Klastern unterschiedliche Typen besteht, bildet eine hierarchische räumliche flüssigkristalline Struktur aus, welche große Informationsmengen aufnehmen und speichern kann.

Im Jahre 2002 ist es der Gruppe von Dr. Head-Gordon mit der Methode der Röntgenstrukturanalyse mit Hilfe der Hochleistungs-Röntgenquelle Advanced Light Source (ALS) gelungen zu zeigen, daß die Wassermoleküle in der Lage sind, über die Wasserstoffbindungen Strukturen zu bilden – „wahrliche Bausteine“ des Wassers, die aus topologischen Ketten und Ringen mit einer Vielzahl von Molekülen bestehen.

Eine andere Forschergruppe Nilssons aus dem Synchrotron-Labor derselben Stanford University interpretierte die erhaltenen Experimentalergebnisse als vorhandene Struktur-Ketten und -Ringe und hält sie für ausreichend langlebige Strukturelemente.

Das Modell des strukturierten Wasser bestimmt fast alle „anomalen“ Eigenschaften, die enorme praktische Bedeutung haben – Wasser ist der „anomalste“ bekannte Naturstoff (so lustig das auch klingen mag).
Der Durchmesser der H2O-Wassermoleküle beträgt 2,8 Angström (1 Angström = 10 hoch minus 10 m). Wenn man Wasser als einfache Gesamtheit von H2O-Molekülen ansieht, dann zeigt sich, daß das spezifische Gewicht 1,84 Gramm pro Kubikzentimeter betragen müßte, und die Siedetemperatur müßte gleich 63,5°C sein.
Wie bekannt ist jedoch bei Normaltemperatur und Normaldruck das spezifische Gewicht des Wassers genau 1 Gramm pro Kubikzentimeter, und Wasser siedet bei 100°C.
Davon ausgehend ist zu vermuten, daß innerhalb des Wasser sich „Leeräume“ befinden müssen, wo keine H2O-Moleküle sind, das heißt: ihm muß eine besondere Struktur eigen sein.
Diese prinzipielle Entdeckung wurde vom englischen Physiker Bernal gemacht. Seitdem ist auf diesen Gebiet eine Vielzahl von Forschungen durchgeführt worden, aber völlige Klarheit in dieser Frage gibt es noch nicht.

Die Fähigkeit des Wassermoleküls, bestimmte Strukturen zu bilden, gründet sich auf das Vorhandensein sog. Wasserstoff-Bindungen. Diese zerfallen leicht und stellen sich schnell wieder her, was die Struktur des Wassers ausschließlich veränderbar macht. Gerade dank diesen Bindungen entstehen in den Mikrovolumina des Wassers ununterbrochen eigenartige Assoziate des Wassers, dessen Strukturelemente. Die Bindung in diesen Assoziaten nennt sich Wasserstoff-Bindung.

Interessant ist, daß freie, nicht in Assoziaten gebundene Wassermoleküle im Wasser nur in sehr geringer Anzahl vorkommen. In der Hauptsache ist das Wasser eine Gesamtheit ungeordneter Assoziate und „Wasserkristalle“, wo die Anzahl der gebundenen Wasserstoffbindungen der Moleküle Hunderte oder sogar Tausende Einheiten erreichen kann.

Die „Wasserkristalle“ können die unterschiedlichesten Formen annehmen, sowohl räumliche als auch zweidimensionale (als Ringstrukturen). Grundlegend ist in allem das Tetraeder (die einfachste viereckige gleichseitige Pyramide) vorhanden. Genau solche Form haben die verteilten positiven und negativen Ladungen in den Wassermolekülen.

Beim Grupieren bilden die Tetraeder des Wassermoleküle verschiedenartige räumliche und ebene Strukturen. Aus all der Strukturen-Vielfalt ist in der Natur anscheinend (eine bis jetzt noch nicht genau bewiesene Vermutung) die Hauptstruktur eine hexagonale (sechseckige), wenn sechs Wassermoleküle (Tetraeder) sich zu einem Ring vereinen.

Solch ein Strukturtyp ist charakteristisch für Eis, Schnee, geschmolzenes Wasser und das Zellwasser aller lebenden Wesen.

