Mały kryształ lodu. Sekrety kryształków lodu. Powstawanie i rozwój uzależnień

Sheila, Golem Wojenny z dodatku do pobrania” Kamienny więzień„, różni się znacznie od wszystkich towarzyszy mocą i umiejętnościami. Używa swojego kamiennego ciała i małych kryształów o różnych efektach jako broni, a duże kryształy służą jako zbroja. Możesz je znaleźć w trakcie gry, można je znaleźć jak zwykłą broń lub kupić u handlarzy. Kryształy dzielą się ze względu na rodzaj skutków, jakie powodują i odzwierciedlają: duchowe, naturalne, elektryczne, lodowe i ogniste. Najlepsze są nieskazitelne i wyjątkowe kryształy każdego rodzaju. Zmieniają nie tylko podstawowe wskaźniki, ale mogą również wpływać na atak, obronę, konstytucję, siłę... Wiele kryształów można znaleźć w tajdze Kadash, gdzie Sheila zasugeruje udanie się, aby dowiedzieć się, skąd pochodzi i kim była , a także w sprzedaży u Garina z Orzammar Commons.

Małe kryształy dla Sheili w Dragon Age: Początki:

Mały, nieskazitelny kryształ ognia- siła: 32; obrażenia: 7,00; +3% do szansy na trafienie krytyczne. atak wręcz, +4 obrażenia od dowolnej broni, +22,5% obrażeń od ognia.
Mały, nieskazitelny kryształ lodu- siła: 32; obrażenia: 7,00; +2 do penetracji pancerza, +10% do szansy na trafienie krytyczne. uderzenie lub dźgnięcie w plecy, +22,5% obrażeń od zimna.
Mały, nieskazitelny kryształ elektryczny- siła: 32; obrażenia: 7,00; +4 do zwinności, +6 do ataku, +22,5% do obrażeń od elektryczności.
Mały, nieskazitelny naturalny kryształ- siła: 32; obrażenia: 7,00; +4 do kondycji i regeneracji zdrowia w bitwie, +22,5% do obrażeń zadawanych przez siły natury.
Mały, odłamany duchowy kryształ- siła: 20; obrażenia: 5,50; +5% obrażeń od magii duchowej.
Mały pęknięty duchowy kryształ- siła: 20; obrażenia: 5,50; +10% do obrażeń od magii duchowej.

Duże kryształy dla Sheili w Dragon Age: Początki:

Duży, pęknięty kryształ ognia- typ nadwozia: 20; pancerz: 10,80; +20 odporności na ogień.
Duży pęknięty kryształ lodu- typ nadwozia: 20; pancerz: 10,80; +20 odporności na zimno.
Duży pęknięty kryształ elektryczny- typ nadwozia: 20; pancerz: 10,80; +20 odporności na elektryczność.
Duży, pęknięty naturalny kryształ- typ nadwozia: 20; pancerz: 10,80; +20 do odporności na siły natury.
Duży, nieskazitelny naturalny kryształ- typ nadwozia: 32; zbroja: 16,20; +1 do kondycji, +3 do pancerza, +40 do odporności na siły natury, +15 do odporności fizycznej.
Duży pęknięty duchowy kryształ- typ nadwozia: 20; pancerz: 10,80; +20 odporności na magię duchową.
Duży, czysty duchowy kryształ- typ nadwozia: 26; pancerz: 14,40; +30 do odporności na magię duchową, +8% do szansy na odparcie wrogiej magii, +5 do odporności psychicznej.
Duży, nieskazitelny duchowy kryształ- typ nadwozia: 32; zbroja: 16,20; +1 do wszystkich cech, +40 do odporności na magię duchową, +12% do szansy na odparcie wrogiej magii, +15 do odporności psychicznej.

O. V. Mosin, I. Ignatov (Bułgaria)

adnotacja Nie można niedoceniać znaczenia lodu dla podtrzymywania życia na naszej planecie. Lód ma ogromny wpływ na warunki życia i życie roślin i zwierząt różne rodzaje działalność gospodarcza człowieka. Okrywający wodę lód, ze względu na swoją małą gęstość, pełni w przyrodzie rolę pływającego ekranu, chroniącego rzeki i zbiorniki wodne przed dalszym zamarzaniem oraz chroniąc życie podwodnych mieszkańców. Wykorzystanie lodu do różnych celów (zatrzymywanie śniegu, budowa przepraw lodowych i magazynów izotermicznych, zasypywanie lodem magazynów i kopalń) jest przedmiotem szeregu działów nauk hydrometeorologicznych i inżynierskich, takich jak inżynieria lodowa, inżynieria śniegu, wieczna zmarzlina inżynieryjnej, a także działalności specjalnych służb rozpoznania lodu oraz sprzętu do transportu lodołamaczy i odśnieżania. Lód naturalny służy do przechowywania i chłodzenia produktów spożywczych, preparatów biologicznych i medycznych, dla których jest specjalnie produkowany i przygotowywany, a woda roztopiona przygotowana w wyniku stopienia lodu stosowana jest w medycynie ludowej w celu zwiększenia metabolizmu i usunięcia toksyn z organizmu. Artykuł wprowadza czytelnika w nowe, mało znane właściwości i modyfikacje lodu.

Lód jest krystaliczną formą wody, która według najnowszych danych posiada czternaście modyfikacji strukturalnych. Wśród nich wyróżnia się modyfikacje krystaliczne (lód naturalny), amorficzne (lód sześcienny) i metastabilne, różniące się między sobą wzajemnym układem i właściwościami fizycznymi cząsteczek wody, połączonych wiązaniami wodorowymi, tworzących sieć krystaliczną lodu. Wszystkie, z wyjątkiem tego, do czego jesteśmy przyzwyczajeni naturalny lód I h, krystalizujące w heksagonalnej siatce, powstają w egzotycznych warunkach – przy bardzo niskich temperaturach suchego lodu i ciekłego azotu oraz wysokich ciśnieniach tysięcy atmosfer, gdy zmieniają się kąty wiązań wodorowych w cząsteczce wody i układy krystaliczne inne niż heksagonalne powstają. Takie warunki przypominają te w kosmosie i nie występują na Ziemi.

W przyrodzie lód reprezentowany jest przede wszystkim przez jedną odmianę krystaliczną, krystalizującą w sześciokątnej siatce przypominającej strukturę diamentu, gdzie każdą cząsteczkę wody otaczają cztery najbliższe cząsteczki, znajdujące się w równych odległościach od niej, równych 2,76 angstremów i umieszczonych w wierzchołki czworościanu foremnego. Ze względu na niską liczbę koordynacyjną, struktura lodu jest siatkowa, co wpływa na jego niską gęstość, wynoszącą 0,931 g/cm 3 .

