Malý ľadový kryštál. Tajomstvo ľadových kryštálov. Vznik a rozvoj závislosti

Sheila, vojnový golem zo stiahnuteľného doplnku " kamenný väzeň“, sa výrazne líši od všetkých satelitov silou a schopnosťami. Svoje kamenné telo a malé kryštály s rôznymi efektmi používa ako zbrane a veľké kryštály jej slúžia ako brnenie. Môžete ich nájsť počas prechodu hry, nájdete ich ako bežné zbrane alebo v predaji od obchodníkov. Kryštály sa delia podľa druhu aplikovaných a odrazených účinkov: duchovné, prírodné, elektrické, ľadové a ohňové. Najlepšie sú bezchybné a výnimočné kryštály každého druhu. Nielenže menia základné štatistiky, ale môžu ovplyvniť aj útok, obranu, konštitúciu, silu... Veľa kryštálov možno nájsť v Kadash Thai, kde Shayla ponúkne, že pôjde zistiť, odkiaľ pochádza a s kým bývala. byť, rovnako ako v predaji Garin v Commons of Orzammar.

Malé kryštály pre Sheilu v Dragon Age: Origins:

Malý bezchybný ohnivý kryštál- pevnosť: 32; škoda: 7,00; +3 % kritická šanca útok na blízko, +4 poškodenie z akejkoľvek zbrane, +22,5% poškodenie ohňom.
Malý bezchybný ľadový kryštál- pevnosť: 32; škoda: 7,00; +2 Prienik brnenia, +10% kritická šanca. úder alebo bodnutie do chrbta, +22,5% poškodenie chladom.
Malý dokonalý elektrický kryštál- pevnosť: 32; škoda: 7,00; +4 obratnosť, +6 útok, +22,5 % elektrické poškodenie.
Malý bezchybný prírodný kryštál- pevnosť: 32; škoda: 7,00; +4 k konštitúcii a obnove zdravia v boji, +22,5 % k poškodeniu od prírodných síl.
Malý štiepaný duchovný kryštál- pevnosť: 20; škoda: 5,50; +5% duchovné poškodenie.
Malý prasknutý duchovný kryštál- pevnosť: 20; škoda: 5,50; +10% duchovného poškodenia.

Veľké kryštály pre Sheilu v Dragon Age: Origins:

Veľký prasknutý ohnivý kryštál- postava: 20; brnenie: 10,80; +20 požiarna odolnosť.
Veľký prasknutý ľadový kryštál- postava: 20; brnenie: 10,80; +20 Odolnosť proti chladu.
Veľký prasknutý elektrický kryštál- postava: 20; brnenie: 10,80; +20 Elektrický odpor.
Veľký popraskaný prírodný krištáľ- postava: 20; brnenie: 10,80; +20 Odolnosť voči prírode.
Veľký bezchybný prírodný kryštál- postava: 32; brnenie: 16,20; +1 konštitúcia, +3 brnenie, +40 odolnosť voči prírode, +15 fyzická odolnosť.
Veľký prasknutý duchovný kryštál- postava: 20; brnenie: 10,80; +20 Odolnosť voči duchu.
Veľký čistý duchovný kryštál- postava: 26; brnenie: 14,40; +30 duchovná odolnosť, +8% šanca na odraz nepriateľskej mágie, +5 psychická odolnosť.
Veľký bezchybný duchovný kryštál- postava: 32; brnenie: 16,20; +1 ku všetkým štatistikám, +40 duchovná odolnosť, +12% šanca na odraz nepriateľskej mágie, +15 psychická odolnosť.

O. V. Mosin, I. Ignatov (Bulharsko)

anotácia Význam ľadu pre zachovanie života na našej planéte nemožno podceňovať. Ľad má veľký vplyv na životné podmienky a život rastlín a živočíchov a na odlišné typyľudská ekonomická činnosť. Ľad, ktorý pokrýva vodu, vďaka svojej nízkej hustote zohráva v prírode úlohu plávajúcej clony, ktorá chráni rieky a nádrže pred ďalším zamrznutím a chráni život obyvateľov pod vodou. Využitie ľadu na rôzne účely (zadržiavanie snehu, usporiadanie ľadových prechodov a izotermických skladov, ukladanie ľadu skladovacích zariadení a baní) je predmetom viacerých odborov hydrometeorologických a inžinierskych vied, ako sú ľadová technika, snehová technika, strojárstvo. permafrost, ako aj činnosť špeciálnych služieb pre prieskum ľadu, dopravu ľadoborcov a snehové pluhy. Prírodný ľad sa používa na skladovanie a chladenie potravinárskych produktov, biologických a medicínskych prípravkov, pre ktoré sa špeciálne vyrába a zbiera, a voda z roztopeného ľadu pripravená roztopením ľadu sa používa v ľudovom liečiteľstve na zvýšenie metabolizmu a odstránenie toxínov z tela. Článok zoznamuje čitateľa s novými málo známymi vlastnosťami a úpravami ľadu.

Ľad je kryštalická forma vody, ktorá má podľa najnovších údajov štrnásť štruktúrnych modifikácií. Sú medzi nimi ako kryštalické (prírodný ľad), tak amorfné (kubický ľad) a metastabilné modifikácie, ktoré sa navzájom líšia vzájomným usporiadaním a fyzikálnymi vlastnosťami molekúl vody spojených vodíkovými väzbami, ktoré tvoria kryštálovú mriežku ľadu. Všetky, okrem bežných prírodný ľad I h , kryštalizujúce v hexagonálnej mriežke, vznikajú za exotických podmienok – pri veľmi nízkych teplotách suchého ľadu a tekutého dusíka a vysokých tlakoch tisícok atmosfér, keď sa menia uhly vodíkových väzieb v molekule vody a kryštalické systémy sú iné ako šesťuholníkové. sa tvoria. Takéto podmienky pripomínajú kozmické podmienky a na Zemi sa nenachádzajú.

V prírode je ľad reprezentovaný hlavne jednou kryštalickou odrodou, kryštalizujúcou v šesťuholníkovej mriežke pripomínajúcej diamantovú štruktúru, kde každá molekula vody je obklopená štyrmi molekulami, ktoré sú jej najbližšie, nachádzajú sa v rovnakej vzdialenosti od nej, rovnajúcej sa 2,76 angströmov a nachádzajú sa na vrcholy pravidelného štvorstenu. Vzhľadom na nízke koordinačné číslo je štruktúra ľadu sieťovitá, čo ovplyvňuje jeho nízku hustotu, ktorá je 0,931 g/cm 3 .

Najneobvyklejšou vlastnosťou ľadu je úžasná rozmanitosť vonkajších prejavov. S rovnakou kryštálovou štruktúrou môže vyzerať úplne inak, môže mať podobu priehľadných krúp a cencúľov, nadýchaných snehových vločiek, hustej lesklej kôry ľadu alebo obrovských ľadovcových más. Ľad sa v prírode vyskytuje vo forme kontinentálnych, plávajúcich a podzemný ľad, ako aj v podobe snehu a námrazy. Je rozšírený vo všetkých oblastiach ľudského obydlia. Sneh a ľad, ktoré sa zhromažďujú vo veľkých množstvách, vytvárajú špeciálne štruktúry so zásadne odlišnými vlastnosťami ako jednotlivé kryštály alebo snehové vločky. Prírodný ľad je tvorený prevažne ľadom sedimentárno-metamorfného pôvodu, ktorý vzniká z pevných atmosférických zrážok v dôsledku následného zhutnenia a rekryštalizácie. Charakteristickým znakom prírodného ľadu je zrnitosť a páskovanie. Zrnitosť je spôsobená procesmi rekryštalizácie; každé zrnko ľadového ľadu je nepravidelne tvarovaný kryštál, ktorý tesne prilieha k iným kryštálom v ľadovej mase takým spôsobom, že výbežky jedného kryštálu tesne zapadajú do vybrania druhého. Takýto ľad sa nazýva polykryštalický. V ňom je každý kryštál ľadu vrstvou najtenších listov, ktoré sa navzájom prekrývajú v bazálnej rovine, kolmej na smer optickej osi kryštálu.

