Секрет воды, конечно же, следует искать в специфическом строении ее молекулы и в особенностях тех "кирпичиков", из которых складывается эта молекула.

Действительно, оба элемента - водород и кислород - заметно выделяются из многочисленной семьи химических элементов, представленной в периодической системе Менделеева.

Водород как "горючий воздух" был известен еще в XVI в. немецкому врачу и естествоиспытателю Парацельсу. Но подлинная природа этого газа была установлена лишь в 1783 г. Антуаном Лавуазье. За способность, сгорая, производить воду, "горючий воздух" впоследствии переименовали в "гидрогениум", т. е. рождающий воду.

Водород - единственный элемент, не имеющий даже одной полностью заполненной электронной оболочки. Из-за исключительной простоты его строения - один протон (ядро) и один электрон - ему присущи совершенно особые свойства. Между молекулами, образованными водородом с другими элементами, возникают единственные в своем роде водородные связи, сила взаимного притяжения которых по величине совершенно несравнима с взаимодействием всех прочих, неводородных молекул.

Забегая вперед, скажем, что именно наличие водородных связей не только определяет аномальные свойства воды, но и играет решающую роль в образовании живой материи - нуклеиновых кислот, молекул ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты), белковых молекул.

Водород - один из наиболее распространенных элементов. Он обнаружен всюду: на других планетах Солнечной системы, на самом Солнце, в атмосферах всех доступных наблюдению звезд, в туманностях, межзвездной пыли.

Значение водорода во вселенной исключительно велико. Достаточно сказать, что он играет роль "космического топлива", дает жизнь, энергию звездам (в том числе и нашему Солнцу).

В настоящее время известно пять изотопов атома водорода с атомными массами 1 (протий), 2 (дейтерий), 3 (тритий), 4 и 6 (названия пока не даны). Наиболее распространенные соединения водорода (по крайней мере, на Земле) - вода, в основе которой находится протий.

Дейтерий отличается от протия строением ядра. Оно состоит из протона и нейтрона, поэтому масса ядра дейтерия в 2 раза больше массы ядра протия. Такое резкое расхождение в массах изотопов является единственным случаем среди изотопов всех других элементов. В обычной (земной) воде один атом дейтерия приходится на 5500 атомов протия.

В ядре трития один протон и два нейтрона. Тритий радиоактивен. Он излучает бета-частицы и превращается в изотоп гелия с массовым числом 3. Период полураспада трития около 12,3 лет. В земной воде трития крайне мало: один атом на миллиард миллиардов (1/10¹⁸) атомов протия.

Недавно обнаружены изотопы водорода с атомными массами 4 и 5. Но физические и химические свойства обоих изотопов пока не изучены. Известно только, что время их существования ничтожно мало. Например, изотоп с атомной массой 4 "живет" всего лишь 10^-11с.

Кислород открыт в 1774 г. английским химиком Джозев Пристли. Но свое крещение получил в лаборатории французского ученого А. Лавуазье; открытый Пристли газ назвали оксигеном - рождающим кислоту.

На нашей планете кислород - распространенный элемент. Земная кора до глубины 10-15 км почти на 50 % (по массе) состоит из кислорода. Песок содержит 53% кислорода, глина 56%, вода 89 %, в теле человека его 70 %.

Кислород - не менее своеобразный элемент, чем водород. Он занимает восьмое место в периодической системе Менделеева. Если его внутренняя электронная оболочка (слой k) укомплектована полностью (два электрона), то на внешней (слой h) вместо восьми положенных "по штату" электронов имеется только шесть. Два места остаются вакантными. Элемент с резко выраженными электроположительными свойствами, кислород атакует все атомы, отдающие электроны (к каковым, прежде всего, относится водород), и потому представляет собой один из наиболее агрессивных элементов в природе.

Известны три изотопа кислорода с атомными массами 16, 17 и 18. На Земле на каждые 3150 атомов ¹⁶О приходится по пять атомов ¹⁷О и по одному атому изотопа ¹⁸О. К сожалению, никаких данных о физико-химических свойствах изотопов ¹⁷О и ¹⁸О у нас нет, наукой они пока не изучены.

Вода - это не просто Н₂О.