Najbardziej niezwykłą właściwością lodu jest jego niesamowita różnorodność zewnętrznych przejawów. Przy tej samej krystalicznej strukturze może wyglądać zupełnie inaczej, przybierając postać przezroczystych gradów i sopli, płatków puszystego śniegu, gęstej błyszczącej skorupy lodowej lub gigantycznych mas lodowcowych. Lód występuje w przyrodzie w postaci kontynentalnej, pływającej i podziemny lód, a także w postaci śniegu i mrozu. Jest szeroko rozpowszechniony we wszystkich obszarach zamieszkania człowieka. Zgromadzony w dużych ilościach śnieg i lód tworzą specjalne struktury o właściwościach zasadniczo odmiennych od właściwości pojedynczych kryształów czy płatków śniegu. Lód naturalny powstaje głównie z lodu pochodzenia osadowo-metamorficznego, powstałego w wyniku stałych opadów atmosferycznych w wyniku późniejszego zagęszczenia i rekrystalizacji. Cechą charakterystyczną lodu naturalnego jest ziarnistość i prążkowanie. Ziarnistość wynika z procesów rekrystalizacji; Każde ziarno lodu lodowcowego jest kryształem o nieregularnym kształcie, ściśle przylegającym do innych kryształów masy lodowej w taki sposób, że występy jednego kryształu ściśle przylegają do wgłębień drugiego. Ten rodzaj lodu nazywany jest polikrystalicznym. W nim każdy kryształ lodu jest warstwą najcieńszych liści zachodzących na siebie w płaszczyźnie podstawowej prostopadłej do kierunku osi optycznej kryształu.

Całkowite zasoby lodu na Ziemi szacuje się na około 30 milionów. 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 i kometach. Lód jest tak ważny dla klimatu naszej planety i siedlisk życia na niej, że naukowcy wyznaczyli dla lodu specjalne środowisko - kriosferę, której granice sięgają wysoko do atmosfery i głęboko w skorupę ziemską.

Tabela 1. Ilość, rozmieszczenie i żywotność lodu.

Rodzaj lodu; Waga; Obszar dystrybucji; Średnie stężenie, g/cm2; Szybkość przyrostu masy ciała, g/rok; Średni czas życia, rok
G; %; milion 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 oceanów; 1,34·102; 3,3·1019; 1.05
Śnieżna pokrywa; 1,0·1019; 0,04; 72,4; 14.2 Ziemia; 14,5; 2·1019; 0,3-0,5
Góry lodowe; 7,6·1018; 0,03; 63,5; 18,7 oceanu; 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 są wyjątkowe pod względem kształtu i proporcji. Każdy rosnący kryształ naturalny, w tym kryształ lodowy, zawsze dąży do stworzenia idealnej regularnej sieci krystalicznej, ponieważ jest to korzystne z punktu widzenia minimum jego energii wewnętrznej. Jak wiadomo, wszelkie zanieczyszczenia zniekształcają kształt kryształu, dlatego podczas krystalizacji wody cząsteczki wody najpierw wbudowują się w siatkę, a obce atomy i cząsteczki zanieczyszczeń są wypychane do cieczy. I dopiero wtedy, gdy zanieczyszczenia nie mają dokąd uciec, kryształ lodu zaczyna je integrować w swoją strukturę lub pozostawia w postaci pustych kapsułek ze stężoną niezamarzającą cieczą - solanką. Dlatego lód morski jest świeży i nawet najbrudniejsze zbiorniki wodne są pokryte przezroczystymi i czysty lód. Kiedy lód się topi, wypiera zanieczyszczenia do solanki. W skali planety zjawisko zamarzania i rozmrażania wody wraz z parowaniem i kondensacją wody pełni rolę gigantycznego procesu oczyszczania, w którym woda na Ziemi nieustannie się oczyszcza.

Tabela 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

Zmniejsza się znacznie wraz ze spadkiem temperatury

Współczynnik rozszerzalności cieplnej, 1/°C

9,1 10-5 (0°C)

Lód polikrystaliczny

Przewodność cieplna, cal/(cm sec °C)

4,99 10 –3

Lód polikrystaliczny

Współczynnik załamania światła:

1,309 (-3°C)

Lód polikrystaliczny

Specyficzna przewodność elektryczna, om-1 cm-1

10-9 (0°C)

Pozorna energia aktywacji 11 kcal/mol

Powierzchniowa przewodność elektryczna, om-1

10-10 (-11°C)

Pozorna energia aktywacji 32 kcal/mol

Moduł sprężystości Younga, dyn/cm2

9 1010 (-5°C)

Lód polikrystaliczny

Wytrzymałość, MN/m2: zgniatanie, rozdzieranie, ścinanie

2,5 1,11 0,57

Lód polikrystaliczny Lód polikrystaliczny Lód polikrystaliczny

Lepkość dynamiczna, równowaga

Lód polikrystaliczny

Energia aktywacji podczas odkształcania i relaksacji mechanicznej, kcal/mol

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

Uwaga: 1 kal/(g°C)=4,186 kJ/(kg·K); 1 om -1 cm -1 =100 sim/m; 1 dyna = 10 -5 N ; 1 N = 1 kg m/s²; 1 dyn/cm=10 -7 N/m; 1 cal/(cm·s°C)=418,68 W/(m·K); 1 puaz = g/cm s = 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 w gęstości, ciśnieniu, objętości, przewodności cieplnej. Gdyby nie było wiązań wodorowych łączących cząsteczki wody w kryształ, lód topiłby się w temperaturze –90°C. Ale tak się nie dzieje ze względu na obecność wiązań wodorowych między cząsteczkami wody. Ze względu na mniejszą gęstość niż woda, lód tworzy pływającą pokrywę na powierzchni wody, chroniąc rzeki i zbiorniki przed zamarzaniem na dnie, ponieważ jego przewodność cieplna jest znacznie niższa niż woda. W tym przypadku najniższą gęstość i objętość obserwuje się w temperaturze +3,98°C (ryc. 1). Dalsze schładzanie 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 równowagowych - ciekłej i kwazikrystalicznej, analogicznie do kwazikryształów, których sieć krystaliczna ma nie tylko strukturę okresową, ale także osie symetrii różnych rzędów, których istnienie wcześniej zaprzeczało poglądom krystalografów. Teoria ta, wysunięta po raz pierwszy przez słynnego rosyjskiego fizyka teoretycznego Ya I. Frenkla, opiera się na założeniu, że część cząsteczek cieczy tworzy strukturę kwazikrystaliczną, podczas gdy pozostałe cząsteczki mają charakter gazowy i swobodnie poruszają się w całej objętości. Rozmieszczenie cząsteczek w niewielkim sąsiedztwie dowolnej nieruchomej cząsteczki wody ma pewien porządek, przypominający nieco krystaliczny, choć bardziej luźny. Z tego powodu strukturę wody nazywa się czasem kwazikrystaliczną lub krystaliczną, czyli posiadającą symetrię i porządek we względnym ułożeniu atomów lub cząsteczek.