Celkové zásoby ľadu na Zemi sa odhadujú na približne 30 miliónov ton. 3 km(Stôl 1). Väčšina ľadu je sústredená v Antarktíde, kde hrúbka jeho vrstvy dosahuje 4 km. Existujú aj dôkazy o prítomnosti ľadu na planétach slnečnej sústavy a v kométach. Ľad je taký dôležitý pre klímu našej planéty a pre život živých bytostí na nej, že vedci určili ľadu špeciálne prostredie – kryosféru, ktorej hranice siahajú vysoko do atmosféry a hlboko do zemskej kôry.

Tab. jeden. Množstvo, distribúcia a životnosť ľadu.

druh ľadu; Hmotnosť; Distribučná oblasť; Priemerná koncentrácia, g/cm2; Rýchlosť prírastku hmotnosti, g/rok; Priemerná dĺžka života, rok
G; %; milión km2; %
Ľadovce; 2,4 1022; 98,95; 16,1; 10,9 sushi; 1,48 105; 2,5 1018; 9580
podzemný ľad; 2 1020; 0,83; 21; 14,1 sushi; 9,52 103; 6 1018; 30-75
morský ľad; 3,5 1019; 0,14; 26; 7,2 oceánov; 1,34 102; 3,3 1019; 1.05
Snehová pokrývka; 1,0 1019; 0,04; 72,4; 14.2 Zeme; 14,5; 2 1019; 0,3-0,5
ľadovce; 7,6 1018; 0,03; 63,5; 18,7 oceán; 14,3; 1,9 1018; 4.07
atmosférický ľad; 1,7 1018; 0,01; 510,1; 100 Zem; 3,3 10-1; 3,9 1020; 4 10-3

Ľadové kryštály sú jedinečné svojim tvarom a rozmermi. Každý rastúci prírodný kryštál, vrátane ľadového kryštálu ľadu, sa vždy snaží o vytvorenie ideálnej pravidelnej kryštálovej mriežky, pretože je to výhodné z hľadiska minima jeho vnútornej energie. Akékoľvek nečistoty, ako je známe, deformujú tvar kryštálu, preto sa pri kryštalizácii vody molekuly vody v prvom rade zabudujú do mriežky a cudzie atómy a molekuly nečistôt sa vytlačia do kvapaliny. A až keď nečistoty nemajú kam ísť, ľadový kryštál ich začne zabudovávať do svojej štruktúry alebo ich opúšťa vo forme dutých kapsúl s koncentrovanou nemrznúcou kvapalinou – soľankou. Preto je morský ľad čerstvý a aj tie najšpinavšie vodné útvary sú pokryté priehľadnými a čistý ľad. Keď sa ľad topí, vytláča nečistoty do soľanky. V planetárnom meradle zohráva fenomén mrznutia a rozmrazovania vody spolu s vyparovaním a kondenzáciou vody úlohu gigantického očistného procesu, pri ktorom sa voda na Zemi neustále čistí.

Tab. 2. Niektoré fyzikálne vlastnosti ľadu I.

Nehnuteľnosť

Význam

Poznámka

Tepelná kapacita, cal/(g °C) Teplo topenia, cal/g Teplo vyparovania, cal/g

0,51 (0 °C) 79,69 677

Silne klesá s klesajúcou teplotou

Koeficient tepelnej rozťažnosti, 1/°C

9,1 10-5 (0 °C)

Polykryštalický ľad

Tepelná vodivosť, cal/(cm sec °C)

4,99 10-3

Polykryštalický ľad

Index lomu:

1,309 (-3 °C)

Polykryštalický ľad

Merná elektrická vodivosť, ohm-1 cm-1

10-9 (0 °C)

Zdanlivá aktivačná energia 11 kcal/mol

Povrchová elektrická vodivosť, ohm-1

10-10 (-11°C)

Zdanlivá aktivačná energia 32 kcal/mol

Youngov modul pružnosti, dyn/cm2

9 1010 (-5 °C)

Polykryštalický ľad

Odolnosť, MN/m2: roztrhnutie v šmyku

2,5 1,11 0,57

polykryštalický ľad polykryštalický ľad polykryštalický ľad

Dynamická viskozita, poise

Polykryštalický ľad

Aktivačná energia pri deformácii a mechanickej relaxácii, kcal/mol

Zvyšuje sa lineárne o 0,0361 kcal/(mol °C) z 0 na 273,16 K

Poznámka: 1 cal/(g °C)=4,186 kJ/(kg K); 1 ohm -1 cm -1 \u003d 100 sim / m; 1 dyn = 10-5 N ; 1N = 1 kg m/s2; 1 dyn/cm = 10-7 N/m; 1 cal / (cm s ° C) \u003d 418,68 W / (m K); 1 poise \u003d g / cm s \u003d 10 -1 N s / m2.

V dôsledku širokého rozšírenia ľadu na Zemi zohráva odlišnosť fyzikálnych vlastností ľadu (tab. 2) od vlastností iných látok dôležitú úlohu v mnohých prírodných procesoch. Ľad má mnoho ďalších životne dôležitých vlastností a anomálií – anomálie v hustote, tlaku, objeme a tepelnej vodivosti. Ak by neexistovali vodíkové väzby spájajúce molekuly vody do kryštálu, ľad by sa topil pri -90 °C. Ale to sa nestane kvôli prítomnosti vodíkových väzieb medzi molekulami vody. Ľad vďaka svojej nižšej hustote než má voda, tvorí na povrchu vody plávajúci obal, ktorý chráni rieky a nádrže pred zamrznutím dna, pretože jeho tepelná vodivosť je oveľa nižšia ako u vody. Zároveň najnižšiu hustotu a objem pozorujeme pri +3,98 °C (obr. 1). Ďalšie ochladzovanie vody na 0 0 C vedie postupne nie k zmenšovaniu, ale k zväčšeniu jej objemu takmer o 10 %, kedy sa voda mení na ľad. Toto správanie vody naznačuje súčasnú existenciu dvoch rovnovážnych fáz vo vode - kvapalnej a kvázikryštalickej, analogicky s kvázi kryštálmi, ktorých kryštálová mriežka má nielen periodickú štruktúru, ale má aj osi symetrie rôznych rádov. existencia ktorých predtým odporovala predstavám kryštalografov. Táto teória, ktorú ako prvý predložil známy domáci teoretický fyzik Ya. I. Frenkel, je založená na predpoklade, že časť molekúl kvapaliny tvorí kvázikryštalickú štruktúru, zatiaľ čo zvyšok molekúl je plynný, voľne pohybom cez hlasitosť. Distribúcia molekúl v malom okolí akejkoľvek fixnej molekuly vody má určitý poriadok, trochu pripomínajúci kryštalický, aj keď voľnejší. Z tohto dôvodu sa štruktúra vody niekedy nazýva kvázikryštalická alebo kryštálová, t.j. má symetriu a prítomnosť poriadku vo vzájomnom usporiadaní atómov alebo molekúl.