Jedes Wassermolekül nimmt an der Kristallstrutur des Eises mit vier Wasserstoffbrücken teil, die in die Ecken des Tetraeders ausgerichtet sind. In der Mitte dieses Tetraeders befindet sich das Sauerstoffatom, in den beiden Spitzen je ein Wasserstoffatom, dessen Elektronen an der Bildung einer kovalenten Bindung mit dem Sauerstoff teilhaben. Die beiden anderen Spitzen werden von den Paaren der Valenzelektronen des Sauerstoffs besetzt, welche nicht an der Bildung der innermolekularen Bindungen teilnehmen.
Bei der Wechselwirkung eines Protons des einen Moleküls mit einem Paar ungeteilter Elektronen des Sauerstoffs eines anderen Moleküls entsteht eine Wasserstoff-Bindung, die schwächer ist als die innermolekulare Bindung, aber ausreichend stark, um die benachbarten Wassermoleküle festzuhalten.

Jedes Molekül kann gleichzeitig vier Wasserstoff-Bindungen mit anderen Molekülen bilden, unter streng definierten Winkeln, die gleich 109°28‘ sind und die zu den Spitzen eines Tetraeders gerichtet sind und die es beim Einfrieren nicht zulassen, daß eine dichte Struktur entsteht (dabei ist in den Eisstrukturen dieses Tetraeder ein gleichseitiges).

Wenn das Eis schmilzt, zerfällt dessen tetragonale Struktur und es bildet sich ein Gemisch aus Tri-, Tetra-, Penta- und Hexameren des Wassers und freien Wassermolekülen.

Im Wasser zerfallen die Klaster periodisch und bilden sich neu. Die Zeit eines solchen Übersprungs beträgt Zehn hoch minus 12 Sekunden.

Wasser-Klaster

Es hat sich als hinreichend schwierig erwiesen, den Aufbau dieser sich bildenden Wasser-Polymere zu erforschen, da das Gemisch unterschiedlicher Klaster sich untereinander in einem Gleichgewichtszustand befindet. Beim Zusammenstoß miteinander gehen sie ineinander über, zerfallen und bilden sich neu.

Dieses Gemisch in einzelne Komponenten aufzuteilen ist praktisch auch unmöglich. Erst im Jahre 1993 dechiffrierte eine Forschergruppe der Kalifornischen Universität Berkley (VSA) unter Leitung von Dr. P.J.Sicully den Aufbau eines Wasser-Trimers, im Jahre 1996 eines Tetramers und eines Pentamers, und danach auch eines Hexamers des Wassers.
Bis dahin war schon festgestellt worden, daß flüssiges Wasser aus polymeren Assoziaten (Klastern) besteht, die bis zu sechs Wassermoleküle enthalten.

Der Aufbau der Tri-, Tetra-, Penta- und Hexamere des Wassers wurde erforscht. Sie sind alle zyklisch, d.h. sie bilden hinreichend stabile „Ringe“.

Als komplizierter erwies sich der Aufbau der Hexamere. Die einfachste Struktur – sechs Moleküle Wasser in den Ecken eines Sechsecks – hat sich als nicht so stabil erwiesen wie die Zellstruktur. Mehr noch, die Struktur eines Prismas, eines offenen Buches oder eines Bootes erwiesen sich auch als nicht so stabil.
In einem Sechseck können nur sechs Wasserstoffbrücken entstehen, aber die Experimentalergebnisse sprachen für die Anwesenheit von acht. Dies bedeutet, daß vier Wassermoleküle überkreuz mit Wasserstoffbrücken verbunden sind.

Im Jahre 1999 hat Stanislaw Senin gemeinsam mit B. Polanwer (jetzt in den VSA) im GNII für Genetik (Staatliches Wissenschaftliches Forschungsinstitut für Genetik in Moskau) eine Forschungsarbeit durchgeführt, die interessante Ergebnisse zeitigte. Unter Verwendung von modernen Analysemethoden, wie Refraktrometrie, Protonenresonanz und Flüssigkeits-Chromatografie gelang es den Forschern, die Polyassoziate – die Wasser-“Quanten“ – zu beobachten.

Gemäß der Hypothese des S.W. Senin stellt das Wasser eine hierarchische gleichmäßige Volumenstruktur von Assoziaten (clathrates) dar, in deren Basis ein kristallähnliches „Wasser-Quant“ liegt, welches aus 57 Molekülen besteht, die miteinander durch die freien Wasserstoff-Bindungen wechselwirken. Dabei bilden die 57 Wassermoleküle (Quanten) eine Struktur, welche an ein Tetraeder erinnert. Das Tetraeder seinerseits besteht aus 4 Dodekaedern (gleichseitige 12-Fächer). 16 Quanten bilden ein Strukturelement, das aus 912 Wassermolekülen besteht. Das Wasser besteht zu 80% aus solchen Elementen, zu 15% aus Tetraeder-Quanten und zu 3% aus klassischen HazweiOh-Molekülen. Dieserart ist die Wasserstruktur mit den sog. Platonischen Körpern (Tetraeder, Dodekaeder) verbunden, deren Form mit dem „Goldenen Schnitt“ assoziiert ist. Der Kern des Sauerstoff hat ebenfalls die Form eines Platonischen Körpers (Tetraeders).