Ryż. 1. Zależność objętości właściwej lodu i wody od temperatury

Inną właściwością jest to, że prędkość przepływu lodu jest wprost proporcjonalna do energii aktywacji i odwrotnie proporcjonalna do temperatury bezwzględnej, tak że wraz ze spadkiem temperatury lód swoimi właściwościami zbliża się do ciała absolutnie stałego. Średnio w temperaturach bliskich topnienia płynność lodu jest 10 6 razy większa niż skał. Ze względu na swoją płynność lód nie gromadzi się w jednym miejscu, ale stale się porusza w postaci lodowców. Zależność między prędkością przepływu a naprężeniem dla lodu polikrystalicznego jest hiperboliczna; gdy jest w przybliżeniu opisany 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 Słońca. W tych obszarach widma lód wydaje się całkowicie czarny, ponieważ współczynnik absorpcji światła w tych obszarach widma jest bardzo wysoki. W przeciwieństwie do kryształków lodu, białe światło padające na śnieg nie jest pochłaniane, lecz 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 nimi zajmowana wynosi średnio około 72 mln km rocznie. km 2 na wysokich i średnich szerokościach geograficznych obu półkul - odbiera ciepło słoneczne o 65% mniej niż normalnie i jest potężnym źródłem chłodzenia powierzchnia ziemi, co w dużej mierze determinuje współczesną równoleżnikową strefę klimatyczną. Latem w obszarach polarnych promieniowanie słoneczne jest większe niż w strefie równikowej, jednak temperatura pozostaje niska, ponieważ znaczna część pochłoniętego ciepła jest wydawana na topniejący lód, który ma bardzo wysokie ciepło topnienia.

Inne niezwykłe właściwości lodu obejmują wytwarzanie promieniowania elektromagnetycznego przez rosnące kryształy. Wiadomo, że większość zanieczyszczeń rozpuszczonych w wodzie nie przedostaje się do lodu, gdy zaczyna on rosnąć; są zamrożone. Dlatego nawet na najbrudniejszej kałuży warstwa lodu jest czysta i przezroczysta. W tym przypadku na granicy ośrodka stałego i ciekłego gromadzą się zanieczyszczenia w postaci dwóch warstw ładunków elektrycznych o różnych znakach, które powodują znaczną różnicę potencjałów. Naładowana warstwa zanieczyszczeń przesuwa się wraz z dolną granicą młody lód i emituje fale elektromagnetyczne. Dzięki temu można szczegółowo obserwować proces krystalizacji. Zatem kryształ rosnący na długość w postaci igły emituje inaczej niż ten pokryty wyrostkami bocznymi, a promieniowanie rosnących ziaren różni się od tego, które występuje przy pękaniu kryształów. Na podstawie kształtu, sekwencji, częstotliwości i amplitudy impulsów promieniowania można określić, z jaką prędkością lód zamarza i jaki rodzaj struktury lodu się tworzy.

Ale najbardziej niesamowitą rzeczą w strukturze lodu jest to, że cząsteczki wody w niskich temperaturach i pod wysokim ciśnieniem wewnątrz nanorurek węglowych mogą krystalizować w kształcie podwójnej helisy, przypominającej cząsteczki DNA. Udowodniły to niedawne eksperymenty komputerowe przeprowadzone przez amerykańskich naukowców pod kierunkiem Xiao Cheng Zenga z Uniwersytetu w Nebrasce (USA). Aby w symulowanym eksperymencie woda utworzyła spiralę, umieszczono ją w nanorurkach o średnicy od 1,35 do 1,90 nm pod wysokim ciśnieniem, wahającym się od 10 do 40 000 atmosfer i w temperaturze –23°C. Oczekiwano, że woda we wszystkich przypadkach tworzy cienką rurową strukturę. Model pokazał jednak, że przy średnicy nanorurki 1,35 nm i ciśnieniu zewnętrznym 40 000 atmosfer doszło do wygięcia wiązań wodorowych w strukturze lodu, co doprowadziło do powstania spirali o podwójnej ściance – wewnętrznej i zewnętrznej. W tych warunkach ściana wewnętrzna okazała się skręcona w poczwórną helisę, a ściana zewnętrzna składała się z czterech podwójnych helis, przypominających cząsteczkę DNA (ryc. 2). Fakt ten może służyć jako potwierdzenie związku pomiędzy strukturą niezbędnej cząsteczki DNA a strukturą samej wody oraz tego, że woda służyła jako matryca do syntezy cząsteczek DNA.

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

Kolejną z najważniejszych właściwości wody odkryto i zbadano w Ostatnio, jest to, że woda ma zdolność zapamiętywania informacji o przeszłych oddziaływaniach. Po raz pierwszy udowodnili to japoński badacz Masaru Emoto i nasz rodak Stanislav Zenin, który jako jeden z pierwszych zaproponował teorię skupień struktury wody, składającą się z cyklicznych współpracowników o wolumetrycznej strukturze wielościennej - skupień o wzorze ogólnym (H 2 O) n, gdzie n, według najnowszych danych, może sięgać setek, a nawet tysięcy jednostek. To właśnie dzięki obecności klastrów w wodzie woda ma właściwości informacyjne. Naukowcy fotografowali procesy zamarzania wody w mikrokryształy lodu, wpływając 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 sześciokątne kryształy. Tam, gdzie rozbrzmiewała nieregularna muzyka oraz gniewne i obraźliwe słowa, woda przeciwnie, zamarzała w chaotyczne i bezkształtne kryształy. Jest to dowód na to, że woda ma specjalną strukturę, która jest wrażliwa na wpływy informacji zewnętrznych. Przypuszczalnie ludzki mózg, składający się w 85-90% z wody, ma silny wpływ strukturujący na wodę.

Kryształy Emoto budzą zarówno zainteresowanie, jak i niedostatecznie uzasadnioną krytykę. Jeśli przyjrzysz się im uważnie, zobaczysz, że ich konstrukcja składa się z sześciu szczytów. Ale jeszcze dokładniejsza analiza pokazuje, że płatki śniegu zimą mają tę samą strukturę, zawsze symetryczną i z sześcioma wierzchołkami. W jakim stopniu struktury skrystalizowane zawierają informację o środowisku, w którym powstały? Struktura płatków śniegu może być piękna lub bezkształtna. Oznacza to, że próbka kontrolna (chmura w atmosferze), z której pochodzą, ma na nie taki sam wpływ, jak warunki pierwotne. Warunki początkowe to aktywność słoneczna, temperatura, pola geofizyczne, wilgotność itp. Wszystko to oznacza, że z tzw. przeciętnego zestawu, możemy stwierdzić, że struktura kropelek wody, a następnie płatków śniegu jest w przybliżeniu taka sama. Ich masa jest prawie taka sama i poruszają się w atmosferze z podobnymi prędkościami. W atmosferze nadal tworzą swoje struktury i zwiększają swoją objętość. Nawet jeśli uformowały się w różnych częściach chmury, w jednej grupie zawsze znajduje się pewna liczba płatków śniegu, które powstały w niemal takich samych warunkach. A odpowiedź na pytanie, co jest pozytywną, a co negatywną informacją o płatkach śniegu, można znaleźć w Emoto. W warunkach laboratoryjnych informacja negatywna (trzęsienie ziemi, niekorzystne dla człowieka wibracje dźwiękowe itp.) nie tworzy kryształów, lecz informacja pozytywna, wręcz przeciwnie. Bardzo ciekawe jest, w jakim stopniu jeden czynnik może kształtować takie same lub podobne struktury płatków śniegu. Największą gęstość wody obserwuje się w temperaturze 4°C. Udowodniono naukowo, że gęstość wody zmniejsza się, gdy zaczynają tworzyć się sześciokątne kryształki lodu, gdy temperatura spada poniżej zera. Jest to wynik wiązań wodorowych pomiędzy cząsteczkami wody.

