Tak się nazywa mały kryształek lodu. Minimalna liczba cząsteczek. Oznaki i objawy przyjęcia

O. W. Mosin, I. Ignatow (Bułgaria)

adnotacja Nie można nie doceniać znaczenia lodu w podtrzymywaniu życia na naszej planecie. Lód ma ogromny wpływ na warunki życia i życie roślin i zwierząt oraz na różne rodzaje działalność gospodarcza człowieka. Pokrywający wodę lód, ze względu na swoją małą gęstość, pełni w przyrodzie rolę pływającego ekranu, chroniącego rzeki i zbiorniki przed dalszym zamarzaniem oraz chroniąc życie podwodnych mieszkańców. Wykorzystanie lodu do różnych celów (retencja śniegu, układanie przejść lodowych i magazynów izotermicznych, odlodzenie magazynów i kopalń) jest przedmiotem wielu działów nauk hydrometeorologicznych i inżynierskich, takich jak technologia lodu, technologia śniegu, inżynieria wiecznej zmarzliny, a także działalność służb specjalnych w zakresie rozpoznania lodu, transportu lodołamaczy i pługów śnieżnych. Lód naturalny służy do przechowywania i chłodzenia żywności, produktów biologicznych i medycznych, dla których jest specjalnie produkowany i zbierany, a woda roztopiona przygotowana z topienia lodu jest wykorzystywana w medycynie ludowej w celu zwiększenia przemiany materii i usunięcia toksyn z organizmu. Artykuł wprowadza czytelnika w nowe, mało znane właściwości i modyfikacje lodu.

Lód to krystaliczna forma wody, która według najnowszych danych ma czternaście modyfikacji strukturalnych. Wśród nich znajdują się zarówno modyfikacje krystaliczne (lód naturalny), jak i amorficzne (lód sześcienny) oraz metastabilne, różniące się wzajemnym układem i właściwościami fizycznymi cząsteczek wody połączonych wiązaniami wodorowymi tworzącymi sieć krystaliczną lodu. Wszystkie z wyjątkiem zwykłych lód naturalny I h , krystalizujące w sieci heksagonalnej, powstają w egzotycznych warunkach - przy bardzo niskich temperaturach suchego lodu i ciekłego azotu oraz przy wysokich ciśnieniach tysięcy atmosfer, kiedy zmieniają się kąty wiązań wodorowych w cząsteczce wody i układy kryształów inne niż heksagonalne są tworzone. Takie warunki przypominają warunki kosmiczne i nie występują na Ziemi.

W naturze lód reprezentowany jest głównie przez jedną odmianę krystaliczną, krystalizującą się w siatce heksagonalnej przypominającej strukturę diamentu, gdzie każda cząsteczka wody jest otoczona czterema cząsteczkami najbliżej niej, znajdującymi się w równych odległościach od niej, równych 2,76 angstremów i zlokalizowanych na wierzchołkach czworościanu foremnego. Ze względu na niską liczbę koordynacyjną struktura lodu jest siecią, co wpływa na jego niską gęstość, która wynosi 0,931 g/cm 3 .

Najbardziej niezwykłą właściwością lodu jest niesamowita różnorodność zewnętrznych przejawów. Przy tej samej strukturze krystalicznej może wyglądać zupełnie inaczej, przybierając postać przezroczystych gradów i sopli, puszystych płatków śniegu, gęstej lśniącej skorupy lodowej lub gigantycznych mas lodowcowych. Lód występuje w naturze w postaci kontynentalnej, pływającej i podziemny lód, a także w postaci śniegu i szronu. Jest szeroko rozpowszechniony we wszystkich obszarach zamieszkania człowieka. Zbierając w dużych ilościach śnieg i lód tworzą specjalne struktury o zasadniczo innych właściwościach niż pojedyncze kryształy czy płatki śniegu. Lód naturalny tworzony jest głównie przez lód pochodzenia sedymentacyjno-metamorficznego, powstały z opadów atmosferycznych w postaci stałej w wyniku późniejszego zagęszczania i rekrystalizacji. Charakterystyczną cechą lodu naturalnego jest ziarnistość i prążkowanie. Ziarnistość wynika z procesów rekrystalizacji; każde ziarnko lodu lodowcowego jest kryształem o nieregularnym kształcie, który ściśle przylega do innych kryształów w masie lodowej w taki sposób, że występy jednego kryształu ściśle przylegają do zagłębień drugiego. Taki lód nazywa się polikrystalicznym. W nim każdy kryształ lodu jest warstwą najcieńszych liści zachodzących na siebie w płaszczyźnie podstawowej, prostopadłej do kierunku osi optycznej kryształu.

Całkowite rezerwy lodu na Ziemi szacuje się na około 30 milionów ton. km 3(Tabela 1). Większość lodu koncentruje się na Antarktydzie, gdzie grubość jego warstwy sięga 4 km. Istnieją również dowody na obecność lodu na planetach Układu Słonecznego iw kometach. Lód jest tak ważny dla klimatu naszej planety i przebywania na niej żywych istot, że naukowcy wyznaczyli specjalne środowisko dla lodu - kriosferę, której granice sięgają wysoko w atmosferę i głęboko w skorupę ziemską.

Patka. jeden. Ilość, rozmieszczenie i żywotność lodu.

Rodzaj lodu; Waga; Obszar dystrybucji; Średnie stężenie, g/cm2; Wskaźnik przyrostu masy ciała, g/rok; Średni czas życia, rok
G; %; mln km2; %
Lodowce; 2,4 1022; 98,95; 16,1; 10.9 sushi; 1,48 105; 2,5 1018; 9580
podziemny lód; 2 1020; 0,83; 21; 14,1 sushi; 9,52 103; 6 1018; 30-75
lód morski; 3,5 1019; 0,14; 26; 7.2 oceany; 1,34 102; 3,3 1019; 1,05
Śnieżna pokrywa; 1,0 1019; 0,04; 72,4; 14.2 Ziemie; 14,5; 2 1019; 0,3-0,5
góry lodowe; 7,6 1018; 0,03; 63,5; 18,7 ocean; 14,3; 1,9 1018; 4.07
lód atmosferyczny; 1,7 1018; 0,01; 510,1; 100 Ziemia; 3,3 10-1; 3,9 1020; 4 10-3

Kryształki lodu mają unikalny kształt i proporcje. Każdy rosnący kryształ naturalny, w tym kryształ lodu lodu, zawsze dąży do stworzenia idealnej, regularnej sieci krystalicznej, ponieważ jest to korzystne z punktu widzenia minimum jego energii wewnętrznej. Ewentualne zanieczyszczenia, jak wiadomo, zniekształcają kształt kryształu, dlatego podczas krystalizacji wody molekuły wody wbudowują się przede wszystkim w siatkę, a obce atomy i molekuły zanieczyszczeń są przemieszczane do cieczy. I dopiero gdy zanieczyszczenia nie mają dokąd się przedostać, kryształek lodu zaczyna je wbudowywać w swoją strukturę lub opuszcza je w postaci pustych kapsułek ze skoncentrowaną niezamarzającą cieczą - solanką. Dlatego lód morski jest świeży, a nawet najbrudniejsze zbiorniki wodne pokryte są przezroczystymi i czysty lód. Gdy lód topi się, wypiera zanieczyszczenia do solanki. W skali planetarnej zjawisko zamarzania i rozmrażania wody wraz z parowaniem i kondensacją wody pełni rolę gigantycznego procesu oczyszczania, w którym woda na Ziemi nieustannie się oczyszcza.

Patka. 2. Niektóre właściwości fizyczne lodu I.

Nieruchomość

Oznaczający

Notatka

Pojemność cieplna, cal/(g °C) Ciepło topnienia, cal/g Ciepło parowania, cal/g

0,51 (0°C) 79,69 677

Silnie spada wraz ze spadkiem temperatury

Współczynnik rozszerzalności cieplnej, 1/°C

9,1 10-5 (0°C)

Lód polikrystaliczny

Przewodność cieplna, cal/(cm s °C)

4,99 10 -3

Lód polikrystaliczny

Współczynnik załamania światła:

1,309 (-3°C)

Lód polikrystaliczny

Właściwa przewodność elektryczna, om-1 cm-1

10-9 (0°C)

Pozorna energia aktywacji 11 kcal/mol

Przewodność elektryczna powierzchni, om-1

10-10 (-11°C)

Pozorna energia aktywacji 32 kcal/mol

Moduł sprężystości Younga, dyna/cm2

9 1010 (-5 °C)

Lód polikrystaliczny

Wytrzymałość, MN/m2: ścinanie na zgniatanie

2,5 1,11 0,57

lód polikrystaliczny lód polikrystaliczny lód polikrystaliczny

Lepkość dynamiczna, równowaga

Lód polikrystaliczny

Energia aktywacji podczas deformacji i mechanicznej relaksacji, kcal/mol

Zwiększa się liniowo o 0,0361 kcal/(mol °C) od 0 do 273,16 K

Uwaga: 1 cal/(g °C)=4,186 kJ/(kg K); 1 ohm -1 cm -1 \u003d 100 sim / m; 1 dyn = 10 -5 N ; 1 N = 1 kg m/s²; 1 dyna/cm=10-7 N/m; 1 cal / (cm s ° C) \u003d 418,68 W / (m K); 1 puaz \u003d g / cm s \u003d 10 -1 N s / m 2.