Ryža. jeden. Závislosť špecifického objemu ľadu a vody od teploty

Ďalšou vlastnosťou je, že rýchlosť prúdenia ľadu je priamo úmerná aktivačnej energii a nepriamo úmerná absolútnej teplote, takže pri znižovaní teploty sa ľad svojimi vlastnosťami približuje k absolútne pevnému telesu. V priemere pri teplote blízkej topeniu je tekutosť ľadu 10 6-krát vyššia ako tekutosť hornín. Ľad sa vďaka svojej tekutosti nehromadí na jednom mieste, ale neustále sa pohybuje vo forme ľadovcov. Vzťah medzi rýchlosťou prúdenia a napätím v polykryštalickom ľade je hyperbolický; pri jeho približnom popise mocninovou rovnicou sa exponent zvyšuje so zvyšovaním napätia.

Viditeľné svetlo ľad prakticky neabsorbuje, pretože svetelné lúče prechádzajú cez ľadový kryštál, ale blokuje ultrafialové žiarenie a väčšinu infračerveného žiarenia zo Slnka. V týchto oblastiach spektra sa ľad javí úplne čierny, pretože koeficient absorpcie svetla v týchto oblastiach spektra je veľmi vysoký. Na rozdiel od ľadových kryštálov sa biele svetlo dopadajúce na sneh neabsorbuje, ale mnohokrát sa láme v ľadových kryštáloch a odráža sa od ich tvárí. Preto sneh vyzerá ako biely.

Vďaka veľmi vysokej odrazivosti ľadu (0,45) a snehu (až 0,95) je nimi pokrytá plocha v priemere asi 72 miliónov hektárov ročne. km 2 vo vysokých a stredných zemepisných šírkach oboch pologúľ dostáva slnečné teplo o 65 % menej ako je norma a je silným zdrojom ochladzovania zemského povrchu, čo do značnej miery určuje modernú zemepisnú klimatickú zonalitu. V lete je v polárnych oblastiach slnečné žiarenie väčšie ako v rovníkovom páse, napriek tomu teplota zostáva nízka, pretože značná časť absorbovaného tepla sa spotrebuje na topenie ľadu, ktorý má veľmi vysoké teplo topenia.

Medzi ďalšie nezvyčajné vlastnosti ľadu patrí vytváranie elektromagnetického žiarenia jeho rastúcimi kryštálmi. Je známe, že väčšina nečistôt rozpustených vo vode sa neprenesie na ľad, keď začne rásť; zamrznú. Preto je ľadový film aj na tej najšpinavšej kaluži čistý a priehľadný. Nečistoty sa v tomto prípade hromadia na rozhraní pevných a kvapalných médií vo forme dvoch vrstiev elektrických nábojov rôznych znakov, ktoré spôsobujú značný potenciálny rozdiel. Nabitá vrstva nečistôt sa pohybuje spolu so spodnou hranicou mladý ľad a vyžaruje elektromagnetické vlny. Vďaka tomu je možné detailne sledovať proces kryštalizácie. Kryštál rastúci do dĺžky vo forme ihly teda vyžaruje inak ako ten, ktorý je pokrytý laterálnymi výbežkami, a žiarenie rastúcich zŕn sa líši od žiarenia, ktoré vzniká pri praskaní kryštálov. Z tvaru, sekvencie, frekvencie a amplitúdy impulzov žiarenia je možné určiť, ako rýchlo ľad zamrzne a aká štruktúra ľadu sa vytvorí.

Najprekvapujúcejšou vecou na štruktúre ľadu je však to, že molekuly vody pri nízkych teplotách a vysokom tlaku vo vnútri uhlíkových nanorúriek môžu kryštalizovať do tvaru dvojitej špirály, pripomínajúcej molekuly DNA. Dokázali to nedávne počítačové experimenty amerických vedcov pod vedením Xiao Cheng Zenga z University of Nebraska (USA). Aby voda v simulovanom experimente vytvorila špirálu, bola umiestnená do nanorúrok s priemerom 1,35 až 1,90 nm pod vysokým tlakom, ktorý sa pohyboval od 10 do 40 000 atmosfér a bola nastavená teplota –23 °C. Očakávalo sa, že voda vo všetkých prípadoch tvorí tenkú rúrkovitú štruktúru. Model však ukázal, že pri priemere nanorúrky 1,35 nm a vonkajšom tlaku 40 000 atmosfér sa vodíkové väzby v štruktúre ľadu ohýbali, čo viedlo k vytvoreniu dvojstennej špirály – vnútornej a vonkajšej. Za týchto podmienok sa ukázalo, že vnútorná stena je stočená do štvornásobnej špirály a vonkajšia stena pozostávala zo štyroch dvojzávitníc podobných molekule DNA (obr. 2). Táto skutočnosť môže slúžiť ako potvrdenie spojenia medzi štruktúrou životne dôležitej molekuly DNA a štruktúrou samotnej vody a že voda slúžila ako matrica pre syntézu molekúl DNA.

Ryža. 2. Počítačový model štruktúry zamrznutej vody v nanorúrkach, pripomínajúcich molekulu DNA (Foto z New Scientist, 2006)

Ďalšia z najdôležitejších vlastností vody objavená a skúmaná v r nedávne časy, spočíva v tom, že voda má schopnosť zapamätať si informácie o minulých dopadoch. Prvýkrát to dokázali japonský výskumník Masaru Emoto a náš krajan Stanislav Zenin, ktorý ako jeden z prvých navrhol zhlukovú teóriu štruktúry vody, pozostávajúcu z cyklických asociátov objemnej polyedrickej štruktúry – zhlukov všeobecného vzorca (H 2 O) n, kde n môže podľa najnovších údajov dosiahnuť stovky a dokonca tisíce jednotiek. Vďaka prítomnosti zhlukov vo vode má voda informačné vlastnosti. Vedci fotografovali procesy zmrazovania vody do mikrokryštálov ľadu, pričom na ňu pôsobili rôznymi elektromagnetickými a akustickými poľami, melódiami, modlitbou, slovami či myšlienkami. Ukázalo sa, že pod vplyvom pozitívnych informácií v podobe krásnych melódií a slov ľad zamrzol do symetrických šesťuholníkových kryštálov. Tam, kde znela nerytmická hudba, nahnevané a urážlivé slová, voda naopak zamrzla do chaotických a beztvarých kryštálov. Je to dôkaz, že voda má špeciálnu štruktúru, ktorá je citlivá na vonkajšie informačné vplyvy. Predpokladá sa, že ľudský mozog, ktorý pozostáva z 85 – 90 % z vody, má na vodu silný štruktúrny účinok.

Emoto kryštály vzbudzujú záujem aj nedostatočne podloženú kritiku. Ak sa na ne pozriete pozorne, môžete vidieť, že ich štruktúra pozostáva zo šiestich vrcholov. Ale ešte starostlivejšia analýza ukazuje, že snehové vločky v zime majú rovnakú štruktúru, vždy symetrickú a so šiestimi vrcholmi. Do akej miery obsahujú kryštalizované štruktúry informácie o prostredí, kde vznikli? Štruktúra snehových vločiek môže byť krásna alebo beztvará. To naznačuje, že kontrolná vzorka (oblak v atmosfére), kde sa vyskytujú, má na ne rovnaký vplyv ako počiatočné podmienky. Počiatočné podmienky sú slnečná aktivita, teplota, geofyzikálne polia, vlhkosť atď To všetko znamená, že z tzv. priemerný súbor, môžeme konštatovať, že štruktúra kvapiek vody a potom snehových vločiek je približne rovnaká. Ich hmotnosť je takmer rovnaká a v atmosfére sa pohybujú podobnou rýchlosťou. V atmosfére naďalej formujú svoje štruktúry a zväčšujú svoj objem. Aj keď vznikli v rôznych častiach oblaku, vždy je v tej istej skupine určitý počet snehových vločiek, ktoré vznikli za takmer rovnakých podmienok. A odpoveď na otázku, čo tvoria pozitívne a negatívne informácie o snehových vločkách, nájdete v Emoto. Negatívne informácie (zemetrasenie, pre človeka nepriaznivé zvukové vibrácie a pod.) nevytvárajú v laboratórnych podmienkach kryštály, ale pozitívne informácie, práve naopak. Je veľmi zaujímavé, do akej miery môže jeden faktor vytvárať rovnaké alebo podobné štruktúry snehových vločiek. Najvyššiu hustotu vody pozorujeme pri teplote 4 °C. Je vedecky dokázané, že hustota vody klesá, keď sa začnú vytvárať šesťhranné ľadové kryštály, keď teplota klesne pod nulu. Je to výsledok pôsobenia vodíkových väzieb medzi molekulami vody.