Jaki jest powód takiej struktury? Kryształy są ciałami stałymi, a tworzące je atomy, cząsteczki lub jony są ułożone w regularny, powtarzający się wzór w trzech wymiarach przestrzennych. Struktura kryształów wody jest nieco inna. Według Izaaka tylko 10% wiązań wodorowych w lodzie ma charakter kowalencyjny, tj. z dość stabilnymi informacjami. Wiązania wodorowe pomiędzy tlenem jednej cząsteczki wody a wodorem drugiej są najbardziej wrażliwe na wpływy zewnętrzne. Widmo wody podczas budowy kryształów jest stosunkowo różne w czasie. Znając efekt dyskretnego parowania kropli wody udowodniony przez Antonowa i Yuskeselieva i jego zależność od stanów energetycznych wiązań wodorowych, możemy szukać odpowiedzi na temat budowy kryształów. Każda część widma zależy od napięcia powierzchniowego kropelek wody. W widmie znajduje się sześć pików, które wskazują gałęzie płatka śniegu.

Oczywiste jest, że w eksperymentach Emoto początkowa próbka „kontrolna” wpływa na wygląd kryształów. Oznacza to, że po ekspozycji na określony czynnik można spodziewać się powstania podobnych kryształów. Uzyskanie identycznych kryształów jest prawie niemożliwe. Badając wpływ słowa „miłość” na wodę, Emoto nie wskazuje jednoznacznie, czy eksperyment przeprowadzono na różnych próbkach.

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

Naturalny płatek śniegu, Wilson Bentley, 1925

Płatek śniegu Emoto uzyskany z naturalnej wody

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

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

Liczba ta wskazuje różnicę między próbką kontrolną a próbką pobraną w inne dni. Cząsteczki wody rozrywają najbardziej energetyczne wiązania wodorowe w wodzie, a także dwa szczyty widma podczas zjawiska naturalnego. Badania przeprowadzono przy użyciu urządzenia Antonowa. Wynik biofizyczny pokazuje spadek napięcia życiowego organizmu podczas trzęsienia ziemi. Podczas trzęsienia ziemi woda nie może zmienić swojej struktury w płatkach śniegu w laboratorium Emoto. Istnieją dowody na zmiany przewodności elektrycznej wody podczas trzęsienia ziemi.

W 1963 roku uczeń z Tanzanii Erasto Mpemba zauważył, że gorąca woda zamarza szybciej niż zimna. Zjawisko to nazywane jest efektem Mpemby. Choć wyjątkowe właściwości wody dostrzegli już znacznie wcześniej Arystoteles, Francis Bacon i Rene Descartes. Zjawisko to zostało wielokrotnie udowodnione w szeregu niezależnych eksperymentów. Woda ma jeszcze jedną dziwną właściwość. Moim zdaniem wyjaśnienie tego jest następujące: różnicowe widmo energii nierównowagowej (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, aby rozpocząć strukturyzowanie kryształów i zamrożenie.

Klucz do budowy lodu i jego właściwości leży w strukturze jego kryształu. Kryształy wszystkich modyfikacji lodu zbudowane są z cząsteczek wody H 2 O połączonych wiązaniami wodorowymi w trójwymiarowe struktury siatkowe o specyficznym układzie wiązań wodorowych. Cząsteczkę wody można po prostu wyobrazić sobie jako czworościan (piramidę o trójkątnej podstawie). W jego centrum znajduje się atom tlenu będący w stanie hybrydyzacji sp 3, a na dwóch wierzchołkach atom wodoru, którego jeden z elektronów 1s bierze udział w tworzeniu kowalencyjnego Połączenie H-O z tlenem. Dwa pozostałe wierzchołki zajmują pary niesparowanych elektronów tlenu, które nie biorą udziału w tworzeniu wiązań wewnątrzcząsteczkowych, dlatego nazywane są samotnymi. Przestrzenny kształt cząsteczki H 2 O tłumaczy się wzajemnym odpychaniem atomów wodoru i samotnych par elektronów centralnego atomu tlenu.

Wiązania wodorowe są ważne w chemii oddziaływań międzycząsteczkowych i są spowodowane słabymi siłami elektrostatycznymi oraz oddziaływaniami donor-akceptor. Występuje, gdy pozbawiony elektronów atom wodoru jednej cząsteczki wody oddziałuje z wolną parą elektronów atomu tlenu sąsiedniej cząsteczki wody (O-H...O). Osobliwość wiązanie wodorowe ma stosunkowo niską siłę; jest 5-10 razy słabsze niż chemiczne wiązanie kowalencyjne. Pod względem energii wiązanie wodorowe zajmuje pozycję pośrednią pomiędzy 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 w stronę wierzchołków czworościanu, które nie pozwalają na utworzenie gęstej struktury podczas zamarzania wody ( Rys. 3. W strukturach lodowych I, Ic, VII i VIII czworościan ten jest regularny. W strukturach lodowych II, III, V i VI czworościany są zauważalnie zniekształcone. W strukturach lodowych VI, VII i VIII dwa przecinające się układy można wyróżnić wiązania wodorowe.Ta niewidzialna struktura wiązań wodorowych układa cząsteczki wody w postaci siatkowej siatki, której struktura przypomina sześciokątny plaster miodu z wydrążonymi kanałami wewnętrznymi.Pod wpływem ogrzewania lodu struktura siatki ulega zniszczeniu: cząsteczki wody zaczynają wpadać w puste przestrzenie siatki, prowadząc do gęstszej struktury cieczy - to wyjaśnia, dlaczego woda jest cięższa od lodu.

Ryż. 3. Tworzenie wiązania wodorowego pomiędzy czterema cząsteczkami H2O (czerwone kulki reprezentują centralne atomy tlenu, białe kulki przedstawiają atomy wodoru)

Specyfika wiązań wodorowych i oddziaływań międzycząsteczkowych charakterystycznych dla struktury lodu zostaje zachowana w stopionej wodzie, ponieważ podczas topienia kryształu lodu ulega zniszczeniu tylko 15% wszystkich wiązań wodorowych. Dlatego połączenie między każdą cząsteczką wody i czterema sąsiednimi cząsteczkami właściwymi dla lodu („porządek krótkiego zasięgu”) nie zostaje naruszone, chociaż obserwuje się większe rozmycie sieci szkieletowej tlenu. Wiązania wodorowe można również utrzymać podczas wrzenia wody. Tylko w parze wodnej nie ma wiązań wodorowych.