Ze względu na szerokie rozmieszczenie lodu na Ziemi, różnica we właściwościach fizycznych lodu (tab. 2) od właściwości innych substancji odgrywa ważną rolę w wielu procesach naturalnych. Lód ma wiele innych właściwości i anomalii podtrzymujących życie – anomalie gęstości, ciśnienia, objętości i przewodności cieplnej. Gdyby nie było wiązań wodorowych łączących cząsteczki wody w kryształ, lód topiłby się w temperaturze -90°C. Ale tak się nie dzieje z powodu obecności wiązań wodorowych między cząsteczkami wody. Ze względu na mniejszą gęstość niż woda lód tworzy pływającą pokrywę na powierzchni wody, która chroni rzeki i zbiorniki przed zamarzaniem dna, ponieważ jego przewodność cieplna jest znacznie mniejsza niż wody. Jednocześnie najniższą gęstość i objętość obserwuje się w temperaturze +3,98 °C (rys. 1). Dalsze chłodzenie wody do 0 0 C stopniowo prowadzi nie do zmniejszenia, ale do zwiększenia jej objętości o prawie 10%, gdy woda zamienia się w lód. Takie zachowanie wody wskazuje na jednoczesne istnienie w wodzie dwóch faz równowagi - ciekłej i quasi-krystalicznej, analogicznie do quasi-kryształów, których sieć krystaliczna ma nie tylko strukturę okresową, ale także osie symetrii różnych rzędów, których istnienie przeczyło wcześniej ideom krystalografów. Teoria ta, po raz pierwszy wysunięta przez znanego krajowego fizyka teoretycznego Ya I. Frenkla, opiera się na założeniu, że niektóre cząsteczki cieczy tworzą strukturę quasi-krystaliczną, podczas gdy reszta jest gazopodobna, swobodnie poruszanie się po woluminie. Rozkład molekuł w niewielkim sąsiedztwie jakiejkolwiek utrwalonej cząsteczki wody ma pewien porządek, nieco przypominający krystaliczny, choć bardziej luźny. Z tego powodu struktura wody bywa nazywana quasi-krystaliczną lub kryształopodobną, czyli mającą symetrię i obecność porządku we wzajemnym ułożeniu atomów lub cząsteczek.

Ryż. jeden. Zależność objętości właściwej lodu i wody od temperatury

Inną właściwością jest to, że szybkość przepływu lodu jest wprost proporcjonalna do energii aktywacji i odwrotnie proporcjonalna do temperatury bezwzględnej, tak że wraz ze spadkiem temperatury lód zbliża się pod względem swoich właściwości do całkowicie stałego ciała. Średnio w temperaturze zbliżonej do topnienia płynność lodu jest 10 6 razy większa niż płynność skał. Ze względu na swoją płynność lód nie gromadzi się w jednym miejscu, ale nieustannie przemieszcza się w postaci lodowców. Zależność między prędkością przepływu a naprężeniem w lodzie polikrystalicznym jest hiperboliczna; z przybliżonym opisem równaniem mocy wykładnik rośnie wraz ze wzrostem napięcia.

Światło widzialne praktycznie nie jest pochłaniane przez lód, ponieważ promienie świetlne przechodzą przez kryształ lodu, ale blokują promieniowanie ultrafioletowe i większość promieniowania podczerwonego ze Słońca. W tych obszarach widma lód wydaje się całkowicie czarny, ponieważ współczynnik pochłaniania światła w tych obszarach widma jest bardzo wysoki. W przeciwieństwie do kryształków lodu, białe światło padające na śnieg nie jest pochłaniane, ale jest wielokrotnie załamywane w kryształkach lodu i odbijane od ich twarzy. Dlatego śnieg wygląda na biały.

Ze względu na bardzo wysoki współczynnik odbicia lodu (0,45) i śniegu (do 0,95) powierzchnia przez nie pokryta wynosi średnio około 72 mln ha rocznie. km 2 w wysokich i średnich szerokościach geograficznych obu półkul - odbiera ciepło słoneczne o 65% mniej niż norma i jest potężnym źródłem chłodzenia powierzchnia ziemi, który w dużej mierze determinuje współczesną równoleżnikową strefę klimatyczną. Latem w rejonach polarnych promieniowanie słoneczne jest większe niż w pasie równikowym, jednak temperatura pozostaje niska, ponieważ znaczna część pochłoniętego ciepła jest zużywana na topnienie lodu, który ma bardzo wysokie ciepło topnienia.

Inne niezwykłe właściwości lodu to generowanie promieniowania elektromagnetycznego przez rosnące kryształy. Wiadomo, że większość zanieczyszczeń rozpuszczonych w wodzie nie przenosi się do lodu, gdy zaczyna rosnąć; zamarzają. Dzięki temu nawet na najbrudniejszej kałuży warstwa lodu jest czysta i przezroczysta. W tym przypadku zanieczyszczenia gromadzą się na granicy mediów stałych i ciekłych w postaci dwóch warstw ładunków elektrycznych o różnych znakach, które powodują znaczną różnicę potencjałów. Naładowana warstwa zanieczyszczeń porusza się wzdłuż dolnej granicy młody lód i emituje fale elektromagnetyczne. Dzięki temu proces krystalizacji można szczegółowo obserwować. Zatem kryształ rosnący na długość w postaci igły promieniuje inaczej niż ten pokryty wyrostkami bocznymi, a promieniowanie rosnących ziaren jest inne od tego, które występuje przy pękaniu kryształów. Na podstawie kształtu, sekwencji, częstotliwości i amplitudy impulsów promieniowania można określić, jak szybko lód zamarza i jaka jest jego struktura.

Ale najbardziej zaskakującą rzeczą w strukturze lodu jest to, że cząsteczki wody w niskich temperaturach i pod wysokim ciśnieniem wewnątrz nanorurek węglowych mogą krystalizować w kształt podwójnej helisy, przypominający cząsteczki DNA. Udowodniły to niedawne eksperymenty komputerowe przeprowadzone przez amerykańskich naukowców pod kierunkiem Xiao Cheng Zeng z University of Nebraska (USA). Aby w symulowanym eksperymencie woda uformowała się w spiralę, umieszczono ją w nanorurkach o średnicy od 1,35 do 1,90 nm pod wysokim ciśnieniem, zmieniającym się od 10 do 40 000 atmosfer i ustawiono temperaturę –23 °C. Spodziewano się, że woda we wszystkich przypadkach tworzy cienką strukturę rurową. Model wykazał jednak, że przy średnicy nanorurki 1,35 nm i ciśnieniu zewnętrznym 40 000 atmosfer nastąpiło zagięcie wiązań wodorowych w strukturze lodu, co doprowadziło do powstania dwuściennej helisy – wewnętrznej i zewnętrznej. W tych warunkach wewnętrzna ściana okazała się skręcona w poczwórną helisę, a zewnętrzna składała się z czterech podwójnych helis podobnych do cząsteczki DNA (ryc. 2). Fakt ten może służyć jako potwierdzenie związku między strukturą ważnej dla życia cząsteczki DNA a strukturą samej wody oraz tego, że woda służyła jako matryca do syntezy cząsteczek DNA.

Ryż. 2. Komputerowy model struktury zamrożonej wody w nanorurkach, przypominający cząsteczkę DNA (fot. New Scientist, 2006)

Kolejna z najważniejszych właściwości wody odkryta i zbadana w ostatnie czasy polega na tym, że woda ma zdolność zapamiętywania informacji o przeszłych uderzeniach. Po raz pierwszy udowodnił to japoński badacz Masaru Emoto i nasz rodak Stanislav Zenin, który jako jeden z pierwszych zaproponował klasterową teorię struktury wody, składającą się z cyklicznych współpracowników masywnej struktury wielościennej - klastrów o wzorze ogólnym (H 2 O) n, gdzie n, według najnowszych danych, może sięgać setek, a nawet tysięcy jednostek. To właśnie dzięki obecności skupisk w wodzie woda ma właściwości informacyjne. Naukowcy sfotografowali procesy zamarzania wody w mikrokryształy lodu, działając na nią różnymi polami elektromagnetycznymi i akustycznymi, melodiami, modlitwą, słowami czy myślami. Okazało się, że pod wpływem pozytywnych informacji w postaci pięknych melodii i słów lód zamarzł w symetryczne, heksagonalne kryształy. Tam, gdzie brzmiała nierytmiczna muzyka, gniewne i obraźliwe słowa, woda przeciwnie, zamarzała w chaotyczne i bezkształtne kryształy. To dowód na to, że woda ma specjalną strukturę, która jest wrażliwa na zewnętrzne wpływy informacyjne. Przypuszczalnie ludzki mózg, który składa się w 85-90% z wody, ma silny wpływ na strukturę wody.