Aký je dôvod tohto štrukturovania? Kryštály sú pevné látky a ich základné atómy, molekuly alebo ióny sú usporiadané v pravidelnej opakujúcej sa štruktúre v troch priestorových rozmeroch. Štruktúra vodných kryštálov je mierne odlišná. Podľa Isaaca je len 10 % vodíkových väzieb v ľade kovalentných, t.j. s pomerne stabilnými informáciami. Vodíkové väzby medzi kyslíkom jednej molekuly vody a vodíkom druhej sú najcitlivejšie na vonkajšie vplyvy. Spektrum vody pri tvorbe kryštálov je v čase pomerne rozdielne. Podľa účinku diskrétneho vyparovania kvapky vody dokázaného Antonovom a Juskeselijevom a jeho závislosti od energetických stavov vodíkových väzieb môžeme hľadať odpoveď o štruktúrovaní kryštálov. Každá časť spektra závisí od povrchového napätia kvapiek vody. V spektre je šesť vrcholov, ktoré naznačujú rozvetvenie snehovej vločky.

Je zrejmé, že v Emotových experimentoch má počiatočná „kontrolná“ vzorka vplyv na vzhľad kryštálov. To znamená, že po vystavení určitému faktoru možno očakávať tvorbu takýchto kryštálov. Je takmer nemožné získať rovnaké kryštály. Pri testovaní účinku slova „láska“ na vodu Emoto jasne neuvádza, či bol tento experiment vykonaný s rôznymi vzorkami.

Na testovanie toho, či technika Emoto dostatočne diferencuje, sú potrebné dvojnásobne slepé experimenty. Isaacov dôkaz, že 10% molekúl vody tvorí po zmrazení kovalentné väzby nám ukazuje, že voda túto informáciu využíva, keď zamrzne. Emotov úspech, aj bez dvojito zaslepených experimentov, zostáva dosť dôležitý vo vzťahu k informačným vlastnostiam vody.

Prírodná snehová vločka, Wilson Bentley, 1925

Emoto snehová vločka získaná z prírodnej vody

Jedna snehová vločka je prirodzená a druhá je vytvorená Emotom, čo naznačuje, že rozmanitosť vodného spektra nie je neobmedzená.

Zemetrasenie, Sofia, 4,0 Richterovej stupnice, 15. novembra 2008,
DR. Ignatov, 2008©, Prof. Antonovov prístroj ©

Tento údaj ukazuje rozdiel medzi kontrolnou vzorkou a vzorkami odobratými v iné dni. Molekuly vody prerušujú vo vode najenergetickejšie vodíkové väzby, ako aj dva vrcholy v spektre počas prírodného javu. Štúdia bola vykonaná pomocou zariadenia Antonov. Biofyzikálny výsledok ukazuje zníženie vitality tela počas zemetrasenia. Počas zemetrasenia nemôže voda zmeniť svoju štruktúru v snehových vločkách v Emotovom laboratóriu. Existujú dôkazy o zmene elektrickej vodivosti vody počas zemetrasenia.

V roku 1963 si tanzánsky školák Erasto Mpemba všimol, že horúca voda zamŕza rýchlejšie ako studená. Tento jav sa nazýva Mpemba efekt. Jedinečnú vlastnosť vody si síce všimli oveľa skôr Aristoteles, Francis Bacon a René Descartes. Tento jav bol mnohokrát dokázaný množstvom nezávislých experimentov. Voda má ešte jednu zvláštnu vlastnosť. Podľa môjho názoru sa to vysvetľuje takto: diferenciálne nerovnovážne energetické spektrum (DNES) prevarenej vody má nižšiu priemernú energiu vodíkových väzieb medzi molekulami vody ako vzorka odobratá pri izbovej teplote To znamená, že prevarená voda potrebuje menej energie v aby sa začali štruktúrovať kryštály a zmraziť.

Kľúč k štruktúre ľadu a jeho vlastnostiam spočíva v štruktúre jeho kryštálu. Kryštály všetkých modifikácií ľadu sú postavené z molekúl vody H 2 O, spojených vodíkovými väzbami do trojrozmerných sieťových rámov s určitým usporiadaním vodíkových väzieb. Molekula vody si môžeme zjednodušene predstaviť ako štvorsten (pyramídu s trojuholníkovou základňou). V jeho strede je atóm kyslíka, ktorý je v stave hybridizácie sp 3, a v dvoch vrcholoch - atómom vodíka, ktorého jeden z elektrónov 1s sa podieľa na tvorbe kovalentnej N-O pripojení s kyslíkom. Dva zostávajúce vrcholy sú obsadené pármi nepárových kyslíkových elektrónov, ktoré sa nezúčastňujú na tvorbe intramolekulárnych väzieb, preto sa nazývajú osamelé. Priestorový tvar molekuly H 2 O sa vysvetľuje vzájomným odpudzovaním atómov vodíka a osamelých elektrónových párov centrálneho atómu kyslíka.

Vodíková väzba je dôležitá v chémii medzimolekulových interakcií a je poháňaná slabými elektrostatickými silami a interakciami donor-akceptor. Vyskytuje sa vtedy, keď elektrónovo deficitný atóm vodíka jednej molekuly vody interaguje s osamelým elektrónovým párom atómu kyslíka susednej molekuly vody (О-Н…О). Výrazná vlastnosť vodíková väzba má relatívne nízku pevnosť; je 5-10 krát slabšia ako chemická kovalentná väzba. Pokiaľ ide o energiu, vodíková väzba zaujíma medziľahlú polohu medzi chemickou väzbou a van der Waalsovými interakciami, ktoré držia molekuly v tuhej alebo kvapalnej fáze. Každá molekula vody v ľadovom kryštáli môže súčasne vytvárať štyri vodíkové väzby s inými susednými molekulami v presne definovaných uhloch rovných 109 ° 47 "nasmerovaných k vrcholom štvorstenu, ktoré neumožňujú vytvorenie hustej štruktúry pri zamrznutí vody (obr. 3). V ľadových štruktúrach I, Ic, VII a VIII je tento štvorsten pravidelný. V štruktúrach ľadu II, III, V a VI sú štvorsteny nápadne zdeformované. V štruktúrach ľadu VI, VII a VIII sú dva možno rozlíšiť vzájomne sa krížiace systémy vodíkových väzieb. Tento neviditeľný rámec vodíkových väzieb usporiada molekuly vody do tvaru mriežky, štruktúry pripomínajúcej šesťhranný plást s dutými vnútornými kanálikmi.Ak sa ľad zahreje, štruktúra mriežky sa zničí: voda molekuly začnú padať do dutín mriežky, čo vedie k hustejšej štruktúre kvapaliny - to vysvetľuje, prečo je voda ťažšia ako ľad.

Ryža. 3. Vznik vodíkovej väzby medzi štyrmi molekulami H2O (červené guľôčky označujú centrálne atómy kyslíka, biele guľôčky označujú atómy vodíka)

Špecifickosť vodíkových väzieb a medzimolekulových interakcií, charakteristická pre štruktúru ľadu, je zachovaná v roztopenej vode, pretože iba 15% všetkých vodíkových väzieb je zničených počas topenia ľadového kryštálu. Preto nie je narušená väzba, ktorá je súčasťou ľadu každej molekuly vody so štyrmi susednými molekulami („short range order“), hoci je pozorované väčšie rozmazanie mriežky kyslíkového rámca. Vodíkové väzby môžu byť tiež zadržané, keď voda vrie. Vodíkové väzby chýbajú iba vo vodnej pare.