Lód, który tworzy się pod ciśnieniem atmosferycznym i topi się w temperaturze 0°C, jest najpowszechniejszą, choć wciąż nie w pełni poznaną substancją. Wiele w jego strukturze i właściwościach wygląda nietypowo. W miejscach sieci krystalicznej lodu atomy tlenu czworościanów cząsteczek wody są ułożone w sposób uporządkowany, tworząc regularne sześciokąty przypominające sześciokątny plaster miodu, a atomy wodoru zajmują różne pozycje na wiązaniach wodorowych łączących atomy tlenu (ryc. 4). Dlatego możliwych jest sześć równoważnych orientacji cząsteczek wody względem sąsiadów. Niektóre z nich są wykluczone, ponieważ obecność dwóch protonów jednocześnie na tym samym wiązaniu wodorowym jest mało prawdopodobna, ale pozostaje wystarczająca niepewność co do orientacji cząsteczek wody. Takie zachowanie atomów jest nietypowe, ponieważ w substancji stałej wszystkie atomy podlegają temu samemu prawu: albo atomy są ułożone w sposób uporządkowany i wtedy jest to kryształ, albo losowo i wtedy jest to substancja amorficzna. Tak niezwykłą strukturę można zrealizować w większości modyfikacji lodu - Ih, III, V, VI i VII (oraz najwyraźniej w Ic) (tab. 3), a w strukturze lodu II, VIII i IX cząsteczki wody są uporządkowane orientacyjnie . Według J. Bernala lód jest krystaliczny w stosunku do atomów tlenu i szklisty w stosunku do atomów wodoru.

Ryż. 4. Struktura lodu o naturalnej konfiguracji sześciokątnej 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 o różnych modyfikacjach obliczyli rosyjscy badacze dr. G.G. Malenkova oraz doktorat z fizyki i matematyki. EA Żeligowska z Instytutu Chemii Fizycznej i Elektrochemii im. JAKIŚ. Frumkin z Rosyjskiej Akademii Nauk. Lody II, III i Modyfikacja V przechowuje się przez długi czas pod ciśnieniem atmosferycznym, jeśli temperatura nie przekracza -170°C (rys. 5). Po ochłodzeniu do około -150°C naturalny lód zamienia się w lód sześcienny Ic, składający się z sześcianów i ośmiościanów o wielkości kilku nanometrów. Lód I c czasami pojawia się, gdy woda zamarza w kapilarach, czemu najwyraźniej sprzyja oddziaływanie wody z materiałem ściany i powtarzalność jej struktury. Jeśli temperatura jest nieco wyższa niż -110 0 C, na metalowym podłożu tworzą się kryształy gęstszego i cięższego szklistego amorficznego lodu o gęstości 0,93 g/cm 3 . Obie te formy lodu mogą samoistnie przekształcić się w lód sześciokątny, a im szybciej, tym wyższa temperatura.

Tabela 3. Niektóre modyfikacje lodu i ich parametry fizyczne.

Modyfikacja

Struktura krystaliczna

Długości wiązań wodorowych, Å

Kąty H-O-N w czworościanach, 0

Sześciokątny

Sześcienny

Trójkątny

Tetragonalny

Jednoskośny

Tetragonalny

Sześcienny

Tetragonalny

Notatka. 1 Å = 10 -10 m

Ryż. 5. Schemat stanu lodów krystalicznych o różnych modyfikacjach.

Występują także lody wysokociśnieniowe – II i III odmiany trygonalne i tetragonalne, utworzone z wydrążonych plastrów miodu utworzonych z sześciokątnych elementów falistych, 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 o modyfikacji jednoskośnej kąty pomiędzy sąsiednimi atomami tlenu mieszczą się w zakresie od 86 0 do 132°, co znacznie różni się od kąta wiązania w cząsteczce wody, który wynosi 105° 47'. Lód VI w modyfikacji tetragonalnej składa się z dwóch ramek włożonych w siebie, pomiędzy którymi nie występują wiązania wodorowe, w wyniku czego powstaje sieć krystaliczna skupiona na ciele (rys. 8). Struktura lodu VI opiera się na heksamerach – blokach sześciu cząsteczek wody. Ich konfiguracja dokładnie powtarza strukturę stabilnego skupiska wody, która wynika z obliczeń. Lód VII i VIII odmiany sześciennej, które są niskotemperaturowymi uporządkowanymi formami lodu VII, mają podobną strukturę z włożonymi w siebie ramkami lodu I. Wraz z późniejszym wzrostem ciśnienia zmniejsza się odległość między atomami tlenu w sieci krystalicznej lód VII i VIII ulegną zmniejszeniu, w wyniku czego powstanie struktura lodu X, w którym atomy tlenu ułożą się w regularną siatkę, a protony zostaną uporządkowane.

Ryż. 7. Konfiguracja Ice III.

Lód XI powstaje w wyniku głębokiego chłodzenia lodu I h dodatkiem zasady poniżej 72 K pod normalnym ciśnieniem. W tych warunkach tworzą się defekty kryształów hydroksylowych, co pozwala rosnącym kryształkom lodu na zmianę swojej struktury. Lód XI ma rombową sieć krystaliczną o uporządkowanym układzie protonów i powstaje jednocześnie w wielu centrach krystalizacji w pobliżu defektów hydroksylowych kryształu.

Ryż. 8. Konfiguracja Ice VI.

Wśród lodów występują także formy metastabilne IV i XII, których czas życia wynosi sekundy i mają najpiękniejszą strukturę (ryc. 9 i ryc. 10). Aby uzyskać lód metastabilny, należy go sprasować I h do ciśnienia 1,8 GPa w temperaturze ciekłego azotu. Te lody tworzą się znacznie łatwiej i są szczególnie stabilne, jeśli przechłodzona ciężka woda jest poddawana ciśnieniu. Kolejna metastabilna modyfikacja - lód IX powstaje podczas przechłodzenia lód III i jest zasadniczo jego formą niskotemperaturową.

Ryż. 9. Konfiguracja Ice IV.

Ryż. 10. Konfiguracja Ice XII.

Dwie ostatnie 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 siatkach jednoskośnych i ortorombowych, było trudne do potwierdzenia: lepkość wody w temperaturze -160 ° C jest bardzo wysoka i trudno jest połączyć cząsteczki czystej przechłodzonej wody w takich ilościach tworząc jądro krystaliczne. Osiągnięto to za pomocą katalizatora – kwasu solnego, który zwiększał ruchliwość cząsteczek wody w niskich temperaturach. Takie modyfikacje lodu nie mogą powstać na Ziemi, ale mogą istnieć w kosmosie na schłodzonych planetach oraz zamarzniętych satelitach i kometach. Zatem obliczenia gęstości i przepływów ciepła z powierzchni satelitów Jowisza i Saturna pozwalają nam stwierdzić, że Ganimedes i Kallisto muszą mieć lodową skorupę, w której naprzemiennie znajdują się lody I, III, V i VI. Na Tytanie lody nie tworzą skorupy, ale płaszcz, którego wewnętrzna warstwa składa się z lodu VI, innych lodów wysokociśnieniowych i hydratów klatratów, 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 sześciokątny lód Ih. Centrum tworzenia się kryształków lodu stanowią stałe cząstki pyłu, które wiatr unosi do górnych warstw atmosfery. Wokół tego embrionalnego mikrokryształu lodu igły utworzone przez poszczególne cząsteczki wody rosną w sześciu symetrycznych kierunkach, na których rosną wyrostki boczne - dendryty. Temperatura i wilgotność powietrza wokół płatka śniegu są takie same, dlatego początkowo ma on symetryczny kształt. W miarę tworzenia się płatków śniegu stopniowo opadają one do niższych warstw atmosfery, gdzie temperatura jest wyższa. Tutaj następuje topienie, a ich idealny kształt geometryczny zostaje zniekształcony, tworząc różnorodne płatki śniegu (ryc. 11).