Kryształy Emoto wzbudzają zarówno zainteresowanie, jak i niedostatecznie uzasadnioną krytykę. Jeśli przyjrzysz się im uważnie, zobaczysz, że ich konstrukcja składa się z sześciu blatów. Ale jeszcze dokładniejsza analiza pokazuje, że płatki śniegu zimą mają tę samą strukturę, zawsze symetryczną i z sześcioma wierzchołkami. W jakim stopniu skrystalizowane struktury zawierają informacje o środowisku, w którym powstały? Struktura płatków śniegu może być piękna lub bezkształtna. Wskazuje to, że próbka kontrolna (chmura w atmosferze), w której występują, ma na nie taki sam wpływ jak warunki początkowe. Warunki początkowe to aktywność słoneczna, temperatura, pola geofizyczne, wilgotność itp. Wszystko to oznacza, że z tzw. przeciętny zespół, możemy stwierdzić, że struktura kropli wody, a następnie płatków śniegu jest w przybliżeniu taka sama. Ich masa jest prawie taka sama i poruszają się w atmosferze z podobną prędkością. W atmosferze nadal kształtują swoje struktury i zwiększają swoją objętość. Nawet jeśli uformowały się w różnych częściach chmury, zawsze jest pewna liczba płatków śniegu w tej samej grupie, które powstały w prawie tych samych warunkach. A odpowiedź na pytanie, co stanowi pozytywną i negatywną informację o płatkach śniegu, można znaleźć w Emoto. W warunkach laboratoryjnych informacje negatywne (trzęsienie ziemi, niekorzystne dla człowieka wibracje dźwiękowe itp.) nie tworzą kryształów, a informacje pozytywne, wręcz przeciwnie. Bardzo interesujące jest, w jakim stopniu jeden czynnik może tworzyć taką samą lub podobną strukturę płatków śniegu. Największą gęstość wody obserwuje się w temperaturze 4 °C. Udowodniono naukowo, że gęstość wody spada, gdy heksagonalne kryształki lodu zaczynają tworzyć się, gdy temperatura spada poniżej zera. Jest to wynik działania wiązań wodorowych między cząsteczkami wody.

Jaki jest powód takiej struktury? Kryształy są ciałami stałymi, a ich składowe atomy, cząsteczki czy jony układają się w regularną, powtarzającą się strukturę, w trzech wymiarach przestrzennych. Struktura kryształów wody jest nieco inna. Według Izaaka tylko 10% wiązań wodorowych w lodzie jest kowalencyjnych, tj. z dość stabilnymi informacjami. Wiązania wodorowe między tlenem jednej cząsteczki wody a wodorem drugiej są najbardziej wrażliwe na wpływy zewnętrzne. Widmo wody podczas tworzenia kryształów jest stosunkowo różne w czasie. Zgodnie z efektem dyskretnego parowania kropli wody wykazanym przez Antonowa i Juskeselijewa oraz jego zależnością od stanów energetycznych wiązań wodorowych, możemy poszukać odpowiedzi na temat strukturyzacji kryształów. Każda część widma zależy od napięcia powierzchniowego kropelek wody. W widmie jest sześć szczytów, które wskazują na rozgałęzienia płatka śniegu.

Oczywiście w eksperymentach Emoto początkowa próbka „kontrolna” ma wpływ na wygląd kryształów. Oznacza to, że po ekspozycji na pewien czynnik można spodziewać się powstawania takich kryształów. Uzyskanie identycznych kryształów jest prawie niemożliwe. Testując wpływ słowa „miłość” na wodę, Emoto nie wskazuje jednoznacznie, czy ten eksperyment przeprowadzono na różnych próbkach.

Potrzebne są eksperymenty z podwójnie ślepą próbą, aby sprawdzić, czy technika Emoto wystarczająco się różnicuje. Dowód Izaaka, że 10% cząsteczek wody tworzy wiązania kowalencyjne po zamrożeniu, pokazuje nam, że woda wykorzystuje tę informację, gdy zamarza. Osiągnięcie Emoto, nawet bez eksperymentów z podwójnie ślepą próbą, pozostaje dość ważne w odniesieniu do informacyjnych właściwości wody.

Naturalny płatek śniegu, Wilson Bentley, 1925

Płatek śniegu Emoto pozyskiwany z naturalnej wody

Jeden płatek śniegu jest naturalny, a drugi stworzony przez Emoto, co wskazuje, że różnorodność w spektrum wody nie jest nieograniczona.

Trzęsienie ziemi, Sofia, skala 4,0 Richtera, 15 listopada 2008,
Dr. Ignatow, 2008©, prof. Urządzenie Antonowa ©

Ta liczba wskazuje różnicę między próbką kontrolną a próbką pobraną w inne dni. Cząsteczki wody rozrywają najbardziej energetyczne wiązania wodorowe w wodzie, a także dwa piki w widmie podczas zjawiska naturalnego. Badanie przeprowadzono za pomocą urządzenia Antonov. Wynik biofizyczny wskazuje na spadek witalności organizmu podczas trzęsienia ziemi. Podczas trzęsienia ziemi woda nie może zmienić swojej struktury w płatkach śniegu w laboratorium Emoto. Istnieją dowody na zmianę przewodności elektrycznej wody podczas trzęsienia ziemi.

W 1963 roku tanzański uczeń Erasto Mpemba zauważył, że gorąca woda zamarza szybciej niż zimna. Zjawisko to nazywa się efektem Mpemby. Mimo, że unikalną właściwość wody zauważyli znacznie wcześniej Arystoteles, Francis Bacon i Kartezjusz. Zjawisko to zostało wielokrotnie udowodnione w wielu niezależnych eksperymentach. Woda ma jeszcze jedną dziwną właściwość. Moim zdaniem wyjaśnienie tego jest następujące: różnicowe widmo energii nierównowagi (DNES) przegotowanej wody ma niższą średnią energię wiązań wodorowych między cząsteczkami wody niż próbka pobrana w temperaturze pokojowej, co oznacza, że przegotowana woda potrzebuje mniej energii w celu rozpoczęcia strukturyzowania kryształów i zamrażania.

Kluczem do budowy lodu i jego właściwości jest struktura jego kryształu. Kryształy wszystkich odmian lodu zbudowane są z cząsteczek wody H 2 O, połączonych wiązaniami wodorowymi w trójwymiarowe siatki o określonym układzie wiązań wodorowych. Cząsteczka wody może być po prostu wyobrażana jako czworościan (piramida o trójkątnej podstawie). W jego centrum znajduje się atom tlenu, który znajduje się w stanie hybrydyzacji sp 3, a na dwóch wierzchołkach - atom wodoru, którego jeden z 1 elektronów bierze udział w tworzeniu kowalencji N-O połączeniu z tlenem. Dwa pozostałe wierzchołki są zajęte przez pary niesparowanych elektronów tlenu, które nie uczestniczą w tworzeniu wiązań wewnątrzcząsteczkowych, dlatego nazywane są samotnymi. Przestrzenny kształt cząsteczki H 2 O tłumaczy się wzajemnym odpychaniem atomów wodoru i samotnych par elektronowych centralnego atomu tlenu.

Wiązanie wodorowe jest ważne w chemii oddziaływań międzycząsteczkowych i jest napędzane słabymi siłami elektrostatycznymi i oddziaływaniami donor-akceptor. Występuje, gdy pozbawiony elektronów atom wodoru jednej cząsteczki wody oddziałuje z wolną parą elektronową atomu tlenu sąsiedniej cząsteczki wody (О-Н…О). Osobliwość wiązanie wodorowe ma stosunkowo niską wytrzymałość; jest 5-10 razy słabsze niż chemiczne wiązanie kowalencyjne. Pod względem energii wiązanie wodorowe zajmuje pozycję pośrednią między wiązaniem chemicznym a oddziaływaniami van der Waalsa, które utrzymują cząsteczki w fazie stałej lub ciekłej. Każda cząsteczka wody w krysztale lodu może jednocześnie tworzyć cztery wiązania wodorowe z innymi sąsiednimi cząsteczkami pod ściśle określonymi kątami równymi 109°47” skierowanymi do wierzchołków czworościanu, co nie pozwala na tworzenie gęstej struktury podczas zamarzania wody (rys. 3) W strukturach lodowych I, Ic, VII i VIII ten czworościan jest regularny W strukturach lodu II, III, V i VI czworościany są wyraźnie zniekształcone. W strukturach lodu VI, VII i VIII dwa można wyróżnić wzajemnie krzyżujące się układy wiązań wodorowych.Ten niewidzialny szkielet wiązań wodorowych układa cząsteczki wody w formę siatki przypominającej sześciokątny plaster miodu z wydrążonymi kanałami wewnętrznymi.Podgrzanie lodu powoduje zniszczenie struktury siatki: woda cząsteczki zaczynają wpadać w puste przestrzenie siatki, co prowadzi do gęstszej struktury cieczy - to wyjaśnia, dlaczego woda jest cięższa od lodu.