Dabei verbleibt jedem Wassermolekül in den einfachen Tetraedern die Fähigkeit, Wasserstoff-Bindungen zu bilden. Durch diese können die einfachen Tetraeder sich an Spitzen, Kanten und Flächen vereinen und verschiedene Klaster mit komplizierter Struktur bilden, zum Beispiel Dodekaeder.

Auf diese Weise entstehen im Wasser stabile Klaster, welche in sich sehr große Energien und Informationen mit extrem hoher Dichte enthalten. Die Ordnungszahl solcher Wasserstrukturen ist auch sehr hoch, wie auch die Ordnungszahl der Kristalle (die Struktur mit maximal hoher Ordnung, die uns bekannt ist), daher werden sie auch „flüssige Kristalle“ oder „kristallines Wasser“ genannt.
Eine solche Struktur ist energetisch sehr vorteilhaft und zerfällt unter Freiwerdung freier Wassermoleküle in hochkonzentrierten Alkoholen und ihnen ähnlichen Lösungsmitteln [Senin, 1994]. Die „Wasser-Quanten“ können miteinander über die freien Wasserstoffbindungen, welche außen aus den Spitzen des „Quants“ mit ihren Kanten herausragen, in Wechselwirkung treten. Dabei ist die Bildung von zwei Strukturvarianten zweiter Ordnung möglich.
Die Wechelwirkung untereinander führt zur Entstehung von Strukturen höherer Ordnung. Letztere bestehen aus 912 Wassermolekülen, die nach dem Senin-Modell praktisch nicht fähig sind zur Wechselwirkung über die Bildung von Wasserstoffbindungen.
Damit wird zum Beispiel die Fließfähigkeit der Flüssigkeit erklärt, die aus riesigen Klastern besteht. Auf diese Weise stellt das Wassermilieu ein hierarchisches organisiertes Flüssigkristell dar.

Die Veränderung der Lage eines Strkturelements in diesem Kristall unter Einwirkung eines beliebigen äußeren Faktors oder die Änderung der Orientierung der umliegenden Elemente unter dem Einfluß zuzusetzender Stoffe gewährleistet, gemäß der Senin-Hypothese, die hohe Empfindlichkeit des Informationssystems Wasser.
Wenn das Erregungsniveau der Strukturelemente nicht ausreichend ist für den Umbau der ganzen Wasserstruktur im gegebenen Volumen, dann wird das System nach Wegnahme der Erregung nach 30 – 40 Minuten in den Ausgangszustand zurückkehren.
Wenn jedoch eine Umcodierung, d.h. ein Übergang zu einer anderen gegenseitigen Anordnung der Strukturelemente des Wassers sich als energetisch vorteilhaft erwiesen hat, dann wird im neuen Zustand sich die Codierungswirkung des den Umbau hervorrufenden Stoffes widerspiegeln [Senin, 1994].
Ein solches Modell erlaubt es Senin, das „Gedächtnis des Wassers“ und seine Informationseigenschaften zu erklären.

In destilliertem Wasser sind die Klaster praktisch elektroneutral. Allerdings hat Senin beobachtet, daß man deren elektrische Leitfähigkeit verändern kann. Wenn man mit einem Magnetstab umrührt, werden die Bindungen zwischen den Elementen der Klaster zerstört und das Wasser verwandelt sich in eine tote, ungeordnete Pampe.

Wenn man in das Wasser eine extrem kleine Menge anderen Stoffes einbringt (und sei es auch nur ein Molekül), beginnen die Klaster dessen elektromagnetische Eigenschaften zu „übernehmen“. Diese Eigenschaft erklärt den außerordentlich labilen, beweglichen Charakter von deren Wechselwirkung. Es erfolgt der Aufbau von Strukturelementen des Wassers in Zellen (Klatrate) mit der Größe 0,5 – 1 Mikrometer (1 Mikrometer = 10 hoch minus sechs Meter – d.Ü.).