Вода представляет собой химическое соединение водорода с кислородом. В молекуле воды один атом кислорода связан с двумя атомами водорода. Химическая формула обыкновенной воды Н₂О. Молекулярная масса ее 18,016. При нормальных атмосферных условиях температура кипения воды составляет +100°С (373 К), а температура замерзания 0°С (273 К). Вода является отличным растворителем, бесцветна, не имеет ни запаха, ни вкуса. Таковы общеизвестные физические и химические свойства воды.

После того как в прошлом столетии были изучены и, казалось бы, вполне исчерпывающе физико-химические свойства воды, интерес к этой заурядной жидкости со стороны исследователей надолго угас.

Но вот в 1932 г. американский физик Гарольд Юри обнаружил в обычной чистой воде примесь, химический состав которой был тот же - атом кислорода на два атома водорода, но молекулярная масса составляла не 18, а 20. Это, как мы теперь знаем, была окись дейтерия, она получила название тяжелой воды. Ее формула Д₂О. Она кипит при 101,4 °С (374,4 К) и замерзает при - 3,8 °С (269,2 К). В противоположность жизненной силе Н2О, тяжелая вода в физиологическом отношении инертна. Семена растений, политые тяжелой водой, не прорастают. Если тяжелой водой поить животных, они погибают от жажды. После открытия дейтерия интерес к воде резко повысился. В 1943 г. вокруг тяжелой воды разыгрались весьма драматические события.

Фашистская Германия форсировала создание атомной бомбы. В качестве замедлителя нейтронов в атомном реакторе немецкие исследователи намеревались использовать тяжелую воду. Однако ее получение в больших количествах представляло (да и сейчас представляет) значительные трудности. Организовать производство тяжелой воды гитлеровцам удалось в оккупированной ими Норвегии, где можно было использовать дешевую энергию гидростанций и в фиордах которой вода имела повышенное содержание окиси дейтерия.

Следившая за работами гитлеровских атомщиков английская разведка предприняла отчаянные меры для уничтожения добытой немцами тяжелой воды. В Норвегии был выброшен десант парашютистов. С помощью норвежских патриотов десантникам удалось взорвать цех по производству тяжелой воды, но захватить и уничтожить запасы уже добытой тяжелой воды они не смогли.

Германское командование попыталось этот запас переправить из Норвегии в Германию. В условиях чрезвычайной секретности его доставили в один из портов. И только тут, в самый последний момент, ценой огромного риска бойцам армии сопротивления удалось взорвать судно, на которое были погружены емкости с водой. 16 м³ окиси дейтерия было пущено ко дну. Работы по созданию атомной бомбы в Германии были сорваны.

Тяжелая вода не единственный компонент, входящий в обычную воду. Мы уже сказали, что имеется пять изотопов водорода и три кислорода. Поскольку каждый изотоп водорода способен соединяться с любым изотопом кислорода в соотношении 2:1, может быть получено 42 сочетания атомов в молекулах воды. Из них вполне устойчивы 9 сочетаний: ¹⁶Н₂О, ¹⁷Н₂О, ¹⁸Н₂О, ¹⁶НДО, ¹⁷НДО, ¹⁸НДО, ¹⁶Д₂О, ¹⁷Д₂О, ¹⁸Д₂О.

Итак, обыкновенная вода, текущая в реках, заполняющая озера, моря и океаны, снеговыми шапками укрывающая горные вершины, дождями низвергающаяся на землю, послушно бегущая из кранов в наших квартирах, - все это не просто Н₂О. Это сложнейшая смесь различных видов воды, молекулы которых обладают далеко не одинаковыми физико-химическими свойствами. Правда, количественные соотношения этих смесей разнятся весьма сильно. К сожалению, на сегодня более или менее изучены лишь две разновидности воды: ¹⁶Н₂О и ¹⁶Д₂О. Прочие "воды" остаются белыми пятнами в науке.

Процент содержания "прочих вод" в обыкновенной воде чрезвычайно мал: тяжелокислородной (¹⁸Н₂О) в ней всего 0,18 %, тяжелой воды (¹⁶Д₂О) и того менее - 0,017%. Во много раз меньшую долю составляют другие сочетания водорода и кислорода. Но сколько воды в масштабах нашей планеты! А стремительное развитие науки и техники наверняка приведет к тому, что со временем мы научимся переводить одну модификацию в другую. И невольно напрашиваются прогнозы. Скажем, тяжелая вода - это мертвая вода. Она угнетает все живое. Но не окажется ли среди 42 возможных сочетаний изотопов водорода с изотопами кислорода... живой воды? Живой в полном смысле этого слова. Вода, которая вдвое, втрое... в десять раз ускорит рост растений, животных, человека! Вода, которая позволит выращивать капусту величиной с легковую машину и пшеницу с зернами в куриное яйцо. А может, объявится и такая вода, которая станет панацеей от всех недугов, позволит мгновенно заживлять самые тяжелые раны, возвращать бодрость. Или даже возвращать молодость.