Ryż. 3. Powstawanie wiązania wodorowego między czterema cząsteczkami H 2 O (czerwone kulki oznaczają centralne atomy tlenu, białe kulki oznaczają atomy wodoru)

Specyfika wiązań wodorowych i oddziaływań międzycząsteczkowych, charakterystyczna dla struktury lodu, jest zachowana w wodzie roztopionej, ponieważ tylko 15% wszystkich wiązań wodorowych ulega zniszczeniu podczas topnienia kryształu lodu. Dlatego wiązanie nieodłącznie związane z lodem między każdą cząsteczką wody a jej czterema sąsiadami ("rząd bliskiego zasięgu") nie jest naruszone, chociaż sieć szkieletowa tlenu jest bardziej rozproszona. Wiązania wodorowe można również zachować, gdy woda się zagotuje. Wiązania wodorowe są nieobecne tylko w parze wodnej.

Najbardziej znaną, ale wciąż nie do końca poznaną substancją jest lód, który tworzy się pod ciśnieniem atmosferycznym i topi się w temperaturze 0 °C. Wiele w swojej strukturze i właściwościach wygląda niecodziennie. W węzłach sieci krystalicznej lodu atomy tlenu czworościanów cząsteczek wody są ułożone w uporządkowany sposób, tworząc regularne sześciokąty, jak sześciokątny plaster miodu, a atomy wodoru zajmują różne pozycje na wiązaniach wodorowych łączących atomy tlenu ( Rys. 4). Dlatego istnieje sześć równoważnych orientacji cząsteczek wody w stosunku do ich sąsiadów. Niektóre z nich są wykluczone, ponieważ obecność dwóch protonów na tym samym wiązaniu wodorowym w tym samym czasie jest mało prawdopodobna, ale pozostaje wystarczająca niepewność co do orientacji cząsteczek wody. To zachowanie atomów jest nietypowe, gdyż w materii stałej wszystkie atomy podlegają temu samemu prawu: albo są to atomy ułożone w uporządkowany sposób i wtedy jest to kryształ, albo losowo i wtedy jest to substancja amorficzna. Tak niezwykłą strukturę można zrealizować w większości odmian lodu – Ih, III, V, VI i VII (i podobno w Ic) (tab. 3), a w strukturze lodu II, VIII i IX woda cząsteczki są uporządkowane orientacyjnie. Według J. Bernala lód jest krystaliczny w stosunku do atomów tlenu i szklisty w stosunku do atomów wodoru.

Ryż. cztery. Struktura lodu o naturalnej konfiguracji heksagonalnej I h

W innych warunkach, na przykład w kosmosie przy wysokich ciśnieniach i niskich temperaturach, lód krystalizuje inaczej, tworząc inne sieci krystaliczne i modyfikacje (sześcienne, trygonalne, tetragonalne, jednoskośne itp.), z których każda ma swoją własną strukturę i sieć krystaliczną ( Tabela 3). Struktury lodu różnych modyfikacji zostały obliczone przez rosyjskich badaczy, doktora nauk chemicznych. G.G. Malenkow i dr hab. EA Zheligovskaya z Instytutu Chemii Fizycznej i Elektrochemii. JAKIŚ. Frumkin z Rosyjskiej Akademii Nauk. Lody II, III i V-ta modyfikacja są przechowywane przez długi czas pod ciśnieniem atmosferycznym, jeśli temperatura nie przekracza -170 °C (rys. 5). Po schłodzeniu do około -150°C lód naturalny zamienia się w lód sześcienny Ic, składający się z sześcianów i ośmiościanów o wielkości kilku nanometrów. Lód I c pojawia się czasem także wtedy, gdy woda zamarza w kapilarach, co najwyraźniej ułatwia oddziaływanie wody z materiałem ściany i powtarzalność jej struktury. Jeżeli temperatura jest nieco wyższa niż -110°C, na metalowym podłożu tworzą się kryształy gęstszego i cięższego szklistego lodu amorficznego o gęstości 0,93 g/cm3. Obie te formy lodu mogą samoistnie przekształcić się w lód heksagonalny, a im szybciej, tym wyższa temperatura.

Patka. 3. Niektóre modyfikacje lodu i ich parametry fizyczne.

Modyfikacja

Struktura krystaliczna

Długości wiązania wodorowego, Å

Kąty H-O-H w czworościanów, 0

Sześciokątny

sześcienny

Trójkątny

tetragonalny

Jednoskośny

tetragonalny

sześcienny

tetragonalny

Notatka. 1 Å = 10 -10 m²

Ryż. 5. Diagram stanów lodu krystalicznego o różnych modyfikacjach.

Występują również lody wysokociśnieniowe - II i III o odmianach trygonalnych i tetragonalnych, utworzone z pustych arów utworzonych z sześciokątnych pofałdowanych elementów przesuniętych względem siebie o jedną trzecią (ryc. 6 i ryc. 7). Lody te są stabilizowane w obecności gazów szlachetnych helu i argonu. W strukturze lodu V modyfikacji jednoskośnej kąty pomiędzy sąsiednimi atomami tlenu wahają się od 860 do 132°, co bardzo różni się od kąta wiązania w cząsteczce wody, który wynosi 105°47'. Lód VI o tetragonalnej modyfikacji składa się z dwóch włożonych w siebie ramek, pomiędzy którymi nie ma wiązań wodorowych, w wyniku czego powstaje sieć krystaliczna skupiona wokół ciała (ryc. 8). Struktura lodu VI oparta jest na heksamerach - blokach sześciu cząsteczek wody. Ich konfiguracja dokładnie powtarza strukturę stabilnego klastra wodnego, którą podają obliczenia. Lody VII i VIII modyfikacji sześciennej, które są niskotemperaturowymi uporządkowanymi formami lodu VII, mają podobną strukturę z włożonymi w siebie szkieletami lodu I. Wraz ze wzrostem ciśnienia, odległość między atomami tlenu w sieci krystalicznej Lód VII i VIII zmniejszy się, w wyniku czego powstanie struktura lodu X, w której atomy tlenu są ułożone w regularną sieć, a protony są uporządkowane.

Ryż. 7. Lód III konfiguracji.

Lód XI powstaje w wyniku głębokiego schłodzenia lodu I h z dodatkiem alkaliów poniżej 72 K przy normalnym ciśnieniu. W tych warunkach powstają defekty kryształów hydroksylowych, co pozwala rosnącym kryształom lodu zmienić swoją strukturę. Ice XI ma rombową sieć krystaliczną z uporządkowanym układem protonów i powstaje jednocześnie w wielu centrach krystalizacji w pobliżu defektów hydroksylowych kryształu.

Ryż. osiem. Konfiguracja Ice VI.

Wśród lodów znajdują się również formy metastabilne IV i XII, których czas życia to sekundy, które mają najpiękniejszą strukturę (ryc. 9 i ryc. 10). Aby uzyskać lód metastabilny, konieczne jest skompresowanie lodu I h do ciśnienia 1,8 GPa w temperaturze ciekłego azotu. Lody te tworzą się znacznie łatwiej i są szczególnie stabilne, gdy przechłodzona ciężka woda jest poddawana ciśnieniu. Kolejna metastabilna modyfikacja - lód IX powstaje podczas przechłodzenia Lód III i zasadniczo reprezentuje jego formę niskotemperaturową.

Ryż. 9. Konfiguracja Ice IV.

Ryż. dziesięć. Konfiguracja Ice XII.

Ostatnie dwie modyfikacje lodu - o jednoskośnej XIII i rombowej konfiguracji XIV odkryli naukowcy z Oksfordu (Wielka Brytania) całkiem niedawno - w 2006 roku. Założenie, że powinny istnieć kryształki lodu o sieciach jednoskośnych i rombowych było trudne do potwierdzenia: lepkość wody w temperaturze -160°C jest bardzo wysoka, a molekuły czystej przechłodzonej wody trudno skleić się w takiej ilości że tworzy się jądro kryształu. Udało się to osiągnąć za pomocą katalizatora – kwasu solnego, który zwiększył ruchliwość cząsteczek wody w niskich temperaturach. Na Ziemi takie modyfikacje lodu nie mogą powstać, ale mogą istnieć w kosmosie na schłodzonych planetach, zamarzniętych satelitach i kometach. Tak więc obliczenie gęstości i strumieni ciepła z powierzchni satelitów Jowisza i Saturna pozwala stwierdzić, że Ganimedes i Kallisto powinni mieć powłokę lodową, w której naprzemiennie występują lody I, III, V i VI. Na Tytanie lód nie tworzy skorupy, lecz płaszcz, którego wewnętrzna warstwa składa się z lodu VI, innych wysokociśnieniowych lodów i hydratów klatratowych, a lód I h znajduje się na górze.