Ľad, ktorý sa tvorí pri atmosférickom tlaku a topí sa pri 0 °C, je najznámejšou, no stále nie úplne pochopenou látkou. Veľa vo svojej štruktúre a vlastnostiach vyzerá nezvyčajne. V uzloch kryštálovej mriežky ľadu sú atómy kyslíka v štvorstenoch molekúl vody usporiadané a tvoria pravidelné šesťuholníky, ako je šesťuholníkový plást, a atómy vodíka zaberajú rôzne polohy na vodíkových väzbách spájajúcich atómy kyslíka ( Obr. 4). Preto existuje šesť ekvivalentných orientácií molekúl vody vzhľadom na ich susedov. Niektoré z nich sú vylúčené, pretože prítomnosť dvoch protónov na tej istej vodíkovej väzbe v rovnakom čase je nepravdepodobná, ale zostáva dostatočná neistota v orientácii molekúl vody. Toto správanie atómov je atypické, pretože v pevnej hmote sa všetky atómy riadia rovnakým zákonom: buď sú to atómy usporiadané, a potom je to kryštál, alebo náhodne, a potom je to amorfná látka. Takáto neobvyklá štruktúra môže byť realizovaná vo väčšine modifikácií ľadu - Ih, III, V, VI a VII (a zjavne v Ic) (tabuľka 3) a v štruktúre ľadu II, VIII a IX voda. molekuly sú orientačne usporiadané. Podľa J. Bernala je ľad vo vzťahu k atómom kyslíka kryštalický a vo vzťahu k atómom vodíka sklovitý.

Ryža. štyri. Štruktúra ľadu prirodzenej šesťuholníkovej konfigurácie I h

Za iných podmienok, napríklad vo vesmíre pri vysokých tlakoch a nízkych teplotách, ľad kryštalizuje inak a vytvára ďalšie kryštálové mriežky a modifikácie (kubické, trigonálne, tetragonálne, monoklinické atď.), z ktorých každá má svoju vlastnú štruktúru a kryštálovú mriežku ( Tabuľka 3). Štruktúry ľadu rôznych modifikácií vypočítali ruskí vedci, doktor chemických vied. G.G. Malenkov a PhD. E.A. Zheligovskaya z Ústavu fyzikálnej chémie a elektrochémie. A.N. Frumkin z Ruskej akadémie vied. Ľadové modifikácie II, III a V zostávajú dlhodobo pri atmosférickom tlaku, ak teplota nepresiahne -170 °C (obr. 5). Po ochladení na približne -150 °C sa prírodný ľad zmení na kubický ľad Ic, pozostávajúci z kociek a osemstenov s veľkosťou niekoľkých nanometrov. Ľadový ľad sa niekedy objavuje aj pri zamrznutí vody v kapilárach, čo je zrejme uľahčené interakciou vody s materiálom steny a opakovaním jej štruktúry. Ak je teplota mierne vyššia ako -110 0 C, vytvárajú sa na kovovom substráte kryštály hustejšieho a ťažšieho sklovitého amorfného ľadu s hustotou 0,93 g/cm 3 . Obe tieto formy ľadu sa môžu spontánne premeniť na šesťuholníkový ľad a čím rýchlejšie, tým vyššia je teplota.

Tab. 3. Niektoré modifikácie ľadu a ich fyzikálne parametre.

Modifikácia

Kryštálová štruktúra

Dĺžky vodíkovej väzby, Å

Uhly H-O-H v štvorstenoch, 0

Šesťhranné

kubický

Trigonálny

štvoruholníkový

Monoklinika

štvoruholníkový

kubický

štvoruholníkový

Poznámka. 1 Á = 10 -10 m

Ryža. 5. Stavový diagram kryštalického ľadu rôznych modifikácií.

Existujú aj vysokotlakové ľady - II a III trigonálnych a tetragonálnych modifikácií, tvorené z dutých akrov tvorených šesťhrannými vlnitými prvkami posunutými voči sebe o jednu tretinu (obr. 6 a obr. 7). Tieto ľady sú stabilizované v prítomnosti vzácnych plynov hélia a argónu. V štruktúre ľadu V monoklinickej modifikácie sa uhly medzi susednými atómami kyslíka pohybujú od 860 do 132°, čo je veľmi odlišné od väzbového uhla v molekule vody, ktorý je 105°47'. Ľad VI tetragonálnej modifikácie pozostáva z dvoch do seba vložených rámov, medzi ktorými nie sú vodíkové väzby, v dôsledku čoho vzniká telesne centrovaná kryštálová mriežka (obr. 8). Štruktúra ľadu VI je založená na hexaméroch - blokoch šiestich molekúl vody. Ich konfigurácia presne opakuje štruktúru stabilného vodného zhluku, ktorá je daná výpočtami. Ľad VII a VIII kubickej modifikácie, čo sú nízkoteplotné usporiadané formy ľadu VII, majú podobnú štruktúru s rámami ľadu I vloženými do seba. S následným zvýšením tlaku, vzdialenosť medzi atómami kyslíka v kryštálovej mriežke Ľad VII a VIII sa zníži, v dôsledku čoho sa vytvorí štruktúra ľadu X, v ktorej sú atómy kyslíka zoradené do správnej mriežky a protóny sú usporiadané.

Ryža. 7. Konfigurácia Ice III.

Ľad XI vzniká hlbokým ochladzovaním ľadu I h s prídavkom alkálie pod 72 K za normálneho tlaku. Za týchto podmienok sa vytvárajú defekty hydroxylových kryštálov, čo umožňuje rastúcemu ľadovému kryštálu zmeniť svoju štruktúru. Ľad XI má kosoštvorcovú kryštálovú mriežku s usporiadaným usporiadaním protónov a vytvára sa naraz v mnohých kryštalizačných centrách v blízkosti hydroxylových defektov kryštálu.

Ryža. osem. Konfigurácia Ice VI.

Medzi ľadmi sú aj metastabilné formy IV a XII, ktorých životnosť je sekundová, ktoré majú najkrajšiu štruktúru (obr. 9 a obr. 10). Na získanie metastabilného ľadu je potrebné stlačiť ľad I h na tlak 1,8 GPa pri teplote kvapalného dusíka. Tieto ľady sa tvoria oveľa ľahšie a sú obzvlášť stabilné, keď je podchladená ťažká voda vystavená tlaku. Ďalšia metastabilná modifikácia - ľad IX vzniká pri prechladzovaní Ľad III a v podstate predstavuje jeho nízkoteplotnú formu.

Ryža. 9. Konfigurácia Ice IV.

Ryža. desať. Konfigurácia Ice XII.

Posledné dve modifikácie ľadu - s monoklinickou XIII a kosoštvorcovou konfiguráciou XIV objavili vedci z Oxfordu (Veľká Británia) pomerne nedávno - v roku 2006. Predpoklad, že by mali existovať ľadové kryštály s monoklinickými a kosoštvorcovými mriežkami, bolo ťažké potvrdiť: viskozita vody pri teplote -160 °C je veľmi vysoká a molekuly čistej podchladenej vody sa len ťažko môžu spojiť v takom množstve. že vzniká kryštálové jadro. To sa podarilo pomocou katalyzátora – kyseliny chlorovodíkovej, ktorá zvýšila pohyblivosť molekúl vody pri nízkych teplotách. Na Zemi sa takéto modifikácie ľadu tvoriť nemôžu, ale môžu existovať vo vesmíre na ochladených planétach a zamrznutých satelitoch a kométach. Výpočet hustoty a tepelných tokov z povrchu satelitov Jupitera a Saturnu nám teda umožňuje tvrdiť, že Ganymede a Callisto by mali mať ľadovú škrupinu, v ktorej sa striedajú ľady I, III, V a VI. Na Titane tvorí ľad nie kôru, ale plášť, ktorého vnútorná vrstva pozostáva z ľadu VI, ďalších vysokotlakových ľadov a hydrátov klatrátov a ľad I h sa nachádza na vrchu.