Der strukturierte Zustand des Wasser hat sich als ein empfindlicher Sensor für verschiedene Felder erwiesen. S. Senin meint, daß das Gehirn, das selbst zu 90% aus Wasser besteht, vielleicht auch dessen Struktur verändern kann. Gestützt auf ähnliche Vorstellungen von der Struktur des Wassers, klären die Wissenschaftler interessante Details.

Unlängst haben die russischen Forscher Wysozkij und Kornilowa unter Entwicklung der Ideen von Ju.I.Naberuchin eine Berechnung der energetischen Erfordernisse für den Übergang eines freien Wassermoleküls aus dem ungebundenen Zustand in den Spalt eines Klatrates und umgekehrt durchgeführt.

Mit Hilfe dieser Berechnungen haben sie gezeigt, daß man die Struktur des Wassers – die Anzahl der freien Wassermoleküle in den Spalten der Klatrate und außerhalb derselben – mit Hilfe von Druck, Temperatur, Magnetfeldern u.a. beeinflussen kann.

Unter natürlichen Bedingungen können sich die Spalten in den Klatraten mit Molekülen natürlicher Gase füllen und Kristallohydrate bilden.
Das am weitesten verbreitete Kristallohydrat, das im ewigen Frostboden und auf dem Grund von Meeren und Ozeanen vorkommt, ist das Kristallohydrat des Kohlenwasserstoffgases Methan. Es stellt eine Masse dar, die nassem Schnee ähnlich ist. Solche Kristallohydrate können im Prinzip als alternativer Brennstoff zu Erdöl und Gas genutzt werden, aber sie können auch gleichzeitig eine große Gefahr für das Leben auf der Erde darstellen.

Das Modell des Klaster-Aufbaus des Wassers hat viele strittige zu diskutierende Momente, aber es abzulehnen ist völlig ungerecht. Zum Beispiel meint Senin, daß das Grundelement der Wasserstruktur ein Klaster aus 57 Molekülen sei, gebildet durch das Verschmelzen von vier Dodekaedern. Sie haben gemeinsame Flächen und ihre Zentren bilden ein gleichseitiges Tetraeder.
Daß Wassermoleküle sich in den Ecken eines pentagonalen Dodekaeders anordnen können, ist seit langem bekannt; ein solcher Dodekaeder ist die Grundlage der Gashydrate. Deshalb ist nichts verwunderliches an der Vorstellung über die Existenz solcher Strukturen im Wasser, obwohl schon gesagt wurde, daß es keine konkrete Struktur als vorherrschend und längervorhanden geben kann.
Deshalb ist es sonderbar, daß dieses Element als wichtigstes vorausgesetzt wird und daß dazu genau 57 Moleküle gehören. Zum Beispiel kann man aus Kugeln genausolche Strukturen aufbauen, die aus aneinanderliegenden Dodakaedern bestehen und 200 Moleküle enhalten. Senin dagegen meint, daß der Prozeß der dreidimensionalen Polymerisation bei 57 Molekülen stoppt. Größere Assoziate soll es nach seiner Meinung nicht geben.
Allerdings könnten sich dann aus dem Wasserdampf keine Kristalle hexagonalen Eises entstehen, die eine riesige Anzahl von Molekülen enthalten, welche über Wasserstoffbindungen vereinigt sind. Es ist absolut unklar, warum das Klasterwachstum bei Senin bei 57 Molekülen aufgehört hat.

Um von den Widersprüchen wegzukommen, packt Senin die Klaster in größere komplexere Gebilde – Rhomboeder – aus fast eintausend Molekülen, wobei die Ausgangs-Klaster untereinander keine Wasserstoffbindungen ausbilden. Es stellt sich die Frage: warum?
Nach Meinung Senins gewährleistet gerade das Muster/die Zeichnung der Hydroxylgruppen auf der Oberfläche der Rhomboeder die Informationseigenschaften des Wassers. Folglich sind die Wassermoleküle in diesen großen Komplexen fest fixiert, und diese Komplexe selbst stellen Festkörper dar.