Ryż. jedenaście. Różnorodność i kształt płatków śniegu w przyrodzie

Wysoko w atmosferze ziemskiej w niskich temperaturach woda krystalizuje z czworościanów, tworząc heksagonalny lód I h . Centrum formowania się kryształków lodu stanowią stałe cząstki pyłu, które wiatr unosi w górne warstwy atmosfery. Igły rosną wokół tego zarodkowego mikrokryształu lodu w sześciu symetrycznych kierunkach, utworzonych przez pojedyncze cząsteczki wody, na których narastają wyrostki boczne - dendryty. Temperatura i wilgotność powietrza wokół płatka śniegu są takie same, więc początkowo ma on symetryczny kształt. W miarę formowania się płatków śniegu stopniowo zatapiają się w niższych warstwach atmosfery, gdzie temperatury są wyższe. Tutaj następuje topienie, a ich idealny geometryczny kształt jest zniekształcony, tworząc różnorodne płatki śniegu (ryc. 11).

Przy dalszym topnieniu heksagonalna struktura lodu ulega zniszczeniu i powstaje mieszanina cyklicznych asocjatów klastrów, a także tri-, tetra-, penta-, heksamerów wody (ryc. 12) i wolnych cząsteczek wody. Badanie struktury powstających klasterów jest często znacznie trudne, ponieważ według współczesnych danych woda jest mieszaniną różnych neutralnych klastrów (H 2 O) n i ich naładowanych jonów klastrowych [H 2 O] + n i [H 2 O] - n, które są w dynamicznej równowadze o czasie życia 10 -11 -10 -12 sekund.

Ryż. 12. Możliwe skupiska wody (a-h) o składzie (H 2 O) n, gdzie n = 5-20.

Klastry mogą oddziaływać ze sobą dzięki wystającym ścianom wiązań wodorowych, tworząc bardziej złożone struktury wielościenne, takie jak sześcian, ośmiościan, dwudziestościan i dwunastościan. Struktura wody jest więc związana z tzw. bryłami platońskimi (czworościan, sześcian, ośmiościan, dwudziestościan i dwunastościan), nazwanymi na cześć starożytnego greckiego filozofa i geometra Platona, który je odkrył, których kształt określa złoty podział (rys. 13).

Ryż. 13. Bryły platońskie, których geometryczny kształt określa złoty podział.

Liczba wierzchołków (B), ścian (G) i krawędzi (P) w dowolnym wielościanie przestrzennym jest opisana zależnością:

C + D = P + 2

Stosunek liczby wierzchołków (B) wielościanu foremnego do liczby krawędzi (P) jednej z jego ścian jest równy stosunkowi liczby ścian (G) tego samego wielościanu do liczby krawędzi ( P) wyłania się z jednego z jego wierzchołków. Dla czworościanu stosunek ten wynosi 4:3, dla sześcianu (6 ścian) i ośmiościanu (8 ścian) – 2:1, a dla dwunastościanu (12 ścian) i dwudziestościanu (20 ścian) – 4:1.

Struktury wielościennych klastrów wodnych obliczone przez rosyjskich naukowców zostały potwierdzone przy użyciu nowoczesnych metod analizy: spektroskopii protonowego rezonansu magnetycznego, spektroskopii lasera femtosekundowego, dyfrakcji rentgenowskiej i neutronowej na kryształach wody. Odkrycie gromad wodnych i zdolność wody do przechowywania informacji to dwa najważniejsze odkrycia XXI tysiąclecia. To wyraźnie dowodzi, że natura charakteryzuje się symetrią w postaci precyzyjnych geometrycznych kształtów i proporcji, charakterystycznych dla kryształków lodu.

LITERATURA.

1. Belyanin V., Romanova E. Life, cząsteczka wody i złoty podział // Science and Life, 2004, vol. 10, nr 3, s. 23-34.

2. Shumsky P. A., Podstawy nauki o lodzie strukturalnym. - Moskwa, 1955b s. 113.

3. Mosin O.V., Ignatov I. Świadomość wody jako substancji życia. // Świadomość i fizyczna rzeczywistość. 2011, T 16, nr 12, s. 9-22.

4. Petryanov I. V. Najbardziej niezwykła substancja na świecie Moskwa, Pedagogika, 1981, s. 51-53.

5 Eisenberg D, Kautsman V. Struktura i właściwości wody. - Leningrad, Gidrometeoizdat, 1975, s. 431.

6. Kulsky L. A., Dal V. V., Lenchina L. G. Woda jest znajoma i tajemnicza. - Kijów, szkoła Rodiansk, 1982, s. 62-64.

7. G. N. Zatsepina, Budowa i właściwości wody. - Moskwa, wyd. Moskiewski Uniwersytet Państwowy, 1974, s. 125.

8. Antonchenko V. Ya., Davydov N. S., Ilyin V. V. Podstawy fizyki wody - Kijów, Naukova Dumka, 1991, s. 167.

9. Simonite T. Lód podobny do DNA „widziany” wewnątrz nanorurek węglowych // New Scientist, V. 12, 2006.

10. Emoto M. Przesłanie wody. Tajne kody Kryształy lodu. - Sofia, 2006. s. 96.

11. S.V. Zenin i B.V. Tyaglov, Natura interakcji hydrofobowych. Występowanie pól orientacyjnych w roztworach wodnych // Journal of Physical Chemistry, 1994, V. 68, nr 3, s. 500-503.

12. Pimentel J., McClellan O. Połączenie wodorowe - Moskwa, Nauka, 1964, s. 84-85.

13. Bernal J., Fowler R. Struktura wody i roztworów jonowych // Uspekhi fizicheskikh nauk, 1934, t. 14, nr 5, s. 587-644.

14. Hobza P., Zahradnik R. Kompleksy międzycząsteczkowe: Rola układów van der Waalsa w chemii fizycznej i biodyscyplinach. - Moskwa, Mir, 1989, s. 34-36.

15. E.R. Pounder, Fizyka lodu, przeł. z angielskiego. - Moskwa, 1967, s. 89.

16. Komarov S. M. Wzory lodu o wysokim ciśnieniu. // Chemia i życie, 2007, nr 2, s. 48-51.

17. E. A. Żeligowska i G. G. Malenkow. Krystaliczny lód // Uspekhi khimii, 2006, nr 75, s. 64.

18. Fletcher N.H. Fizyka chemiczna lodu, Cambreage, 1970.

19. Nemukhin A. V. Różnorodność klastrów // Russian Chemical Journal, 1996, vol. 40, nr 2, s. 48-56.

20. Mosin O.V., Ignatov I. Struktura wody a rzeczywistość fizyczna. // Świadomość a rzeczywistość fizyczna, 2011, t. 16, nr 9, s. 16-32.

21. Ignatov I. Medycyna bioenergetyczna. Pochodzenie żywej materii, pamięć wody, biorezonans, pola biofizyczne. - GaiaLibris, Sofia, 2006, s. 93.

Wszyscy wielokrotnie słyszeliśmy o wyjątkowych właściwościach wody. Gdyby „bezbarwna i bezwonna ciecz” nie posiadała szczególnych właściwości, życie na Ziemi w obecnej formie byłoby niemożliwe. To samo można powiedzieć o stałej postaci wody - lodzie. Teraz naukowcy odkryli kolejny z jego sekretów: w niedawno opublikowanym badaniu eksperci w końcu określili dokładnie, ile cząsteczek jest potrzebnych, aby uzyskać kryształ lodu.

Unikalne połączenie

Lista niesamowitych właściwości wody może być bardzo długa. Posiada najwyższą pojemność cieplną właściwą spośród cieczy i ciał stałych, gęstość jego postaci krystalicznej - czyli lodu - jest mniejsza niż gęstość wody w stanie ciekłym, zdolność przylegania ("przyklejania"), wysokie napięcie powierzchniowe - to wszystko i wiele więcej pozwala na życie na ziemi jako takie.