Wraz z dalszym topnieniem heksagonalna struktura lodu ulega zniszczeniu i powstaje mieszanina cyklicznych towarzyszeń klastrów, a także tri-, tetra-, penta-, heksamerów wody (ryc. 12) i wolnych cząsteczek wody. Badanie struktury powstałych klastrów jest często znacznie trudne, ponieważ woda, według współczesnych danych, jest mieszaniną różnych neutralnych klastrów (H 2 O) n i ich naładowanych jonów klastrowych [H 2 O] + n i [H 2 O ] - n, które znajdują się między sobą w dynamicznej równowadze z czasem 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 poprzez wystające na zewnątrz powierzchnie wiązań wodorowych, tworząc bardziej złożone struktury wielościenne, takie jak sześcian, oktaedr, dwudziestościan i dwunastościan. Tym samym budowę wody kojarzą się z tzw. bryłami platońskimi (czworościanem, sześcianem, oktaedrem, dwudziestościanem i dwunastościanem), nazwanymi na cześć starożytnego greckiego filozofa i geometrii Platona, który je odkrył, a których kształt wyznacza złoty podział. (ryc. 13).

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

Liczbę wierzchołków (B), ścian (G) i krawędzi (P) w dowolnym wielościanie przestrzennym opisuje zależność:

B + G = 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) wychodzący z jednego z jego wierzchołków. Dla czworościanu stosunek ten wynosi 4:3, dla sześcianu (6 ścian) i oktaedru (8 ścian) wynosi 2:1, a dla dwunastościanu (12 ścian) i dwudziestościanu (20 ścian) wynosi 4:1.

Struktury wielościennych skupisk wody, obliczone przez rosyjskich naukowców, potwierdzono nowoczesnymi metodami analitycznymi: spektroskopią protonowego rezonansu magnetycznego, spektroskopią lasera femtosekundowego, dyfrakcją promieni rentgenowskich i neutronów na kryształach wody. Odkrycie skupisk wody i zdolność wody do przechowywania informacji to dwa z najważniejszych odkryć XXI tysiąclecia. To dobitnie dowodzi, że naturę cechuje symetria w postaci precyzji figury geometryczne i proporcjach charakterystycznych dla kryształków lodu.

LITERATURA.

1. Belyanin V., Romanova E. Życie, cząsteczka wody i złota proporcja // Nauka i Życie, 2004, t. 10, nr 3, s. 2004-2004. 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 rzeczywistość fizyczna. 2011, T 16, nr 12, s. 2011. 9-22.

4. Petryanov I.V. Najbardziej niezwykła substancja na świecie, Moskwa, Pedagogika, 1981, s. 13-13. 51-53.

5 Eisenberg D, Kautsman V. Struktura i właściwości wody. - Leningrad, Gidrometeoizdat, 1975, s. 25. 431.

6. Kulsky L. A., Dal V. V., Lenchina L. G. Znana i tajemnicza woda. – Kijów, Szkoła Rodyanbska, 1982, s. 25. 62-64.

7. Zatsepina G. N. Struktura i właściwości wody. – Moskwa, wyd. Moskiewski Uniwersytet Państwowy, 1974, s. 15. 125.

8. Antonchenko V. Ya., Davydov N. S., Ilyin V. V. Podstawy fizyki wody – Kijów, Naukova Dumka, 1991, s. 10-10. 167.

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

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

11. Zenin S.V., Tyaglov B.V. Natura oddziaływań hydrofobowych. Pojawienie się pól orientacji w roztworach wodnych // Journal of Physical Chemistry, 1994, T. 68, nr 3, s. 10-10. 500-503.

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

13. Bernal J., Fowler R. Struktura wody i roztworów jonowych // Uspekhi Fizicheskikh Nauk, 1934, T. 14, nr 5, s. 13. 587-644.

14. Khobza P., Zahradnik R. Kompleksy międzycząsteczkowe: Rola układów van der Waalsa w chemii fizycznej i biodyscyplinach. – Moskwa, Mir, 1989, s. 25. 34-36.

15. Pounder E. R. Fizyka lodu, przeł. z angielskiego - Moskwa, 1967, s. 25. 89.

16. Komarov S. M. Wzory lodowe wysokiego ciśnienia. // Chemia i życie, 2007, nr 2, s. 48-51.

17. E. A. Zheligovskaya, G. G. Malenkow. Lody krystaliczne // Uspekhi khimii, 2006, nr 75, s. 200-200. 64.

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

19. Nemukhin A.V. Różnorodność klastrów // Russian Chemical Journal, 1996, T. 40, nr 2, s. 10. 48-56.

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

21. Ignatov I. Medycyna bioenergetyczna. Pochodzenie materii żywej, pamięć wody, biorezonans, pola biofizyczne. – GayaLibris, Sofia, 2006, s. 25. 93.

Kryształy lodu

Alternatywne opisy

Zjawisko atmosferyczne

Rodzaj opadów

Zimowy artysta malujący jedną farbą

mróz

Krystaliczny kondensat wilgoci z powietrza

zjawisko pogodowe

Siwe włosy na drzewie

Niebieski, niebieski, leżący na drutach (piosenka)

Warstwa kryształków lodu na schłodzonej powierzchni

Cienka warstwa kryształków lodu powstająca w wyniku odparowania na chłodzącej powierzchni

Cienka warstwa śniegu na powierzchni chłodzącej

Kryształki lodu powstają z pary wodnej zawartej w powietrzu

. „zdrętwiała” rosa

Marka rosyjskiej lodówki

Cienka warstwa śniegu powstała w wyniku parowania

Opad atmosferyczny

Niebieski kanapowy ziemniak na drutach

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

Białe opady

Mróz na drutach

Opady na drzewach

Zimą osłania drzewa

Drzewko na zimowe ubrania

rosa śnieżna

Śnieżna wilgoć

Zimowy nalot na świerki

Śnieżnobiałe opady

Koronkowy mróz

Opady śniegu

Zimowy napad

. „białość” na drzewach

Opady zimowe

Otula drzewa zimą

Zamrożone opary

Niebieski kanapowy ziemniak (piosenka)

Zamarznięta para

Zimowy strój drzew

Białe zimowe frędzle

Niebiesko-niebieski ułożony na przewodach

. „rosa” zimą

Rosa śnieżna

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 kanapowy ziemniak (piosenka)

Srebrzenie na drewnie

Opady w zimie

Niebieski deszcz na przewodach (piosenka)

Inna nazwa mrozu

Mróz w zasadzie

. „Gdy tylko przekroczysz próg, wszędzie...”