Solches Wasser wird nicht fließen, und seine Schmelztemperatur, die mit der Molekülmasse verbunden ist, müßte recht hoch sein. Da die Basis des Modells aus Tetraeder-Aufbauten besteht, kann man es in dieser oder jener Form mit den Daten aus der Difraktion der Röntgenstrahlen und Neutronen abstimmen. Und obwohl das Senin-Modell die Verringerung der Dichte beim Schmelzen erklären kann – die Packungen der Dodekaeder sind enger als beim Eis -, ist das Modell schwieriger mit den dynamischen Eigenschaften des Wassers zu vereinbaren: der Fließfähigkeit, dem großen Eigendiffusions-Koeffizienten, der geringen Korrelationszeit und dielektrischen Relaxationszeit, welche in Pikosekunden gemessen werden.

Es ist festzustellen, daß es gegenwärtig auch andere Wassermodelle gibt, die dessen anomale Eigenschaften erklären. So hat Prof. Martin Chaplin von der Londoner Universität (Martin Chaplin, Professor of Applied Science Water and Aqueous Systems Research of the London South Bank University) eine andere Wasserstruktur berechnet und vorgeschlagen, in dessen Basis Ikosaeder (ein Körper, der von 20 gleichseitigen Dreiecken begrenzt ist – d.Ü.) liegen.

Gemäß diesem Modell besteht Wasser aus 1820 Molukülen – das ist doppelt soviel wie im Modell Senins.

Der gigantische Ikosaeder seinerseits besteht aus 13 kleineren Strukturelementen. Wobei, wie bei Senin, die Struktur des gigantischen Assoziates auf kleineren Aufbauten basiert.

Vor kurzem haben Dr. Angelos Michaelides vom Zentrum für Nanotechnologie in London und Prof. Karina Morgenstern von der Leibnitz-Universität in Hannover im Journal „Materials“ eine Arbeit veröffentlicht, die der Erforschung der Eigenschaften kristallinen Wassers auf dem Nanoniveau gewidmet ist.

Die Gelehrten haben Wasserdampf über der Oberfläche einer Metallplatte, die eine Temperatur von 5 Grad Kelvin hatte, abgekühlt. Bald konnte man mit Hilfe eines Scanner-Tunnelmikroskops auf der Platte ein Hexamer (sechs miteinander verbundene Wassermoleküle) beobachten – eine Miniatur-Schneeflocke. Das ist der kleinste mögliche Eis-Klaster. Die Gelehrten haben auch Klaster mit sieben, acht und neun Molekülen beobachtet.

Im Unterschied zum kristallinen Eis, wo zwischen allen Wassermolekülen die Bindungsenergie dieselbe ist, gibt es in den Nanoklastern einen Wechsel von starken und schwachen Bindungen (und der entsprechenden Abstände) zwischen den einzelnen Molekülen. Ebenso wurden wichtig Ergebnisse zur Fähigkeit der Wassermoleküle auf Verteilung der Wasserstoffbindungen und deren Bindung an die Metalloberfläche gewonnen.

(nach Unterlagen von O.W. Mosin)

Quelle: http://webnovosti.info/n/31540 —————————————————

Что мы на самом деле знаем о воде

09 мая 2016 –

Хотя воду человечество изучает уже много столетий, тем не менее, именно вода фактически не подчиняется никаким официально принятым законам физики. У нее свои законы, как будто созданные природой только для нее. Вода при охлаждении ниже +4 °С не сжимается, а расширяется. Вода в твердом состоянии не тяжелее, чем в жидком, как все тела, а наоборот – легче. Никакие другие газы, кроме кислорода и водорода, не образуют жидкость при смешивании друг с другом. Любой объем воды – это одна гигантская молекула – диполь.

Вода отличается от других жидкостей тем, что она представляет собой двухфазную систему – кристаллическую жидкость с интенсивными процессами кристаллообразования, сильными межмолекулярными связями (водородными мостиками) с образованием конгломератов из сотен молекул и бесконечным количеством возможных форм жидкокристаллической фазы в воде, что носит название сложной решетчатой структуры.

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. Вода, состоящая из множества кластеров различных типов, образует иерархическую пространственную жидкокристаллическую структуру, которая может воспринимать и хранить большие объемы информации.

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.

Модель структурированной воды определяет почти все её „аномальные“ свойства, имеющие огромное практическое значение – вода самое „аномальное“ из всех известных природе веществ (как это ни смешно звучит). Диаметр молекулы воды 2,8 А (1 ангстрем = 10-10м). Если рассматривать воду как простую совокупность молекул Н2О, то оказывается, что её удельный вес должен составлять 1,84 г/см3, а температура её кипения будет равна 63,5°С. Но, как известно, при нормальной температуре и давлении удельный вес воды равен 1 г/см3, а кипит вода при 100°С. Исходя из этого, следует предположить, что внутри воды должны быть пустоты, где нет молекул Н2О, то есть воде присуща особая структура. Это принципиальное открытие было сделано английским физиком Берналом. С тех пор в этой области проведено множество исследований, но полной ясности в этом вопросе еще нет.