Swoją wyjątkowość woda zawdzięcza wiązaniom wodorowym, a raczej ich liczbie. Z ich pomocą jedna cząsteczka H 2 O może „związać się” z czterema innymi cząsteczkami. Takie „styki” są zauważalnie słabsze niż wiązania kowalencyjne (rodzaj „zwykłych” wiązań, które trzymają razem np. atomy wodoru i tlenu w cząsteczce wody), a zerwanie każdego wiązania wodorowego z osobna jest dość proste. Ale takich oddziaływań w wodzie jest wiele i razem zauważalnie ograniczają swobodę cząsteczek H 2 O, uniemożliwiając im zbyt łatwe oderwanie się od swoich „towarzyszy”, powiedzmy, po podgrzaniu. Każde z wiązań wodorowych istnieje przez ułamek sekundy – są one nieustannie niszczone i odtwarzane. Ale jednocześnie, w dowolnym momencie, większość cząsteczek wody jest zaangażowana w interakcję ze swoimi „sąsiadami”.

Wiązania wodorowe są również odpowiedzialne za niezwykłe zachowanie wody podczas krystalizacji, czyli tworzenia się lodu. Góry lodowe unoszące się na powierzchni oceanu, skorupa lodu w słodkiej wodzie – wszystkie te zjawiska nas nie zaskakują, bo jesteśmy do nich przyzwyczajeni od urodzenia. Ale gdyby najważniejszą rzeczą na Ziemi nie była woda, ale jakaś inna ciecz, to w ogóle nie istniałyby ani lodowiska, ani łowienie pod lodem. Gęstość prawie wszystkich substancji podczas przejścia ze stanu ciekłego do stałego wzrasta, ponieważ cząsteczki są bardziej „dociśnięte” do siebie, co oznacza, że jest ich więcej na jednostkę objętości.

Inaczej jest z wodą. Do temperatury 4 stopni Celsjusza gęstość H 2 O rośnie w sposób zdyscyplinowany, ale po przekroczeniu tej granicy gwałtownie spada o 8 procent. Odpowiednio zwiększa się objętość zamrożonej wody. Ta cecha jest dobrze znana mieszkańcom domów z rurami, które od dawna nie były naprawiane lub tym, którzy zapomnieli o napojach niskoalkoholowych w zamrażarce.

Przyczyną anomalnej zmiany gęstości wody podczas przejścia ze stanu ciekłego w stan stały są te same wiązania wodorowe. Sieć krystaliczna lodu przypomina plaster miodu, w którego sześciu rogach znajdują się cząsteczki wody. Są one połączone wiązaniami wodorowymi, a ich długość przekracza długość „zwykłego” wiązania kowalencyjnego. W rezultacie pomiędzy cząsteczkami zestalonej H 2 O jest więcej pustej przestrzeni niż pomiędzy nimi w stanie ciekłym, kiedy cząstki poruszały się swobodnie i mogły bardzo się do siebie zbliżyć. Wizualne porównanie upakowania cząsteczek fazy ciekłej i stałej wody podano na przykład.

Wyjątkowe właściwości i szczególne znaczenie wody dla mieszkańców Ziemi zapewniły jej stałą uwagę naukowców. Nie będzie wielką przesadą stwierdzenie, że połączenie dwóch atomów wodoru i jednego atomu tlenu jest najdokładniej przebadaną substancją na naszej planecie. Niemniej jednak specjaliści, którzy jako przedmiot swoich zainteresowań wybrali H 2 O, nie pozostaną bez pracy. Na przykład zawsze mogą zbadać, w jaki sposób ciekła woda zamienia się w stały lód. Proces krystalizacji, prowadzący do tak dramatycznych zmian we wszystkich właściwościach, zachodzi bardzo szybko, a wiele jego szczegółów jest wciąż nieznanych. Po ukazaniu się ostatniego numeru magazynu Nauki ścisłe jedna tajemnica mniej: teraz naukowcy wiedzą dokładnie, ile cząsteczek wody trzeba umieścić w szklance, aby na zimno jej zawartość zamieniła się w znajomy lód.

inny lód

Słowo „zwykły” w poprzednim zdaniu nie jest używane ze względów stylistycznych. Podkreśla, że rozmawiamy o lodzie krystalicznym - tym z sześciokątną siatką przypominającą plaster miodu. Chociaż taki lód jest zwyczajowy tylko na Ziemi, w nieskończonej przestrzeni międzygwiezdnej panuje zupełnie inna forma lodu, który na trzeciej planecie od Słońca pozyskiwany jest głównie w laboratoriach. Ten lód nazywa się amorficznym i nie ma regularnej struktury.

Lód amorficzny można uzyskać, jeśli ciekłą wodę schłodzi się bardzo szybko (w ciągu milisekund lub nawet szybciej) i bardzo mocno (poniżej 120 kelwinów - minus 153,15 stopni Celsjusza). W tak ekstremalnych warunkach cząsteczki H 2 O nie mają czasu na uporządkowanie struktury, a woda zamienia się w lepką ciecz, której gęstość jest nieco większa niż gęstość lodu. Jeśli temperatura pozostaje niska, woda może pozostawać w postaci lodu amorficznego przez bardzo długi czas, ale gdy się nagrzeje, zmienia się w bardziej znany stan lodu krystalicznego.

Odmiany stałej postaci wody nie ograniczają się do amorficznego i heksagonalnego lodu krystalicznego - w sumie ponad 15 rodzajów jest znanych dziś naukowcom. Najpopularniejszy lód na Ziemi to lód I h, ale w wyższych warstwach atmosfery można również znaleźć lód I c, którego sieć krystaliczna przypomina sieć diamentową. Inne modyfikacje lodu mogą być trygonalne, jednoskośne, sześcienne, rombowe i pseudorombowe.

Ale w niektórych przypadkach przejście fazowe między tymi dwoma stanami nie nastąpi: jeśli cząsteczek wody jest za mało, to zamiast tworzyć ściśle zorganizowaną sieć, „wolą” pozostać w mniej uporządkowanej formie. „W każdym klastrze molekularnym oddziaływania na powierzchni konkurują z oddziaływaniami wewnątrz klastra” – wyjaśnił Lente.ru Thomas Zeuch, jeden z autorów nowej pracy, pracownik Instytutu Chemii Fizycznej Uniwersytetu w Getyndze. "W przypadku mniejszych klastrów okazuje się, że bardziej korzystne energetycznie jest maksymalizacja struktury powierzchni klastra, a nie tworzenie krystalicznego rdzenia. Dlatego takie klastry pozostają amorficzne. "

Prawa geometrii mówią, że wraz ze wzrostem wielkości klastra zmniejsza się ułamek cząsteczek, które pojawiają się na powierzchni. W pewnym momencie korzyść energetyczna z tworzenia sieci krystalicznej przewyższa zalety optymalnego rozmieszczenia cząsteczek na powierzchni klastra i następuje przejście fazowe. Ale kiedy dokładnie nadejdzie ten moment, naukowcy nie wiedzieli.

Grupie badaczy pracujących pod kierunkiem profesora Udo Bucka (Udo Bucka) z Instytutu Dynamiki i Samoorganizacji w Getyndze udało się udzielić odpowiedzi. Eksperci wykazali, że minimalna liczba cząsteczek, które mogą utworzyć kryształ lodu, wynosi 275 plus minus 25 sztuk.

W swoich badaniach naukowcy wykorzystali metodę spektroskopii w podczerwieni, zmodernizowaną tak, aby wynik mógł rozróżniać widma, które dają klastry wodne różniące się wielkością zaledwie o kilka cząsteczek. Opracowana przez autorów metoda podaje maksymalną rozdzielczość dla klastrów zawierających od 100 do 1000 cząsteczek – a mianowicie w tym przedziale, jak sądzono, leży liczba „progowa”, po której rozpoczyna się krystalizacja.

Naukowcy stworzyli amorficzny lód, przepuszczając parę wodną zmieszaną z helem przez bardzo cienki otwór do komory próżniowej. Próbując wcisnąć się w maleńki otwór, cząsteczki wody i helu nieustannie zderzały się ze sobą iw tym zgnieceniu traciły znaczną część swojej energii kinetycznej. W efekcie do komory próżniowej dostały się już „uspokojone” cząsteczki, które z łatwością tworzą skupiska.

Zmieniając liczbę cząsteczek wody i porównując otrzymane widma, naukowcom udało się wykryć moment przejścia lodu z postaci amorficznej do krystalicznej (widma tych dwóch form mają bardzo charakterystyczne różnice). Uzyskana przez naukowców dynamika dobrze zgadzała się z modelami teoretycznymi, które przewidują, że po przejściu przez "punkt X", w środku gromady zaczyna się formowanie sieci krystalicznej i rozprzestrzenia się na jej krawędzie. Oznaką nieuchronności krystalizacji (znowu według badań teoretycznych) jest powstanie pierścienia sześciu cząsteczek połączonych wiązaniami wodorowymi - tak się dzieje, gdy całkowita liczba cząsteczek w klastrze wynosi 275. Dalszy wzrost liczby molekuł prowadzi do stopniowego wzrostu sieci i już na etapie 475 sztuk widmo gromady lodowej jest już zupełnie nie do odróżnienia od widma, które daje zwykły lód krystaliczny.