Krótko mówiąc mróz

Mróz po zimnej nocy

. „kupa mrozu”

Prawie śnieg

Frędzle śnieżne

zamarznięta rosa

Prawie tak samo jak mróz

Rano prawie śnieg

Mróz na drutach w piosence

Zimowe frędzle na krzakach

zamarznięta para

zimowa rosa

Zimowy koc z krzaków

. „siwe włosy” na gałęziach

. „mroźny puch”

Cienka warstwa lodu

Cienka warstwa śniegu

Zimowe „siwe włosy”

Zimowe osłony krzaków

Ten, który leżał na przewodach

Lód na gałęziach

Mróz na drzewach

Zimowe srebro na drzewach

Malarstwo Goncharowej

Co musisz oderwać od samochodu jesienią

zimowy mróz

zamarznięta para

Zjawisko atmosferyczne

Cienka warstwa kryształków lodu powstająca w wyniku odparowania na chłodzącej powierzchni

. „A świerk przez… zmienia kolor na zielony”

. „Gdy tylko przekroczysz próg, wszędzie…”

. „Mroźny stos”

. „Mroźny puch”

. „Zamrożona” rosa

. „Rosa” zimą

. „Siwe włosy” na gałęziach

. „Niebieski, niebieski… połóż się na drutach”

. „i nie śnieg, ani lód, ale srebrem usunie drzewa” (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 ma miejsce po silnych mrozach. Od oddychania szron osiada na brodzie i kołnierzu. Na drzewach gęsty mróz, kurzha, kolba. Mróz na owocach, spocona otępienie. Puszysty szron do wiadra. Duże mrozy, kopce śniegu, głęboko zamarznięta ziemia, pod uprawę zboża. Duże mrozy przez całą zimę, lato trudne dla zdrowia. U proroka Aggeusza i Daniela jest mróz, ciepłe Święta Bożego Narodzenia i grudzień. Grzegorza z Nikii w styczniu) mróz na stogach siana - na rok mokry. Mroźny, pokryty szronem; oszronione; obfity mróz. Mroźno, mroźno, ale w mniejszym stopniu. Gałęzie drzew pokryte szronem, złamane ciężarem mrozu. Mróz czy mróz, mróz, mróz?, pokryje się szronem. Narożniki chaty są zamarznięte i mroźne, stają się mroźne

zamarznięta rosa

Niebiesko-niebieski, ułożony na drutach

. „Niebiesko-niebieski... połóż się na drutach”

Każdy z nas wielokrotnie słyszał o wyjątkowych właściwościach wody. Gdyby „bezbarwna i bezwonna ciecz” nie posiadała szczególnych właściwości, życie na Ziemi w jej obecnej postaci byłoby niemożliwe. To samo można powiedzieć o stałej postaci wody – lodzie. Teraz naukowcy odkryli kolejny jego sekret: w niedawno opublikowanym badaniu eksperci w końcu dokładnie ustalili, ile cząsteczek potrzeba do wytworzenia kryształka lodu.

Unikalne połączenie

Wyliczenie niesamowitych właściwości wody zajęłoby bardzo dużo czasu. Posiada największe ciepło właściwe spośród cieczy i ciał stałych, gęstość jego postaci krystalicznej – czyli lodu – jest mniejsza od gęstości wody w stanie ciekłym, zdolność do przylegania („przyklejania”), wysokie napięcie powierzchniowe – to wszystko i znacznie więcej pozwala mu istnieć życie na Ziemi jako takie.

Woda swoją wyjątkowość zawdzięcza wiązaniom wodorowym, a dokładniej ich liczbie. Za ich pomocą jedna cząsteczka H 2 O może „połączyć się” z czterema innymi cząsteczkami. Takie „kontakty” są zauważalnie słabsze niż wiązania kowalencyjne (rodzaj „regularnych” wiązań, które spajają na przykład atomy wodoru i tlenu w cząsteczce wody), a zerwanie każdego wiązania wodorowego z osobna jest dość proste. Ale w wodzie istnieje wiele takich interakcji i razem zauważalnie ograniczają swobodę cząsteczek H 2 O, uniemożliwiając ich zbyt łatwe oddzielenie od swoich „towarzyszy”, powiedzmy, po podgrzaniu. Każde z wiązań wodorowych samo w sobie istnieje przez nieznaczny ułamek sekundy – są one stale niszczone i powstają na nowo. Ale jednocześnie w dowolnym momencie większość cząsteczek wody uczestniczy w interakcji ze swoimi „sąsiadami”.

Wiązania wodorowe odpowiadają także za niezwykłe zachowanie wody podczas krystalizacji, czyli podczas tworzenia się lodu. Góry lodowe unoszące się na powierzchni oceanu, skorupa lodowa w zbiornikach słodkowodnych – wszystkie te zjawiska nas nie zaskakują, ponieważ jesteśmy do nich przyzwyczajeni od urodzenia. Ale gdyby głównym płynem na Ziemi nie była woda, ale jakiś inny płyn, wówczas w ogóle nie byłoby lodowisk i wędkarstwa pod lodem. Gęstość prawie wszystkich substancji wzrasta podczas przejścia ze stanu ciekłego do stałego, ponieważ cząsteczki są „dociskane” bliżej 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, jednak po przekroczeniu tej granicy gwałtownie spada o 8 procent. Odpowiednio zwiększa się objętość zamrożonej wody. Mieszkańcy domów z rurami, które od dawna nie były naprawiane lub ci, którzy zapomnieli o napojach o niskiej zawartości alkoholu w zamrażarce, dobrze znają tę funkcję.

Przyczyną anomalnej zmiany gęstości wody podczas przejścia ze stanu ciekłego do stałego są te same wiązania wodorowe. Krystaliczna sieć lodu przypomina plaster miodu, w którego sześciu rogach znajdują się cząsteczki wody. Są one połączone ze sobą wiązaniami wodorowymi, a ich długość przekracza długość „zwykłego” wiązania kowalencyjnego. W efekcie pomiędzy cząsteczkami zestalonego H 2 O jest więcej pustej przestrzeni niż pomiędzy cząsteczkami w stanie ciekłym, gdy cząsteczki poruszały się swobodnie i mogły bardzo blisko siebie zbliżyć. Podano na przykład wizualne porównanie rozmieszczenia cząsteczek fazy ciekłej i stałej wody.

Wyjątkowe właściwości i szczególne znaczenie wody dla mieszkańców Ziemi sprawiły, że cieszy się ona stałą uwagą naukowców. Nie będzie wielką przesadą stwierdzenie, że związek dwóch atomów wodoru i jednego atomu tlenu jest najdokładniej zbadaną substancją na planecie. Niemniej jednak specjaliści, którzy jako przedmiot swoich zainteresowań wybrali H 2 O, nie pozostaną bez pracy. Na przykład zawsze mogą zbadać, jak w rzeczywistości ciekła woda zamienia się w stały lód. Proces krystalizacji, który prowadzi do tak dramatycznych zmian we wszystkich właściwościach, zachodzi bardzo szybko, a wiele jego szczegółów pozostaje wciąż nieznanych. Po ukazaniu się ostatniego numeru magazynu Nauka O jedną zagadkę mniej: teraz naukowcy dokładnie wiedzą, ile cząsteczek wody należy umieścić w szklance, aby jej zawartość na zimno zamieniła się w znajomy lód.