Способность молекул воды образовывать определенные структуры основана на наличии так называемых водородных связей. Они легко разрушаются и быстро восстанавливаются, что делает структуру воды исключительно изменчивой. Именно благодаря этим связям в отдельных микрообъемах воды непрерывно возникают своеобразные ассоциаты воды, её структурные элементы. Связь в таких ассоциатах называется водородной.

Интересно, что свободные, не связанные в ассоциаты молекулы воды присутствуют в воде лишь в очень небольшом количестве. В основном же вода – это совокупность беспорядочных ассоциатов и «водяных кристаллов», где количество связанных в водородные связи молекул может достигать сотен и даже тысяч единиц.

«Водяные кристаллы» могут иметь самую разную форму, как пространственную, так и двухмерную (в виде кольцевых структур). В основе же всего лежит тетраэдр (простейшая пирамида в четыре угла). Именно такую форму имеют распределенные положительные и отрицательные заряды в молекуле воды.

Группируясь, тетраэдры молекул H2O образуют разнообразные пространственные и плоскостные структуры. И из всего многообразия структур в природе базовой, судя по всему (пока лишь не точно доказанное предположение) является главная – гексагональная (шестигранная), когда шесть молекул воды (тетраэдров) объединяются в кольцо.

Такой тип структуры характерен для льда, снега, талой воды, клеточной воды всех живых существ.

Каждая молекула воды в кристаллической структуре льда участвует в 4 водородных связях, направленных к вершинам тетраэдра. В центре этого тетраэдра находится атом кислорода, в двух вершинах — по атому водорода, электроны которых задействованы в образовании ковалентной связи с кислородом. Две оставшиеся вершины занимают пары валентных электронов кислорода, которые не участвуют в образовании внутримолекулярных связей. При взаимодействии протона одной молекулы с парой неподеленных электронов кислорода другой молекулы возникает водородная связь, менее сильная, чем связь внутримолекулярная, но достаточно мощная, чтобы удерживать рядом соседние молекулы воды.

Каждая молекула может одновременно образовывать четыре водородные связи с другими молекулами под строго определенными углами, равными 109°28‘, направленных к вершинам тетраэдра, которые не позволяют при замерзании создавать плотную структуру (при этом в структурах льда этот тетраэдр правильный).

Когда лёд плавится, его тетрагональная структура разрушается и образуется смесь, состоящая из три-, тетра-, пента-, и гексамеров воды и свободных молекул воды.

В воде кластеры периодически разрушаются и образуются снова. Время перескока составляет 10 в -12 секунд.

Bild Klaster

Изучить строение этих образующихся полимеров воды оказалось довольно сложно, поскольку вода – смесь различных кластеров, которые находятся в равновесии между собой. Сталкиваясь друг с другом, они переходят один в другой, распадаются и вновь образуются.

Разделить эту смесь на отдельные компоненты тоже практически невозможно. Лишь в 1993 году группа исследователей из Калифорнийского университета (г. Беркли, США) под руководством доктора Р.Дж.Сайкалли расшифровала строение тримера воды, в 1996 г. – тетрамера и пентамера, а затем и гексамера воды. К этому времени уже было установлено, что жидкая вода состоит из полимерных ассоциатов (кластеров), содержащих от трех до шести молекул воды.

Bild Kugeln

Было изучено строение три-, тетра-, пента- и гексамера воды. Все они цикличны, т. е. образуют довольно устойчивые «кольца».

Более сложным оказалось строение гексамера. Самая простая структура – шесть молекул воды в вершинах шестиугольника, – как выяснилось, не столь прочна, как структура клетки. Более того, структуры призмы, раскрытой книги или лодки тоже оказались менее устойчивыми. В шестиугольнике может быть только шесть водородных связей, а экспериментальные данные говорят о наличии восьми. Это значит, что четыре молекулы воды связаны перекрёстными водородными связями.

В 1999 г. Станислав Зенин провёл совместно с Б. Полануэром (сейчас в США) исследование воды в ГНИИ генетики, которые дали интереснейшие результаты. Применив современные методы анализа, как-то рефрактометрического, протонного резонанса и жидкостной хроматографии, исследователям удалось обнаружить полиассооциаты – „кванты“ воды.