Ryža. jedenásť. Rozmanitosť a tvar snehových vločiek v prírode

Vysoko v zemskej atmosfére pri nízkych teplotách voda kryštalizuje z tetraédra a vytvára šesťuholníkový ľad I h . Centrom tvorby ľadových kryštálikov sú pevné prachové častice, ktoré vietor vynáša do vyšších vrstiev atmosféry. Okolo tohto zárodočného mikrokryštálu ľadu rastú v šiestich symetrických smeroch ihličky tvorené jednotlivými molekulami vody, na ktorých vyrastajú bočné výbežky – dendrity. Teplota a vlhkosť vzduchu v okolí snehovej vločky sú rovnaké, takže spočiatku má symetrický tvar. Ako snehové vločky vznikajú, postupne klesajú do nižších vrstiev atmosféry, kde sú vyššie teploty. Tu dochádza k topeniu a ich ideálny geometrický tvar je zdeformovaný, čím vznikajú rôzne snehové vločky (obr. 11).

Ďalším topením sa šesťuholníková štruktúra ľadu ničí a vzniká zmes cyklických asociátov zhlukov, ako aj z tri-, tetra-, penta-, hexamérov vody (obr. 12) a voľných molekúl vody. Štúdium štruktúry vytvorených zhlukov je často značne náročné, keďže podľa moderných údajov je voda zmesou rôznych neutrálnych zhlukov (H 2 O) n a ich nabitých iónov zhlukov [H 2 O] + n a [H 2 O] - n, ktoré sú v dynamickej rovnováhe medzi so životnosťou 10 -11 -10 -12 sekúnd.

Ryža. 12. Možné vodné zhluky (a-h) zloženia (H 2 O) n, kde n = 5-20.

Klastre sú schopné navzájom interagovať vďaka vyčnievajúcim plochám vodíkových väzieb, čím vytvárajú zložitejšie polyhedrické štruktúry, ako je šesťsten, osemsten, dvadsaťsten a dvanásťsten. Štruktúra vody je teda spojená s takzvanými platónskymi telesami (štvorsten, šesťsten, osemsten, dvadsaťsten a dvanásťsten), pomenované podľa starovekého gréckeho filozofa a geometra Platóna, ktorý ich objavil a ktorých tvar je určený zlatým rezom. (obr. 13).

Ryža. 13. Platónske telesá, ktorých geometrický tvar je určený zlatým rezom.

Počet vrcholov (B), plôch (G) a hrán (P) v akomkoľvek priestorovom mnohostene je opísaný vzťahom:

C + D = P + 2

Pomer počtu vrcholov (B) pravidelného mnohostenu k počtu hrán (P) jednej z jeho plôch sa rovná pomeru počtu plôch (G) toho istého mnohostenu k počtu hrán ( P) vychádzajúci z jedného z jeho vrcholov. Pre štvorsten je tento pomer 4:3, pre šesťsten (6 stien) a osemsten (8 stien) - 2:1 a pre dvanásťsten (12 stien) a dvadsaťsten (20 stien) - 4:1.

Štruktúry polyedrických zhlukov vody vypočítané ruskými vedcami boli potvrdené pomocou moderných metód analýzy: protónovej magnetickej rezonančnej spektroskopie, femtosekundovej laserovej spektroskopie, röntgenovej a neutrónovej difrakcie na vodných kryštáloch. Objav zhlukov vody a schopnosť vody uchovávať informácie sú dva najdôležitejšie objavy 21. tisícročia. To jasne dokazuje, že príroda sa vyznačuje symetriou v podobe exaktnej geometrické tvary a proporcie charakteristické pre ľadové kryštály.

LITERATÚRA.

1. Belyanin V., Romanova E. Život, molekula vody a zlatý rez // Veda a život, 2004, ročník 10, č. 3, s. 23-34.

2. Shumsky P. A., Základy štrukturálnej vedy o ľade. - Moskva, 1955b s. 113.

3. Mosin O.V., Ignatov I. Uvedomenie si vody ako látky života. // Vedomie a fyzická realita. 2011, T 16, č. 12, s. 9-22.

4. Petrjanov I. V. Najneobvyklejšia látka na svete Moskva, Pedagogika, 1981, s. 51-53.

5 Eisenberg D, Kautsman V. Štruktúra a vlastnosti vody. - Leningrad, Gidrometeoizdat, 1975, s. 431.

6. Kulsky L. A., Dal V. V., Lenchina L. G. Voda je známa a tajomná. - Kyjev, Rodjanská škola, 1982, s. 62-64.

7. G. N. Zatsepina, Štruktúra a vlastnosti vody. - Moskva, vyd. Moskovská štátna univerzita, 1974, s. 125.

8. Antonchenko V. Ya., Davydov N. S., Ilyin V. V. Základy fyziky vody - Kyjev, Naukova Dumka, 1991, s. 167.

9. Simonite T. "videný" ľad podobný DNA vo vnútri uhlíkových nanorúrok // New Scientist, V. 12, 2006.

10. Emoto M. Posolstvá vody. Tajné kódyľadové kryštály. - Sofia, 2006. s. 96.

11. S. V. Zenin a B. V. Tyaglov, Povaha hydrofóbnej interakcie. Výskyt orientačných polí vo vodných roztokoch // Journal of Physical Chemistry, 1994, V. 68, č. 3, s. 500-503.

12. Pimentel J., McClellan O. Vodíkové spojenie - Moskva, Nauka, 1964, s. 84-85.

13. Bernal J., Fowler R. Štruktúra vody a iónových roztokov // Uspekhi fizicheskikh nauk, 1934, zv. 14, č. 5, s. 587-644.

14. Hobza P., Záhradník R. Intermolekulové komplexy: Úloha van der Waalsových systémov vo fyzikálnej chémii a biodisciplínach. - Moskva, Mir, 1989, s. 34-36.

15. E. R. Pounder, Physics of Ice, prel. z angličtiny. - Moskva, 1967, s. 89.

16. Komarov S. M. Ľadové vzory vysokého tlaku. // Chémia a život, 2007, č. 2, s. 48-51.

17. E. A. Zheligovskaya a G. G. Malenkov. Kryštalický ľad // Uspekhi khimii, 2006, č. 75, s. 64.

18. Fletcher N. H. Chemická fyzika ľadu, Cambreage, 1970.

19. Nemukhin A. V. Variety of clusters // Russian Chemical Journal, 1996, zväzok 40, č. 2, s. 48-56.

20. Mosin O.V., Ignatov I. Štruktúra vody a fyzikálna realita. // Vedomie a fyzická realita, 2011, ročník 16, č. 9, s. 16-32.

21. Ignatov I. Bioenergetická medicína. Vznik živej hmoty, pamäť vody, biorezonancia, biofyzikálne polia. - GaiaLibris, Sofia, 2006, s. 93.