Różne lody

Słowo „zwyczajowy” w poprzednim zdaniu nie zostało użyte ze względów stylistycznych. Podkreśla to mówimy o o lodzie krystalicznym - tym samym z sześciokątną siatką przypominającą plaster miodu. Choć taki lód jest powszechny tylko na Ziemi, w nieskończonej przestrzeni międzygwiezdnej dominuje zupełnie inna forma lodu, który na trzeciej planecie pozyskiwany jest ze Słońca głównie w laboratoriach. Lód ten nazywany jest amorficznym i nie ma regularnej struktury.

Lód amorficzny można otrzymać schładzając wodę w stanie ciekłym bardzo szybko (w ciągu milisekund lub nawet szybciej) i bardzo mocno (poniżej 120 kelwinów – minus 153,15 stopnia Celsjusza). W tak ekstremalnych warunkach cząsteczki H2O nie mają czasu na zorganizowanie się w uporządkowaną strukturę, a woda zamienia się w lepką ciecz, której gęstość jest nieco większa niż gęstość lodu. Jeśli temperatura pozostaje niska, woda może pozostawać w postaci amorficznego lodu przez bardzo długi czas, ale wraz z ociepleniem zmienia się w bardziej znany stan lodu krystalicznego.

Odmiany stałych form wody nie ograniczają się do amorficznego i sześciokątnego lodu krystalicznego - w sumie dziś naukowcy znają ponad 15 jej typów. Najpopularniejszy lód na Ziemi nazywa się lodem I h, ale w górnych warstwach atmosfery można znaleźć również lód I c, którego sieć krystaliczna przypomina diament. Inne modyfikacje lodu mogą być trygonalne, jednoskośne, sześcienne, ortorombowe i pseudoortorombowe.

Ale w niektórych przypadkach przejście fazowe między tymi dwoma stanami nie nastąpi: jeśli cząsteczek wody będzie za mało, to zamiast tworzyć ściśle zorganizowaną siatkę, „wolą” pozostać w mniej uporządkowanej formie. „W każdym klastrze molekularnym interakcje na powierzchni konkurują z interakcjami wewnątrz klastra” – wyjaśnił Lenta.ru jeden z autorów nowej pracy, pracownik Instytutu Chemii Fizycznej Uniwersytetu w Getyndze, Thomas Zeuch. „W przypadku mniejszych gromad energetycznie korzystniejsze okazuje się: „W miarę możliwości optymalizować strukturę powierzchni gromady, zamiast tworzyć krystaliczny «rdzeń». Dlatego takie gromady pozostają amorficzne”.

Prawa geometrii dyktują: wraz ze wzrostem rozmiaru klastra zmniejsza się proporcja cząsteczek kończących się na powierzchni. W pewnym momencie korzyść energetyczna wynikająca z utworzenia sieci krystalicznej przewyższa korzyści wynikające z optymalnego ułożenia cząsteczek na powierzchni klastra i następuje przejście fazowe. Ale kiedy dokładnie nadejdzie ten moment, naukowcy nie wiedzieli.

Odpowiedzi udzieliła grupa badaczy pracująca pod przewodnictwem profesora Udo Bucka z Instytutu Dynamiki i Samoorganizacji w Getyndze. Eksperci to pokazali minimalna liczba cząsteczek, które mogą utworzyć kryształ lodu, wynosi 275, plus minus 25.

W swoich badaniach naukowcy zastosowali metodę spektroskopii w podczerwieni zmodyfikowaną tak, aby na wyjściu można było rozróżnić widma wytwarzane przez skupiska wody różniące się wielkością zaledwie kilku cząsteczek. Opracowana przez autorów technika daje maksymalną rozdzielczość dla klastrów zawierających od 100 do 1000 cząsteczek - i to właśnie w tym przedziale, jak sądzono, mieści się liczba „progowa”, po przekroczeniu której rozpoczyna się krystalizacja.

Naukowcy wytworzyli amorficzny lód, przepuszczając parę wodną zmieszaną z helem przez bardzo cienki otwór do komory próżniowej. Próbując przecisnąć się przez maleńki otwór, cząsteczki wody i helu nieustannie zderzały się ze sobą i podczas tego zmiażdżenia traciły znaczną część swojej energii kinetycznej. W rezultacie już „uspokojone” cząsteczki przedostały się do komory próżniowej i łatwo utworzyły skupiska.

Zmieniając liczbę cząsteczek wody i porównując otrzymane widma, badaczom udało się wykryć moment przejścia lodu z postaci amorficznej do krystalicznej (widma tych dwóch form różnią się bardzo charakterystycznie). Uzyskana przez naukowców dynamika była zgodna z modelami teoretycznymi, które przewidują, że po przejściu „punktu X” tworzenie sieci krystalicznej rozpoczyna się w środku gromady i rozprzestrzenia się aż do jej krawędzi. Znakiem nieuniknionej krystalizacji (znowu, zgodnie z badaniami teoretycznymi) jest utworzenie pierścienia sześciu cząsteczek połączonych wiązaniami wodorowymi - dokładnie tak się dzieje, gdy całkowita liczba cząsteczek w klastrze osiągnie wartość 275. Dalszy wzrost liczby cząsteczek prowadzi do stopniowego rozszerzania się sieci i już na etapie 475 kawałków widmo klastra lodowego jest już całkowicie nie do odróżnienia od widma wytwarzanego przez zwykły lód krystaliczny.

„Mechanizm przejścia fazowego ze stanu amorficznego do krystalicznego na poziomie mikro nie został jeszcze szczegółowo zbadany” – wyjaśnia Zeuch. „Nasze dane eksperymentalne możemy porównać jedynie z przewidywaniami teoretycznymi – i w tym przypadku zgodność okazała się być wyjątkowo dobre. Teraz, wychodząc od bieżących wyników, „wspólnie z chemikami teoretykami będziemy mogli kontynuować badania nad przemianą fazową, a w szczególności spróbujemy dowiedzieć się, jak szybko ona zachodzi”.

Praca Bucka i współpracowników zalicza się do kategorii „czysto fundamentalnej”, choć ma też pewne perspektywy praktyczne. Autorzy nie wykluczają, że stworzona przez nich technologia badania klastrów wodnych, która pozwala dostrzec różnice po dodaniu kilku cząsteczek, może znaleźć zastosowanie w dziedzinach stosowanych. "W naszym artykule opisaliśmy wszystkie kluczowe elementy tej technologii, więc w zasadzie można ją łatwo zaadaptować do badania skupisk innych neutralnych cząsteczek. Jednak podstawowe zasady konstrukcji lasera zrozumiano już w 1917 r., a pierwszy laser powstał dopiero w latach 60. XX wieku” – Zeuch przestrzega przed nadmiernym optymizmem.