Не вода ли принесет человечеству страстно желаемое бессмертие? Не улыбайтесь. От воды можно ожидать всего.

Вспомним, что вероятностное нахождение электрона по отношению к ядру определяется электронным облаком, т. е. совокупностью всех точек пространства, через которые может пробежать электрон. Это воображаемое облако называют орбиталью. Установлено: на одной орбитали не может находиться одновременно более двух электронов.

Единственный электрон атома водорода (1 s¹) имеет орбиталь в виде сферы. Такая форма орбитали соответствует минимально возможному уровню энергии атома.

В атоме кислорода все гораздо сложнее. Атом кислорода имеет два слоя электронов. Внутренний (слой К.) укомплектован двумя s-электронами, вращающимися по сферической орбитали (условное обозначение этих электронов 1 s², где 1 - номер слоя, s - энергетическое состояние - орбиталь, 2 - количество электронов на орбитали).

Рис. 10. Схема образования молекулы Н2О. Сферические электронные облака атомов водорода захватываются р-орбиталями вис атома кислорода. Получившие дополнительный отрицательный заряд орбитали вис отталкиваются на угол 104°31'

Внешний слой h имеет шесть электронов (их условное обозначение 2 s²p⁴, где 2 - номер слоя, s и р - орбитали, индексы 2 и 4 - соответственно количество электронов на орбиталях). В этом слое, как видно из условного обозначения, два s-электрона имеют одну и ту же сферическую орбиталь. Четыре р-электрона вынуждены расположиться на трех взаимно перпендикулярных орбиталях, имеющих в плане формы восьмерок. Восьмерки пересекаются в центре атома, как показано на рис. 10. Обратите внимание: 4 р-электрона на трех орбиталях. Здесь ключ к пониманию всех событий.

Орбиталь, вытянутая вдоль оси г, служит пристанищем для двух электронов. Она укомплектована, и ворота ее на прочном запоре. На орбиталях же х и у по одному электрону и, значит, по одному изготовленному "капкану".

Итак, действующие лица охарактеризованы. Начинается действие.

Вот атом водорода оказался в опасной близости от атома кислорода, и единственный его электрон тотчас же будет захвачен непарной (недоукомплектованной) р-орбиталью. Поскольку у кислорода две непарные орбитали, он способен пленить два атома водорода. При атом сферическое облако водородного s-электрона належится на яйцеобразную ветвь р-орбитали (см. рис. 10).

Между атомами Н и О возникает связь, которая получила название ковалентной. Итогом этой связи и будет возведение весьма своеобразного архитектурного сооружения, известного как Н₂О. Своеобразие же образовавшейся молекулы состоит в следующем.

Во-первых, перекрытие электронных облаков приведет к уплотнению области перекрытия и, значит, к росту отрицательного заряда в этой части пространства.

Расположись атомы водорода по обе стороны от ядра атома кислорода под углом 180°, и возникшие уплотнения зарядов никак не отразились бы на электрическом равновесии образовавшейся системы, т.е. центры положительных и отрицательных зарядов по-прежнему находились бы в одной точке - в центре атома кислорода. Но р-орбитали, захватившие водородные электроны, расположены под углом 90°, и поэтому уплотнения в них вызовут смещение центра тяжести отрицательного заряда относительно центра тяжести положительного заряда. Образовавшаяся молекула коды стала одновременно маленьким микромагнитом или, как принято говорить в молекулярной физике, диполе м, способным ориентироваться в магнитном поле.

Во-вторых, ветви р-орбиталей, получившие дополнительные отрицательные заряды, получат и дополнительную силу взаимного отталкивания. Они подальше отодвинутся друг от друга, и угол между ними вместо 90° станет 104°31. Увеличение угла еще более усугубит несимметричность распределения зарядов. В связи с этим дипольный момент молекулы достигнет такой величины, какой не имеют молекулы никаких других веществ на Земле.