ľadové kryštály

Alternatívne popisy

atmosférický jav

Druh zrážok

Zimný umelec maľovaný jednou farbou

mráz

Kryštalický kondenzát vzdušnej vlhkosti

poveternostný jav

Šedivé vlasy na strome

Modrá, modrá, ležiaca na drôtoch (pieseň)

Vrstva ľadových kryštálikov na vychladnutom povrchu

Tenká vrstva kryštálikov ľadu vytvorená odparovaním na chladiacej ploche

Tenká vrstva snehu na chladnúcom povrchu

Ľadové kryštály vznikajúce z vodnej pary vo vzduchu

. „tuhú“ rosu

Ruská značka chladničky

V dôsledku odparovania sa vytvorila tenká vrstva snehu

Zrážky

Modrý gauč na drôtoch

. "a nie sneh a nie ľad, ale odstráni stromy striebrom" (hádanka)

biele zrážky

Mráz na drôtoch

zrážky na stromoch

V zime pokrýva stromy

Strom na zimné oblečenie

snehová rosa

snehom pokrytá vlhkosť

Zimný nálet na jedle

Snehobiele zrážky

čipkovaná námraza

Sneženie

snehový nájazd

zimný nálet

. „belosť“ na stromoch

Zimné zrážky

V zime obaľuje stromy

Stuhnuté výpary

Modrý gaučový zemiak (pieseň)

mrazená para

Zimné oblečenie stromov

Biela zimná ofina

Modro-modrá ležala na drôtoch

. rosa v zime

snehová rosa

Zrážky na drôtoch

V zime na stromoch

Modrá ležala na drôtoch

tenká vrstva snehu

Sneh na konároch a drôtoch

. "a smrek cez ... sa zazelená"

Modrý gaučový zemiak (pieseň)

Strieborná povrchová úprava dreva

Zrážky v zime

Modré zrážky na drôtoch (pieseň)

Iný názov pre mráz

Rime ako fakt

. "Keď vstúpite na prah, všade ..."

Inova v skratke

Mráz po chladnej noci

. "kopa mrazu"

Takmer sneh

snehový okraj

zamrznutá rosa

Takmer to isté ako mráz

Skoro ráno sneh

Jinovatka na drôtoch v pesničke

Zimné strapce na kríkoch

mrazená para

zimná rosa

Zimná pokrývka kríkov

. "šedivé vlasy" na konároch

. "mrazová chumáč"

tenká vrstva ľadu

tenká vrstva snehu

Zimné "sivé vlasy"

Zimná pokrývka kríkov

Ten, ktorý ležal na drôtoch

Ľad na konároch

mráz na stromoch

Zimné striebro na stromoch

Maľba Gončarovej

Čo musíte na jeseň odtrhnúť z auta

zimný mráz

mrazená para

atmosférický jav

Tenká vrstva kryštálikov ľadu vytvorená odparovaním na chladiacej ploche

. "A smrek cez ... sa zazelená"

. "Keď vstúpite na prah, všade..."

. "Hromada mrazu"

. "Mrazivý chmýří"

. „zamrznutej“ rosy

. Rosa v zime

. "šedivé vlasy" na konároch

. "Modrá modrá ... položte sa na drôty"

. "a nie sneh a nie ľad, ale odstráni stromy striebrom" (hádanka)

. "Bielo" na stromoch

Zimné "sivé vlasy"

Zamrznuté výpary, vlhkosť vo vzduchu, ktorá sa usadzuje na predmetoch, ktoré sú chladnejšie ako vzduch, a primŕza na nich, čo sa stáva po návrate silných mrazov. Od dýchania mráz sedí na fúzy, golier. Na stromoch hustá jinovatka, kurzha, baňka. Na plodoch mráz, spotená tuposť. Nadýchaná námraza - do vedra. Veľká námraza, kopy snehu, hlboko zamrznutá zem, až po produkciu obilia. Veľký mráz počas celej zimy, ťažké leto pre zdravie. Na proroka Aggea a Daniela mráz, teplý vianočný čas a december. Na Gregora z Nikiy januára) mráz na stohy sena - do vlhkého roka. Jinovatka, pokrytá mrazom; mrazivý; hojný mráz. Mrazivý, mrazivý, no v menšej miere. Ineel m. na (od) konároch stromov polámaných ťarchou námrazy. Námraza alebo omrzlina, omrzlina, omrzlina?, prikryť mrazom. Rohy chaty sú zmrznuté a mrazivé, otupené

zamrznutá rosa

Modro-modrá, položte sa na drôty

. "Modrá-modrá ... položte sa na drôty"

Všetci sme už veľakrát počuli o jedinečných vlastnostiach vody. Ak by „bezfarebná kvapalina bez zápachu“ nemala špeciálne vlastnosti, život na Zemi v jej súčasnej podobe by bol nemožný. To isté možno povedať o pevnej forme vody – ľadu. Teraz vedci prišli na ďalšie z jeho tajomstiev: v práve zverejnenej štúdii odborníci konečne presne určili, koľko molekúl je potrebných na získanie ľadového kryštálu.

Jedinečné spojenie

Zoznam úžasných vlastností vody môže byť veľmi dlhý. Má najvyššiu mernú tepelnú kapacitu spomedzi kvapalín a pevných látok, hustota jeho kryštalickej formy – teda ľadu – je menšia ako hustota vody v tekutom stave, schopnosť priľnúť („lepiť sa“), vysoké povrchové napätie – toto všetko a ešte oveľa viac umožňuje život na zemi ako taký.

Voda za svoju jedinečnosť vďačí vodíkovým väzbám, respektíve ich množstvu. S ich pomocou sa môže jedna molekula H 2 O „spojiť“ so štyrmi ďalšími molekulami. Takéto „kontakty“ sú výrazne menej pevné ako kovalentné väzby (akési „obyčajné“ väzby, ktoré držia pohromade napríklad atómy vodíka a kyslíka v molekule vody) a prerušenie každej vodíkovej väzby jednotlivo je celkom jednoduché. Ale vo vode je veľa takýchto interakcií a spolu výrazne obmedzujú voľnosť molekúl H2O a bránia im, aby sa príliš ľahko odtrhli od svojich „súdruhov“, povedzme, keď sa zahrievajú. Každá z vodíkových väzieb samotná existuje na zlomok sekundy – neustále sa ničia a znovu vytvárajú. Zároveň je však väčšina molekúl vody v každom okamihu zapojená do interakcie so svojimi „susedmi“.

Vodíkové väzby sú zodpovedné aj za nezvyčajné správanie vody pri kryštalizácii, teda pri tvorbe ľadu. Ľadovce plávajúce na hladine oceánu, kôra ľadu v sladkej vode – všetky tieto javy nás neprekvapujú, pretože sme na ne zvyknutí od narodenia. Ak by však hlavnou vecou na Zemi nebola voda, ale nejaká iná kvapalina, potom by vôbec neexistovali klziská ani rybolov na ľade. Hustota takmer všetkých látok pri prechode z kvapalného do tuhého skupenstva sa zvyšuje, pretože molekuly sú na seba viac „pritlačené“, čiže na jednotku objemu je ich viac.

Iná situácia je s vodou. Do teploty 4 stupne Celzia hustota H 2 O disciplinovane rastie, no pri prekročení tejto hranice náhle klesne o 8 percent. Objem zamrznutej vody sa primerane zvyšuje. Táto funkcia je dobre známa obyvateľom domov s potrubím, ktoré sa dlho neopravovalo, alebo tým, ktorí zabudli nízkoalkoholické nápoje v mrazničke.

Dôvod anomálnej zmeny hustoty vody pri prechode z kvapalného do tuhého skupenstva spočíva v rovnakých vodíkových väzbách. Kryštálová mriežka ľadu pripomína plást, v ktorého šiestich rohoch sa nachádzajú molekuly vody. Sú prepojené vodíkovými väzbami a ich dĺžka presahuje dĺžku „obyčajnej“ kovalentnej väzby. V dôsledku toho je medzi molekulami stuhnutej H 2 O viac prázdneho priestoru, ako bolo medzi nimi v kvapalnom stave, keď sa častice voľne pohybovali a mohli sa k sebe veľmi priblížiť. Uvádza sa napríklad vizuálne porovnanie zloženia molekúl kvapalnej a pevnej fázy vody.