Согласно гипотезе С.В. Зенина вода представляет собой иерархию правильных объемных структур „ассоциатов“ (clathrates), в основе которых лежит кристаллоподобный „квант воды“, состоящий из 57 ее молекул, которые взаимодействуют друг с другом за счет свободных водородных связей. При этом 57 молекул воды (квантов), образуют структуру, напоминающую тетраэдр. Тетраэдр в свою очередь состоит из 4 додекаэдров (правильных 12-гранников). 16 квантов образуют структурный элемент, состоящий из 912 молекул воды. Вода на 80% состоит из таких элементов, 15% – кванты-тетраэдры и 3% – классические молекулы Н2О. Таким образом, структура воды связана с так называемыми платоновыми телами (тетраэдр, додекаэдр), форма которых связана с золотой пропорцией. Ядро кислорода также имеет форму платонова тела (тетраэдра).

При этом у каждой из молекул воды в простых тетраэдрах сохраняется способность образовывать водородные связи. За счет их простые тетраэдры могут объединяться между собой вершинами, ребрами или гранями, образуя различные кластеры со сложной структурой, например, в форме додекаэдра.

Bild Strukturen

Таким образом, в воде возникают стабильные кластеры, которые несут в себе очень большую энергию и информацию крайне высокой плотности. Порядковое число таких структур воды так же высоко, как и порядковое число кристаллов (структура с максимально высоким упорядочением, которую мы только знаем), потому их также называют «жидкими кристаллами» или «кристаллической водой».
Такая структура энергетически выгодна и разрушается с освобождением свободных молекул воды лишь при высоких концентрациях спиртов и подобных им растворителей [Зенин, 1994].
„Кванты воды“ могут взаимодействовать друг с другом за счет свободных водородных связей, торчащих наружу из вершин “кванта” своими гранями. При этом возможно образование уже двух типов структур второго порядка. Их взаимодействие друг с другом приводит к появлению структур высшего порядка. Последние состоят из 912 молекул воды, которые по модели Зенина практически не способны к взаимодействию за счет образования водородных связей.
Этим и объясняется, например, высокая текучесть жидкости, состоящей из громадных кластеров. Таким образом, водная среда представляет собой как бы иерархически организованный жидкий кристалл.

Изменение положения одного структурного элемента в этом кристалле под действием любого внешнего фактора или изменение ориентации окружающих элементов под влиянием добавляемых веществ обеспечивает, согласно гипотезе Зенина, высокую чувствительность информационной системы воды.
Если степень возмущения структурных элементов недостаточна для перестройки всей структуры воды в данном объеме, то после снятия возмущения система через 30-40 мин возвращается в исходное состояние. Если же перекодирование, т. е. переход к другому взаимному расположению структурных элементов воды оказывается энергетически выгодным, то в новом состоянии отражается кодирующее действие вызвавшего эту перестройку вещества [Зенин, 1994]. Такая модель позволяет Зенину объяснить „память воды“ и ее информационные свойства.

В дистиллированной воде кластеры практически электронейтральны. Однако Зенин обнаружил, что их электропроводность можно изменить. Если помешать магнитной мешалкой, связи между элементами клстеров будут разрушены и вода превратится в мертвое, неупорядоченное месиво.

Если поместить в воду предельно малое количество другого вещества (хоть одну молекулу) – кластеры начнут „перенимать“ его электромагнитные свойства. Это свойство объясняет чрезвычайно лабильный, подвижный характер их взаимодействия. Осуществляется построение структурных элементов воды в ячейки (клатраты) размером до 0,5-1 микрон.

Структурированное состояние воды оказалось чувствительным датчиком различных полей. С. Зенин считает, что мозг, сам состоящий на 90% из воды, может, тем не менее, изменять её структуру. Опираясь на подобные представления о структуре воды, учёные выяснили интересные подробности.

Недавно, российские исследователи Высоцкий и Корнилова, развивая идеи Ю.И. Наберухина, провели расчет энергетических характеристик, необходимых для перехода свободных молекул воды из несвязанного состояния в полость клатрата и обратно.

С помощью этих расчетов они показали, что структурой воды – количеством свободных молекул воды в полостях клатратов и вне их, – можно управлять с помощью давления, температуры, магнитного поля и т. д.