И, наконец, в-третьих, сгущение сферического облака s-электрона водородного атома в месте наложения его на р-орбиталь атома кислорода приведет к разрежению этого облака с диаметрально противоположной стороны. Протон водорода, до того равномерно прикрытый сферическим электронным облаком, после "пленения" атомом кислорода окажется оголенным с внешней стороны. Однако ему представляется возможность "прикрыть свою наготу" за счет электронного облака соседней молекулы Н2О. И он сделает это, вцепившись в "одежду" (облако) чужого атома кислорода с силой, которая значительно превзойдет силу, удерживающую его собственный электрон. Эта сила связи с "чужим" атомом кислорода и будет представлять собой так называемую водородную связь.

Как вы, вероятно, уже догадались, этим золотым ключиком и являются водородные связи.

Известно, что между двумя любыми достаточно близко расположенными молекулами возникают силы взаимного притяжения: электронная оболочка одной молекулы притягивается положительным зарядом (системой ядер) другой молекулы. Эти силы получили название Ван-дер-Ваальсовых.

Если бы между молекулами воды действовали только Ван-дер-Ваальсовы силы взаимного притяжения, вода замерзала бы при -90°С (183 К), а закипала бы при +80°С (353 К). В действительности вода замерзает при 0°С и закипает при +100°С - обстоятельства, долгое время смущавшие физиков и химиков. Недоумения были рассеяны после открытия водородных связей, более мощных, чем Ван-дер-Ваальсовы.

Водородные связи проявляются не только в воде. Они играют решающую роль в процессе биологического синтеза, т. е. в образовании молекул растительного и живого вещества. Все растущее и живущее на Земле обязано своим существованием специфичности самого распространенного во вселенной элемента - водорода. Однако ни в каком другом веществе водородные связи не проявляются в такой полной мере, как в воде.

Огромный дипольный момент молекул воды и водородные связи объясняют прежде всего аномально высокую диэлектрическую постоянную воды. Если принять диэлектрическую постоянную вакуума за единицу, то диэлектрическая постоянная воды будет равна 80. Это значит, что в воде два электрических заряда будут взаимно притягиваться или отталкиваться с силой, в 80 раз меньше той, с которой они взаимодействовали бы в вакууме.

Высокая диэлектрическая постоянная, в свою очередь, объясняет феноменальную способность воды растворять в себе буквально все вещества, существующие в природе. На Земле не найти абсолютно чистой Н₂О. Все воды, включая и дождевую, и родниковую, и многократно дистиллированную, - растворы. Конечно, концентрация растворенных веществ может колебаться в очень широких пределах. Самый распространенный "раствор" на поверхности Земли - морская вода. В каждой ее капле по крайней мере 70 химических элементов таблицы Менделеева, в том числе и самых редких.

Особенно легко растворяются в воде вещества, атомы которых соединены ионной связью. Это сравнительно слабые химические связи. Растворенная в воде, например, поваренная соль легко диссоциирует на ионы натрия (Na⁺) и хлора (Сl^-). Соединиться вновь в воде этим ионам не суждено. Разделенные молекулами воды, они теперь притягиваются друг к другу в 80 раз слабее! К тому же вставшие на их пути молекулы Н2О обладают мощным дипольным моментом и без труда присоединяют к своим отрицательным концам положительные ионы натрия, а отрицательные ионы хлора соответственно исчезают в цепких "лапах" водородных протонов.

Пример растворения солей с ионной связью мы выделили потому, что такие связи составляют основу образования кристаллических структур, а из кристаллических структур в основном и сложена кора Земли, ее материки, горные хребты, дно океанов. Как уж тут не проявиться всеразрушающему свойству воды?

Не следует думать, будто водородные связи намертво удерживают одну молекулу воды относительно, другой. Если бы это случилось, вода при всех условиях оставалась бы сверхпрочным твердым телом. В интервале между 0 и +100 °С водородные связи ослабляют и рвутся под воздействием теплового движения самих молекул воды. Чем больше мы подводим тепла к воде, тем интенсивнее тепловое движение молекул и тем труднее водородным связям удерживать их на близком расстоянии друг подле друга. Наконец, тепловое движение окончательно берет верх над силами водородных связей, молекулы рассыпаются, разлетаются, вода перестает быть жидкостью, она обращается в пар.