Výnimočné vlastnosti a mimoriadny význam vody pre obyvateľov Zeme jej zabezpečili neustálu pozornosť vedcov. Bez veľkého preháňania by sa dalo povedať, že kombinácia dvoch atómov vodíka a jedného atómu kyslíka je najdôkladnejšie študovanou látkou na planéte. Napriek tomu odborníci, ktorí si vybrali H 2 O ako predmet svojho záujmu, nezostanú bez práce. Vždy môžu napríklad študovať, ako sa v skutočnosti tekutá voda mení na pevný ľad. Proces kryštalizácie, ktorý vedie k takým dramatickým zmenám všetkých vlastností, prebieha veľmi rýchlo a mnohé z jeho detailov sú stále neznáme. Po vydaní posledného čísla časopisu Veda o jednu záhadu menej: vedci teraz presne vedia, koľko molekúl vody treba vložiť do pohára, aby sa jeho obsah v chlade zmenil na známy ľad.

iný ľad

Slovo „obvyklý“ v predchádzajúcej vete sa nepoužíva zo štylistických dôvodov. Zdôrazňuje to rozprávame sa o kryštalickom ľade – ten so šesťuholníkovou mriežkou podobnou včelímu plástu. Hoci je takýto ľad zaužívaný len na Zemi, v nekonečnom medzihviezdnom priestore prevláda úplne iná forma ľadu, ktorý sa získava najmä v laboratóriách na tretej planéte od Slnka. Tento ľad sa nazýva amorfný a nemá pravidelnú štruktúru.

Amorfný ľad možno získať, ak sa tekutá voda ochladí veľmi rýchlo (v priebehu milisekúnd alebo ešte rýchlejšie) a veľmi silno (pod 120 kelvinov - mínus 153,15 stupňov Celzia). V takýchto extrémnych podmienkach molekuly H2O nemajú čas usporiadať sa do usporiadanej štruktúry a voda sa mení na viskóznu kvapalinu, ktorej hustota je o niečo väčšia ako hustota ľadu. Ak teplota zostane nízka, potom môže voda zostať vo forme amorfného ľadu veľmi dlho, ale keď sa ohreje, zmení sa na známejší stav kryštalického ľadu.

Odrody tuhej formy vody sa neobmedzujú len na amorfný a šesťuholníkový kryštalický ľad - celkovo vedci dnes poznajú viac ako 15 druhov. Najbežnejší ľad na Zemi sa nazýva ľad I h, no vo vyšších vrstvách atmosféry možno nájsť aj ľad I c, ktorého kryštálová mriežka pripomína diamantovú mriežku. Ďalšie modifikácie ľadu môžu byť trigonálne, jednoklonné, kubické, kosoštvorcové a pseudorombické.

V niektorých prípadoch však k fázovému prechodu medzi týmito dvoma stavmi nedôjde: ak je molekúl vody príliš málo, potom namiesto vytvorenia prísne organizovanej mriežky „uprednostňujú“ zostať v menej usporiadanej forme. „V akomkoľvek molekulárnom klastri súperia interakcie na povrchu s interakciami vo vnútri klastra,“ vysvetlil pre Lente.ru Thomas Zeuch, jeden z autorov novej práce, zamestnanec Ústavu fyzikálnej chémie na univerzite v Göttingene. "Pre menšie klastre sa ukazuje, že je energeticky priaznivejšie maximalizovať povrchovú štruktúru klastra, než vytvárať kryštalické jadro. Preto takéto klastre zostávajú amorfné."

Zákony geometrie určujú, že s rastúcou veľkosťou zhluku klesá podiel molekúl, ktoré sa objavujú na povrchu. V určitom bode energetický prínos z tvorby kryštálovej mriežky preváži výhody optimálneho usporiadania molekúl na povrchu klastra a dochádza k fázovému prechodu. Kedy presne tento moment však nastane, vedci nevedeli.

Skupine výskumníkov pracujúcich pod vedením profesora Udo Bucka (Udo Bucka) z Inštitútu dynamiky a samoorganizácie v Göttingene sa podarilo dať odpoveď. Ukázali to odborníci minimálny počet molekúl, ktoré môžu vytvoriť ľadový kryštál, je 275 plus mínus 25 kusov.

Vedci vo svojej štúdii použili metódu infračervenej spektroskopie, modernizovanú tak, aby výstup dokázal rozlíšiť spektrá, ktoré dávajú vodné zhluky, ktoré sa líšia veľkosťou len o niekoľko molekúl. Technika vyvinutá autormi poskytuje maximálne rozlíšenie pre klastre obsahujúce od 100 do 1000 molekúl - konkrétne v tomto intervale, ako sa verilo, leží „prahové“ číslo, po ktorom začína kryštalizácia.

Vedci vytvorili amorfný ľad prechodom vodnej pary zmiešanej s héliom cez veľmi tenký otvor do vákuovej komory. Pri pokuse vtesnať sa do malej dierky sa molekuly vody a hélia neustále navzájom zrážali a pri tomto rozdrvení stratili významnú časť svojej kinetickej energie. V dôsledku toho sa do vákuovej komory dostali už „upokojené“ molekuly, ktoré ľahko tvoria zhluky.

Zmenou počtu molekúl vody a porovnaním výsledných spektier sa vedcom podarilo zistiť moment prechodu z amorfnej do kryštalickej formy ľadu (spektrá týchto dvoch foriem majú veľmi charakteristické rozdiely). Dynamika, ktorú vedci získali, bola v dobrej zhode s teoretickými modelmi, ktoré predpovedajú, že po prechode cez „bod X“ sa v strede zhluku začne vytvárať kryštálová mriežka a rozšíri sa až k jeho okrajom. Znakom, že kryštalizácia je bezprostredná (opäť podľa teoretických štúdií), je vytvorenie kruhu šiestich molekúl viazaných vodíkovými väzbami - to sa stane, keď celkový počet molekúl v zhluku dosiahne 275. Ďalšie zvyšovanie počtu molekúl vedie k postupnému rastu mriežky a v štádiu 475 kusov je spektrum ľadového zhluku už úplne nerozoznateľné od spektra, ktoré dáva obyčajný kryštalický ľad.

„Mechanizmus fázového prechodu z amorfného do kryštalického stavu na mikroúrovni ešte nebol podrobne študovaný," vysvetľuje Zeuch. „Naše experimentálne údaje môžeme porovnať len s teoretickými predpoveďami – a v tomto prípade sa zhoda ukázala ako teraz, vychádzajúc z aktuálnych výsledkov, budeme môcť spolu s teoretickými chemikmi pokračovať v štúdiu fázového prechodu a najmä sa pokúsime zistiť, ako rýchlo k nemu dochádza.

Práca Bucka a kolegov patrí do kategórie „čisto fundamentálnych“, hoci má aj určité praktické perspektívy. Autori nevylučujú, že technológia, ktorú vytvorili na štúdium vodných klastrov, ktorá umožňuje vidieť rozdiely, keď sa pridá niekoľko molekúl, môže byť v budúcnosti žiadaná aj v aplikovaných oblastiach. "V našom článku sme popísali všetky kľúčové komponenty technológie, takže v princípe sa dá celkom prispôsobiť aj na štúdium zhlukov iných neutrálnych molekúl. Základné princípy laserového zariadenia však boli pochopené už v roku 1917, v roku 1917 sa však už v roku 1917 podarilo pochopiť." a prvý laser vznikol až v 60. rokoch minulého storočia, “- varuje Zeuch pred prílišným optimizmom.