„Mechanizm przejścia fazowego ze stanu amorficznego do krystalicznego na poziomie mikro nie został jeszcze szczegółowo zbadany” – wyjaśnia Zeuch. „Możemy jedynie porównać nasze dane eksperymentalne z przewidywaniami teoretycznymi – i w tym przypadku zgoda okazała się zadziwiająco dobrze Teraz, wychodząc od aktualnych wyników, będziemy mogli wspólnie z chemikami teoretykami kontynuować badania przemiany fazowej, a w szczególności postaramy się ustalić, jak szybko zachodzi.

Prace Bucka i współpracowników należą do kategorii „czysto fundamentalnej”, choć mają też pewne praktyczne perspektywy. Autorzy nie wykluczają, że w przyszłości technologia, którą stworzyli do badania klastrów wodnych, która umożliwia dostrzeżenie różnic po dodaniu kilku cząsteczek, może być również poszukiwana w stosowanych dziedzinach. „W naszym artykule opisaliśmy wszystkie kluczowe elementy technologii, dzięki czemu w zasadzie można ją całkiem dostosować do badania klastrów innych obojętnych cząsteczek. Jednak podstawowe zasady urządzenia laserowego zostały zrozumiane już w 1917 roku, a pierwszy laser powstał dopiero w latach 60.” – Zeuch przestrzega przed nadmiernym optymizmem.

Kryształy lodu

Alternatywne opisy

zjawisko atmosferyczne

Rodzaj opadów

Zimowe malowanie artysty jednym kolorem

mróz

Krystaliczny kondensat wilgoci z powietrza

zjawisko pogodowe

Siwe włosy na drzewie

Niebieski, niebieski, leżący na drutach (piosenka)

Warstwa Kryształy lodu na chłodnej powierzchni

Cienka warstwa kryształków lodu utworzona przez odparowanie na chłodzącej powierzchni

Cienka warstwa śniegu na chłodnej powierzchni

Kryształki lodu powstające z pary wodnej w powietrzu

. „sztywna” rosa

Rosyjska marka lodówek

Cienka warstwa śniegu powstała w wyniku parowania

Opad atmosferyczny

Niebieski ziemniak kanapowy na drutach

. „i nie śnieg, a nie lód, ale drzewa ze srebrem usunie” (zagadka)

biały opad

Szron na przewodach

opady deszczu na drzewach

Zakrywa drzewa zimą

Zimowe drzewko na ubrania

śnieżna rosa

zaśnieżona wilgoć

Zimowy najazd na jodły

Śnieżnobiałe opady

koronkowy szron

Opady śniegu

nalot śnieżny

zimowy nalot

. „biel” na drzewach

Opady zimowe

Otacza drzewa zimą

Zakrzepłe opary

Niebieski kanapkowy ziemniak (piosenka)

mrożona para

Zimowy strój drzew

Biała zimowa grzywka

Niebiesko-niebieskie leżały na przewodach

. rosa zimą

śnieżna rosa

Opady na drutach

Zimą na drzewach

Niebieski położył się na przewodach

cienka warstwa śniegu

Śnieg na gałęziach i drutach

. "a świerk przez ... zmienia kolor na zielony"

Niebieski kanapkowy ziemniak (piosenka)

Srebrne wykończenie drewna

Opady zimą

Niebieskie opady na drutach (piosenka)

Inna nazwa mrozu

W rzeczywistości szron

. „Gdy wchodzisz w próg, wszędzie…”

Szron w pigułce

Mróz po zimnej nocy

. „kupa szronu”

Prawie śnieg

śnieżna grzywka

zamarznięta rosa

Prawie tak samo jak mróz

Prawie śnieg rano

Szron na drutach w piosence

Zimowe frędzle na krzakach

mrożona para

zimowa rosa

Zimowe okrycie krzewów

. „siwe włosy” na gałęziach

. "mroźny puch"

cienka warstwa lodu

cienka warstwa śniegu

Zimowe „siwe włosy”

Zimowe okrycie krzewów

Ten, który leżał na drutach

Lód na gałęziach

szron na drzewach

Zimowe srebro na drzewach

Malarstwo Goncharova

Co musisz zerwać z auta jesienią

zimowy mróz

mrożona para

zjawisko atmosferyczne

Cienka warstwa kryształków lodu utworzona przez odparowanie na chłodzącej powierzchni

. "A świerk przez ... zmienia kolor na zielony"

. "Gdy wchodzisz w próg, wszędzie..."

. „Stos mrozu”

. „Mroźny Puch”

. „zamrożona” rosa

. Rosa zimą

. „siwe włosy” na gałęziach

. „Niebieski niebieski… połóż się na przewodach”

. "i nie śnieg, a nie lód, ale usunie drzewa ze srebrem" (zagadka)

. „Biel” na drzewach

Zimowe „siwe włosy”

Zamarznięte opary, wilgoć w powietrzu, która osadza się na przedmiotach zimniejszych od powietrza i zamarza na nich, co dzieje się po powrocie silnych mrozów. Od oddychania mróz siedzi na brodzie, kołnierzu. Na drzewach gęsty szron, kurzha, kolba. Szron na owocach, spocona matowość. Puszysty szron - do wiadra. Duży szron, kopce śniegu, głęboko zmarznięta ziemia, do produkcji zboża. Wielki mróz przez całą zimę, ciężkie lato dla zdrowia. O proroku Aggeuszu i Danielu, mróz, ciepłe Święta Bożego Narodzenia i grudzień. W styczniu Grzegorza z Nikiy) mróz na stogach siana - do mokrego roku. Szron pokryty szronem; mroźny; obfity mróz. Mroźny, mroźny, ale w mniejszym stopniu. Ineel m. na gałęziach drzew połamanych ciężarem szronu. Szron czy odmrożenie, odmrożenie, odmrożenie?, pokryć szronem. Narożniki chaty są zamarznięte i mroźne, zdrętwiałe

zamarznięta rosa

Niebiesko-niebieski, połóż się na drutach

. „Niebiesko-niebieski… połóż się na przewodach”

Crystal to lek chemiczny należący do grupy metamfetamin. Jest również nazywany Blue Ice, Pervitin, SC, Blue Ice lub Cristalius. Narkotyk zażywa ponad 12,8 mln osób (według statystyk ONZ z listopada 2017 r.). Pożądany przez narkomanów ze względu na niską cenę, silne działanie psychostymulujące. Uzależnienie zaczyna się rozwijać już po pierwszym zażyciu narkotyków.

Historia pojawienia się i dystrybucji

Nowa substancja o wzorze C10H15N została zsyntetyzowana przez tokijskiego naukowca Akirę Ogatę w 1919 roku. Podano go kamikadze - z kryształów stali się nieustraszeni, chętnie popełnili samobójstwo.

W latach 30. lek zaczął produkować niemiecka firma farmaceutyczna Temmler Werke (sole narkotyczne nazywano „Pervitin”). Syntetyczny środek znalazł się w „bojowej diecie” żołnierzy Wehrmachtu, „lekarstwo” pozwalało im nie zasnąć przez wiele dni. Po II wojnie światowej kryształy były używane w armii amerykańskiej (dostarczano je żołnierzom do lat 60. XX wieku).

O tym, że Pervitin jest lekiem, który powoduje straszne konsekwencje, mówiło się w latach 60-tych. Udowodniono związek między stosowaniem „niebieskiej medycyny”, licznymi samobójstwami i chorobami amerykańskich weteranów wojennych. W 1975 roku kryształy zostały oficjalnie zaklasyfikowane jako środki odurzające pierwszej kategorii (szczególnie niebezpieczne): nie można ich produkować, przechowywać i spożywać, w przeciwnym razie narkomana grozi kara kryminalna.

Z czego zrobiony jest lek?

80% wszystkich kryształów jest produkowanych w dużych podziemnych fabrykach w Meksyku i USA. Reszta leku jest wykonana z własnych składników - SC można przygotować w domu ze składników zakupionych w aptece lub sklepach chemicznych.

Efedron jest głównym składnikiem Narkotycznego Kryształu. Jest izolowany z leków takich jak Teofedrin, Bronholitin, Bronchoton, Insanovin. Inne substancje chemiczne są wytwarzane z czerwonego fosforu, litu rozpuszczonego w ciekłym amoniaku lub fenylometylodiketonu z metyloaminą.

Aby wzmocnić efekt, do receptury Crystal dodaje się inne leki - mąkę (kokainę), „speed”, haszysz, „rum 05” itp. Efedron łączy się również z chemikaliami: kwasem akumulatorowym, rozpuszczalnikami hydraulicznymi, płynem przeciw zamarzaniu. Możesz więc zrobić „szaloną miksturę”, z której uzależniony doświadcza potężnego ataku z halucynacjami (ale prawdopodobieństwo zatrucia przekracza 90%).