Но чтобы полностью разрушить водородные связи, к воде нужно подвести значительное количество тепла - 2260 кДж/кг. Вот то обстоятельство, которое объясняет феноменальную теплоемкость воды, ее способность выполнять роль аккумулятора тепла в глобальных масштабах.

На поверхности воды "оголенные" протоны остаются "не у дела". Здесь им не на чем испытать силу своего воздействия: выше нет атомов кислорода. И тогда водородные протоны уподобляются притаившимся в ожидании жертвы осьминогам. Стоит только поднести к свободной поверхности воды предмет, в котором есть атомы кислорода, как протоны вцепятся в них "щупальцами" своих водородных связей. Этим и обуславливается способность воды смачивать те или другие вещества.

Прочность воды! Напомним, что согласно теоретическим расчетам, изготовленный из идеально чистой воды стержень диаметром 1 см должен был бы выдержать растягивающую силу в 37,49*10⁴Н. Теперь уточним - подобные расчеты основываются на прочности водородных связей. Как перейти от теории к практике? Для этого нужно найти способ зафиксировать водородные связи. Вообще-то он известен - это охлаждение воды, превращение ее в лед (мы вернемся к этому позднее). Нам же хотелось бы придать воде не просто кристаллическую структуру, свойственную льду, а идеальную, упорядоченную структуру, которая и даст нам желанную сверхпрочность. Как сделать это, увы не придумали еще даже фантасты.

Что же, собственно, происходит при охлаждении воды? Прежде всего, здесь особенно наглядно проявляются ее аномальные свойства. Мы уже знаем, что вода, охлаждаясь от +100°С до + 4°С, как и все вещества в природе, сжимается, уменьшается в объеме. А затем от +4°С и до самого замерзания она увеличивается в объеме.

В чем тут дело? Конечно же, в специфичности водородных связей. Пока энергия теплового движения достаточно велика, "голому" водородному протону не удается зацепиться за атом кислорода "проплывающей" поодаль молекулы Н₂О. "Багор с крючком", которым протон пытается пленить атом кислорода, либо, не выдержав, лопается, либо (и это чаще всего) оказывается слишком длинным. "Крючок багра" повисает над "головой" плывущего поблизости к протону кислородного атома.

Вот примерно какая ситуация должна иметь место, пока температура воды выше +4 °С. Молекулы воды имеют возможность скользить бок о бок, почти вплотную друг к другу. В это время в воде существует так называемый ближний порядок. Однако по мере охлаждения скорость движения молекул воды начинает падать. Теперь у протона есть время, чтобы вначале отодвинуть "багром" атом кислорода на длину "багра", а затем надежно зацепить его "крючком". Поскольку скорость движения мала, прочности "багра" будет вполне достаточно, чтобы остановить плененную молекулу Н₂О и присоединить ее к собственной молекуле Н₂О. Обратите внимание: молекула будет остановлена на строго определенном расстоянии, равном длине "багра".

У каждой молекулы Н₂О два "голых" водородных протона, поэтому она захватывает сразу двух оказавшихся поблизости "соседок". Но одновременно на ее собственный атом кислорода будут переброшены два "багра" с других не менее расторопных протонов.

Так, быть может несколько упрощенно, мы с возможной наглядностью нарисовали картину возникновения кристаллической структуры льда - возникновение тетраэдров, которые начнут выстраиваться один за другим, как солдаты на плацу.

Рис. 11. Образование водородных связей между молекулами воды. 1 - кислород; 2 - водород; 3 - ковалентные связи; 4 - водородные связи. Каждая молекула перекидывает два мостика и одновременно на нее перекидываются два мостика. В результате возникает геометрическая фигура - тетраэдр

Так как для построения тетраэдра молекулы должны вначале отодвинуться одна от другой на определенные расстояния, объем, занимаемый замерзающей водой, естественно, увеличивается. И он будет расти до тех пор, пока вся вода не обратится в лед (рис. 11).

- Но, позвольте! - вправе удивится читатель. - Раз уж в кристаллах льда водородные связи проявили себя в полную силу, где же предсказанная вами "сверхпрочность"? Почему лед не стал прочнее стального сплава?

А потому, дорогой читатель, что в лед перешли все "пороки" воды: растворенные в ней газы и механические примеси. Кристаллическая структура льда полна всевозможных дефектов: трещин, уродливых нагромождений, втиснувшихся в парадный строй кристаллов атомов примесей. И от возможной сверхпрочности не осталось и следа.