В природных условиях полости в клатратах воды могут занимать молекулы природных газов, образуя кристаллогидраты. Наиболее распространенным кристаллогидратом, встречающимся в вечной мерзлоте и на дне морей и океанов, является кристаллогидрат углеводородного газа метана. Он представляет собой массу, похожую на мокрый снег. Такие кристаллогидраты, в принципе, могут использоваться в качестве топлива альтернативного нефти и газу, но, вместе с тем, могут представлять большую опасность для жизни на Земле .

Модель кластерного строения воды имеет много спорных дискутируемых моментов, но отвергать её совершенно несправедливо. Например, Зенин предполагает, что основной структурный элемент воды — кластер из 57 молекул, образованный слиянием четырёх додекаэдров. Они имеют общие грани, а их центры образуют правильный тетраэдр. То, что молекулы воды могут располагаться по вершинам пентагонального додекаэдра, известно давно; такой додекаэдр — основа газовых гидратов. Поэтому ничего удивительного в предположении о существовании таких структур в воде нет, хотя уже говорилось, что никакая конкретная структура не может быть преобладающей и существовать долго.
Поэтому странно, что этот элемент предполагается главным и что в него входит ровно 57 молекул. Из шариков, например, можно собирать такие же структуры, которые состоят из примыкающих друг к другу додекаэдров и содержат 200 молекул. Зенин же утверждает, что процесс трёхмерной полимеризации воды останавливается на 57 молекулах. Более крупных ассоциатов, по его мнению, быть не должно. Однако если бы это было так, из водяного пара не могли бы осаждаться кристаллы гексагонального льда, которые содержат огромное число молекул, связанных воедино водородными связями. Совершенно неясно, почему рост кластера Зенина остановился на 57 молекулах.

Чтобы уйти от противоречий, Зенин упаковывает кластеры в более сложные образования — ромбоэдры — из почти тысячи молекул, причём исходные кластеры друг с другом водородных связей не образуют. Возникает вопрос почему?
По мнению Зенина, узор гидроксильных групп на поверхности ромбоэдров и обеспечивает информационые свойства воды. Следовательно, молекулы воды в этих крупных комплексах жёстко фиксированы, и сами комплексы представляют собой твёрдые тела.
Такая вода не будет течь, а температура её плавления, которая связана с молекулярной массой, должна быть весьма высокой. Поскольку в основе модели лежат тетраэдрические постройки, её можно в той или иной степени согласовать с данными по дифракции рентгеновских лучей и нейтронов. И хотя модель Зенина может объяснить уменьшение плотности при плавлении — упаковка додекаэдров плотнее, чем лёд, труднее согласуется модель с динамическими свойствами воды — текучестью, большим значением коэффициента самодиффузии, малыми временами корреляции и диэлектрической релаксации, которые измеряются пикосекундами.

Следует отметить, что в настоящее время существуют и другие модели воды, описывающие её аномальные свойства. Так, профессор Мартин Чаплин из Лондонского университета (Martin Chaplin, Professor of Applied Science Water and Aqueous Systems Research of the London South Bank University) рассчитал и предположил иную структуру воды, в основе которой лежит икосаэдр.

Согласно этой модели вода состоит из 1820 молекул воды – это в два раза больше, чем в модели Зенина.

Гигантский икосаэдр в свою очередь состоит из 13 более мелких структурных элементов. Причем, так же как и у Зенина, структура гигантского ассоциата базируется на более мелких образованиях.

Совсем недавно д-р Анджелос Микаелидес (Angelos Michaelides) из Центра нанотехнологий в Лондоне и профессор Карина Моргенштерн (Karina Morgenstern) из университета им. Лейбница в Ганновере опубликовали в журнале Nature Materials работу, посвященную изучению свойств кристаллической воды на наноуровне.

Ученые охлаждали водяной пар над поверхностью металлической пластины, находящейся при температуре 5 градусов Кельвина. Вскоре с помощью сканирующего туннельного микроскопа на пластине удалось наблюдать гексамер (шесть соединенных между собой молекул воды) – мельчайшую снежинку. Это самый маленький из возможных кластеров льда. Ученые наблюдали также кластеры, содержащие семь, восемь и девять молекул.

В отличие от кристаллического льда, где между всеми молекулами воды энергия связи одинакова, в нанокластерах есть чередование сильных и слабых связей (и соответствующих расстояний) между отдельными молекулами. Получены также важные результаты о способности молекул воды к распределению водородных связей и к их связи с поверхностью металла.

(по материалам О. В. Мосина)

Quelle: http://webnovosti.info/n/31540/