Jak to wygląda

Nazwa substancji odurzającej była spowodowana wygląd zewnętrzny- wygląda jak kawałki lodu. Białe kryształy różnią się od niebieskich tylko kolorem, ich działanie jest identyczne.

Kolor leku zależy od zanieczyszczeń w kompozycji. Fosfor wytwarza różową lub czerwoną krystaliczną sól. Jeśli lek został wyprodukowany z amoniakiem, będzie żółty. Redukcja katalityczna z użyciem chlorku tionylu daje białe lub niebieskie kryształy.

Przy zwiększonym stężeniu kwasu siarkowego granulki leku zmienią kolor na niebieski. Jeżeli barwnik spożywczy (np. mięta krystaliczna) zostanie dodany podczas produkcji, otrzymuje się zielone, pomarańczowe, fioletowe, czarne kryształy.

Jak używać

Po raz pierwszy kryształy są palone - tak małe stężenie leku dostaje się do krwioobiegu (w porównaniu z innymi rodzajami zażywania), a narkomani błędnie myślą, że szkoda jest minimalna. Lek palą za pomocą specjalnych urządzeń (szklane rurki lub plastikowa butelka z folią).

Pachnące proszki są wykonane z Pervitin (kryształy są kruszone na pył, a następnie wdychane). Takie stosowanie leków powoduje owrzodzenia błony śluzowej nosogardzieli, dlatego jest rzadko praktykowane.

Po rozwinięciu się uzależnienia narkomani używają lodu jak heroiny - rozpuszczają kryształy narkotyków i wstrzykują je dożylnie strzykawką. Tak więc lekarstwo działa szybciej, a przybycie trwa dłużej niż podczas palenia, wdychania leku.

Jak to działa

Kryształ ma silniejszy wpływ na uzależnionego niż inne narkotyki (dwa razy silniejszy niż heroina, dziesiątki razy silniejszy niż działanie kokainy). Lek powoduje:

Rozkosz.

Występuje 5-6 minut po wstrzyknięciu lub 2 minuty po wstrzyknięciu. Początkowo przez ciało przebiega chłód. Mięśnie się rozluźniają, pojawia się lekkość. Osoba doświadcza uczucia radości. Etap trwa 7-15 minut.

„Turbo Crystal” (przybycie).

Znika senność, odurzony człowiek dużo mówi, porusza się, chce biegać, tańczyć. Uzależnieni prawie zawsze chcą uprawiać seks pod Kryształami. Utrata poczucia samozachowawczy, obniżony próg bólu. Przyjazność i szczęście zastępuje agresywność. Ta akcja trwa od 5 do 12 godzin.

Marnotrawstwo.

Na trzecim etapie osoba popada w osłupienie, nie reaguje na słowa. Chociaż wycofanie nie występuje na tym etapie, uzależniony, próbując ponownie się rozweselić, przyjmuje nową dawkę Kryształu, rozpoczyna maraton metamfetaminy. Jeśli nie zażyje leku, będzie spał od 15 do 28 godzin. Po przebudzeniu pojawiają się objawy odstawienia.

Co to jest substancja niebezpieczna

Szkodliwość leku Crystal polega na tym, że powoduje on sztuczną stymulację mózgu. Bez dawki zaburzona jest regulacja ośrodkowego układu nerwowego wszystkich narządów wewnętrznych, a pod dawką dochodzi do nadmiernego pobudzenia – nadmiernego uwalniania neuroprzekaźników, przez co uzależniony staje się niekontrolowany.

Zwiększona emocjonalność popycha do przestępstw (gwałt, rabunek, pobicie, morderstwa). Obniżenie progu bólu i brak poczucia lęku zwiększa ryzyko wypadków. Pod dawką narkomani łatwo skaczą z wysokości, wspinają się na jezdnię, jeżdżą samochodami z maksymalną prędkością.

Oznaki i objawy przyjęcia

Metamfetamina działa dłużej niż inne substancje (efekt utrzymuje się do 12 godzin). W tym czasie uzależniony nie chce jeść, spać, nie czuje się zmęczony. Lek działa jak narkotyk - człowiek biega szybciej, czuje się silniejszy, mądrzejszy. Możesz rozpoznać, kto zabrał kryształ, po następujących objawach:

Przerosłe emocje. Strach zamienia się w paranoję. Gniew przejawia się w przemocy fizycznej. Współczucie dla płci przeciwnej jest zbyt obsesyjne.
Narkoman pod Kryształem jest niekontrolowany, nie przyjmuje rad i próśb oraz wykonuje niewłaściwe działania.
Twarz narkomana jest zniekształcona przez nienaturalną mimikę, pod Kryształem jest silne rozszerzenie źrenic, spojrzenie wydaje się szalone.

Halucynacje pojawiają się u doświadczonych narkomanów lub przy stosowaniu dużej dawki Kryształu. Częściej zdarzają się usterki dotykowe: wydaje się, że ktoś niewidzialny dotyka, że pod skórą biegają mrówki.

Pojawienie się i rozwój uzależnienia

Cena "wysokich" kryształów to natychmiastowe uzależnienie. Już od pierwszej dawki leku pojawia się uzależnienie psychiczne, wyrażające się chęcią pobudzenia do aktywności, pozbycia się senności, poprawy nastroju, odczucia chłodu. Po około tygodniu regularnego stosowania leku bez dawki następuje załamanie psychiczne - pogarsza się nastrój (aż do stanu depresyjnego), pojawia się poczucie beznadziejności, nasilają się fobie.

Fizyczne uzależnienie od leków krystalicznych pojawia się po 3-4 tygodniach ciągłego stosowania. Bez nowej dawki uzależniony choruje, wymiotuje, cierpi na migreny, bezsenność, konwulsje i bóle brzucha. Wszystko to mija po zażyciu narkotyków, co skłania do ciągłego wstrzykiwania, wąchania Kryształu.

Przedawkowanie: objawy i pierwsza pomoc

Pierwsze miesiące narkomani zaczynają od 5-20 mg Kryształu. Ze względu na szybką adaptację organizmu istnieje potrzeba zwiększania dawek. Sześć miesięcy później osoba wstrzykuje sobie ponad 120 mg leku, co jest niebezpieczne. U 30% osób to stężenie powoduje przedawkowanie. 150 mg wywołuje zatrucie u 65% narkomanów. 200 mg powoduje śmierć w 96%.

W przypadku przedawkowania Crystal, temperatura ciała uzależnionego gwałtownie wzrasta (do 41,5°C) i ciśnienie krwi. Istnieją różne formy tachykardii, arytmii. Rozpoczyna się psychoza, napady podobne do epileptycznych. Często rozwija się ostra niewydolność oddechowa, nerki i wątroba zawodzą.

Konsekwencje użytkowania

Aby przekonać się o destrukcyjnym działaniu Kryształu lub innej metamfetaminy, warto przyjrzeć się wyglądowi narkomanów. Stan skóry, włosów, zębów świadczy o tym, że są to osoby głęboko chore.

Spadek odporności z kryształu, dystonia naczyniowa, nerki, wątroba, niewydolność serca. Lek powoduje nieodwracalne patologie ośrodkowego układu nerwowego. Rozwija się demencja i schizofrenia. Naukowcy udowodnili, że syntetyczny lek wywołuje onkologię - narkomanów często diagnozuje się raka mózgu, narządów oddechowych (podczas palenia i wdychania substancji odurzającej), prostaty u mężczyzn i jajników u kobiet.

Leczenie

Nie da się samemu pozbyć uzależnienia od Kryształu z powodu długiego (ponad 40 dni) odstawienia. Samoleczenie jest niebezpieczne - w okresie karencji ciśnienie znacznie wzrasta, dochodzi do hipertermii, grożącej zatrzymaniem akcji serca, udarem.

W przypadku przedawkowania Crystal wezwana zostaje karetka, narkoman zostaje przewieziony na oddział toksykologiczny. Tam przeprowadzają detoksykację, umieszczają środki antycholinergiczne. Po wyprowadzeniu pacjenta ze stanu krytycznego zaleca się umieszczenie go w klinice narkologicznej. Tam, dla złagodzenia abstynencji, podają leki obniżające ciśnienie krwi, normalizujące funkcjonowanie mózgu, wątroby i nerek. Niezbędna pomoc psychoneurologiczna w celu zapobiegania zaburzeniom system nerwowy(przewlekła bezsenność, psychoza, depresja).

Wniosek

Kiedy abstynencja zostanie pokonana, uzależnionemu zaleca się chodzenie na sesje psychoterapeutyczne przez 3-7 miesięcy. Są potrzebne do rozwijania motywacji do rezygnacji z narkotyków, a także do rozwiązywania problemów, które prowokowały uzależnienie od narkotyków.

Znalazłeś odpowiedź na swoje pytanie?