Нет, обычным превращением воды в лед сверхпрочности не достичь. Кстати, аналогичную картину мы наблюдаем и в металлургии. Твердеющий расплав - тот же лед. Теория показала, что сталь и даже чистое железо могли бы стать по крайней мере в 1000 раз прочнее, если бы удалось получить идеальную кристаллическую структуру без искажения геометрии кристаллической решетки. Но, увы, здесь, как и в воде, делают свое "грязное" дело газовые включения и посторонние механические примеси.

Раз уж речь зашла о льдах... Чтобы превратить лед в воду, его нужно нагреть. При этом каждый килограмм льда потребует довольно приличного количества тепла - 340 кДж. Однако с оговоркой: 340 кДж, если лед взят при 0°С и при нормальном атмосферном давлении. Для расплавления 1 кг льда, взятого при минус 7°С, достаточно уже 323,24 кДж, а при минус 13°С понадобится еще меньше - 310,7 кДж. Получается, что с каждым градусом вниз по шкале термометра теплота плавления льда убывает на 2,1 кДж.

Не удивительно ли? Чем холоднее лед, тем легче его превратить в воду! Вот вам и еще одно "чудачество" воды, которое может быть объяснено только специфичностью водородных связей.

Как странно иногда совершаются научные открытия! Сколько мудрецов до Архимеда пользовались ванной, но ни одному из них в голову не приходило усмотреть в льющейся через края воде явление необычайной важности.

А вот пример сегодняшнего дня. Уже не одно столетие клянет человечество воду за ее коварное свойство: замерзая в трубах, рвать их стенки. А сколько нерадивых шоферов и по сей день "размораживает" автомобильные двигатели, оставляя в них зимой воду?

Но почему-то никто, в том числе и мы с вами, не задумывались над тем, какая огромная, не используемая человеком, сила действует на наших глазах.

27 февраля 1974 г. газета "Советская индустрия" сообщила о замечательном изобретении московского инженера П. А. Радченко. Суть изобретения сводится к сварке, с помощью льда! Точнее, с помощью того давления, которое возникает в момент превращения воды в лед. Количество потребляемой воды - объем куриного яйца. Источник холода - в зимнее время воздух с улицы: ведь очень-то низких температур и не требуется - нуля вполне достаточно.

Не даром говорят: "Все великое - просто!"

В наши дни выявилась еще одна (наверняка не последняя!) странность в поведении воды. Оказалось, что в зависимости от способа получения Н₂О может обладать различной силой водородных связей.

Например, талая вода, т. е. вода, образующаяся в момент таяния льда, и она же, взятая спустя некоторое время, - не одна и та же вода. Вообще, по многим общеизвестным физико-химическим свойствам она осталась нашей старой знакомой (по чистоте, плотности, химическому составу и пр.), но претерпела изменение с самом главном - в величине водородных связей между молекулами.

Последнее обстоятельство подтверждается так: чтобы превратить 1 кг обычной (например, водопроводной) воды в пар необходимо 2260 кДж тепла. А для талой воды потребуется уже 2268,38 кДж. Разность в 8,38 кДж при современной измерительной технике - величина весьма заметная.

За счет чего появилась эта разница? Известно, что водородные протоны в молекуле Н₂О ведут себя, подобно двум раскрученным волчкам,- они вращаются вокруг собственных осей и, значит, обладают моментом количества движения или, как принято говорить в молекулярной физике, имеют спин.

Рис. 12. Два энергетических состояния молекулы Н2О: а - паравода; б - ортовода

Когда протоны вращаются в одну сторону, их моменты складываются, и получается молекула параводы. Если же они вращаются в разные стороны, возникает разность моментов, и получается молекула ортоводы. Схематично обе разновидности молекул показаны на рис. 12. Естественно, молекулы параводы и ортоводы должны находиться на разных энергетических уровнях. Величина того и другого уровней установлена физиками достаточно точно, и ничего неопределенного здесь не осталось.

До сих пор существовало твердое убеждение, что количественное соотношение между пара- и ортомолекулами в природной воде -сохраняется при любых условиях (и зимой и летом) строго постоянным. Действительно, каждый раз эксперименты подтверждали: вода состоит на 3/4 из ортоводы и на 1/4 из параводы. Однако из поля зрения экспериментаторов до сих пор выпадал сущий "пустяк" - момент перехода изо льда в воду. Именно сам момент! Тут-то и обнаружили себя 8,38 кДж. Желание установить свойства воды в момент перехода привело сотрудников лаборатории бионики Казанского университета У. Ахмерова и А. Бильдюковича к смелой догадке: а не происходит ли в талой воде изменение направления вращения одного из водородных протонов молекулы ортоводы и превращения ее в параводу.

Расчеты блестяще подтвердили догадку. Соотношение в талой воде изменилось в пользу параводы и ровно настолько, что энергетический уровень "смеси" повысился как раз на 8,38 кДж. Правда, спустя сутки теплота парообразования талой воды составляла уже 2264,19 кДж, т.е. разница по сравнению с обычной водой снизилась до 4,19 кДж. Еще сутки она едва достигала 2,10 кДж. И так далее, пока соотношение между ортоводой и параводой не пришло в норму (3/4:1/4).

8,38 кДж... Стоит ли ради них огород городить? Но, как говорится, "мал золотник, да дорог". Исследования дали неожиданный результат уже в другом направлении: талая вода обладает повышенной биологической активностью: помещенные в нее семена растений выбрасывали ростки гораздо быстрее, чем вымоченные в обычной воде.

До сих пор у геронтологов нет единого мнения о том, какой определяющий фактор позволяет отдельным представителям рода человеческого жить далеко за 100 лет.

Первоначальный вывод, что все решает питание, не оправдался. То, в чем отказывают себе одни долгожители, охотно употребляют другие (не пренебрегая и мясными блюдами, против которых особенно восставали геронтологи в недалеком прошлом).

Поскольку основная масса долгожителей приходится на горные районы планеты (особенно Кавказ), была выдвинута более убедительная версия долголетия: разреженный и чистый воздух горных вершин. Действительно, в разреженной атмосфере меньше благоприятных условий для размножения болезнетворных микроорганизмов.

Не возражая против целебных свойств горного воздуха, мы, однако, выдвинем более существенный на наш взгляд, фактор - воду. Точнее, ту воду, которую пьют жители аулов. Источником ее являются горные потоки. Ее порождают тающие ледники гор. Жители гор пьют в основном талую воду. Они пьют параводу.

Правда, по мере движения потока постепенно теряется биологическая активность талой воды. Но в какой бы малой степени ни попадала дополнительная порция параводы в организм горца, если это будет происходить изо дня в день, из года в год, то результатом явится долголетие.

На нашей планете имеется великое множество источников минеральных вод. Это - целебные воды. Они стали незаменимыми при лечении многих хронических недугов, вокруг них возникли города-курорты. В чем секрет чудодейственных свойств воды, пришедшей из недр земных?

Специалисты отвечают безаппеляционно и однозначно: целительные свойства минеральной воды определяются ее химическим составом, т. е. теми солями, которые в ней растворены. Так думают и те, кто пользуется минеральной водой.

Мы не намерены оспаривать роль химического состава. Однако вот какая тут получается странная история. При современных методах химического анализа установить точнейший химический состав минеральной воды - не проблема. Успехи современной химии в области синтеза достойны всяческого уважения. Однако попытки сотворить хотя бы в лаборатории воду с целебными свойствами, повторяющими свойства воды естественной, ни к чему не привели. Эксперименты закончились сплошным конфузом. Что-то неуловимое содержат боржоми, нарзан, ессентуки и прочие минеральные воды. Что-то таинственное ускользает от взгляда исследователей и теряется при выпаривании, улетучивается из колб и пробирок, растворяется в колонках чисел, выдаваемых ЭВМ. А вместе с этим неведомым бесследно исчезает и лечебный эффект.

Догадка напрашивается сама собой: суть не только в химическом составе, в растворенных веществах, но еще и в свойствах самого растворителя, т. е. в свойствах воды. В каких именно?

Возьмем на себя смелость утверждать, что здесь свое решающее слово имеет соотношение между орто- и параводой. Вода в минеральных источниках - это вода, пришедшая с больших глубин. Там она подверглась воздействию высоких температур, высоких давлений и, быть может, прошла еще какую-то неведомую нам "обработку".

Добравшись до поверхности, вода сохранила (пусть частично) приобретенные ею свойства, и человечество получило от природы источники бодрости и здоровья.

Естественно возникает мысль: нельзя ли искусственно изменять энергетическое состояние воды с помощью какого-либо доступного нам средства? Например, с помощью магнитного поля?

Исследовали теплоту парообразования у намагниченной воды.

Отклонение налицо! Только сдвиг произошел в обратную сторону - от талой воды в сторону преобладания ортоводы. Отличие от обычного (природного) соотношения 3/4:1/4 стало весьма незначительным. И тем не менее уровень энергии намагниченной воды снизился на 2-3 %? Они-то, эти 0,02-0,03, и придают магнитной воде те неоценимые свойства, о которых мы уже говорили.

Вполне возможно, что именно магнитное поле является одним из тех факторов, который придает минеральной воде целебные свойства. Вроде бы, не вяжется с утверждением повышенного содержания ортоводы от воздействия магнитного поля, в то время как нам нужно повышенное содержание параводы. Но поле полю рознь, и качественное воздействие его на воду может оказаться в разных случаях неоднозначным.

Уплотняя вещество и сближая молекулы, сверхдавления способны вызвать образование полимерных цепей. Именно с использования высоких давлений и началось освоение производства первых пластмасс.

Однако до сих пор в производстве полимеров использовались статические давления порядка 10⁷ Па. И лишь в самое последнее время предприняты попытки полимеризации с помощью ударных давлений в десятки и сотни тысяч атмосфер.

Нам представляется возможным использовать в качестве инструмента для полимеризации... воду! В воде легко создавать ударные давления и в миллионы атмосфер. Конечно, заранее никто не может сказать, как поведут себя растворенные в воде вещества при таких давлениях, но в том, что полимеризация их возможна, мы можем (забегая вперед) сослаться на хорошо известный исторический пример происхождения белковой молекулы, праматери всего сущего на Земле - она возникла в воде. А что же такое белок, как не сложнейший полимер?

Это будет совершенно новая отрасль производства синтетических веществ. Сегодня никому в голову не придет соединить в полимерные цепи атомы железа. Или меди. Но кто знает, не станет ли это возможным в будущем с помощью воды и в самой воде?

Вода станет надежным союзником большой химии.

Ударные давления способны вызвать самые различные качественные превращения вещества. В том числе и самой воды.

До сих пор разрушительная деятельность кавитационных пузырьков, возникших в потоке жидкости, трактовалась лишь как механическое воздействие на кристаллическую решетку металла. Непонятным в этой механической трактовке оставалось одно обстоятельство: почему кавитация довольно легко "расправляется" с одними металлами и сплавами и "ломает зубы" о другие, менее прочные металлы и сплавы?

Тут-то и вспомнили сущую малость, которой и нам не было нужды касаться. Оставаясь лучшим диэлектриком на Земле, вода все-таки не является идеальным препятствием для электрического тока. Даже при нормальных атмосферных условиях в ней самопроизвольно образуются ионы. Совсем в ничтожном количестве, но все-таки образуются. В 1 т воды содержится всего лишь 0,1 мг ионов Н⁺ и 1,7 мг ионов ОН.

Однако в тот момент, когда лопается кавитационный пузырек, возникают ударные давления в сотни тысяч и миллионы атмосфер, они обрушиваются на стенки трубы и, естественно, на близлежащие слои самой воды. Если под воздействием этих давлений рушатся кристаллы металла, так почему должны устоять молекулы воды?

Распавшиеся молекулы воды - это уже суть ионы водорода и кислорода. Такая вода далеко не диэлектрик. Она - кислота чудовищной силы, в сравнении с которой все известные в химии кислоты покажутся безобидными жидкостями. Вода превратится в реактив, способный вызвать бурную ионообменную реакцию с металлом, из которого изготовлены труба, винт теплохода или лопасти турбины.

Такими соображениями руководствовались советские инженеры М. Трифель, Е. Штерн, А. Хаиларов и С. Мехмандеров, решившие "обмануть" кавитацию.

На Волжской ГЭС им. В. И. Ленина на ремонт была остановлена одна из турбин: за три года кавитация "съела" на ее лопастях 243 кг специальной антикавитационной стали. Согласитесь - "аппетит" у кавитации завидный! Колесо наварили, привели в порядок. Затем в колодце над колесом и под колесом смонтировали по медному поясу. К поясам и к колесу подключили ток низкого напряжения, т. е. сознательно превратили турбину в своеобразный гальванический элемент, с таким, однако, расчетом, чтобы ионообменная реакция шла между водой и медными поясами, минуя лопасти турбины.

Через три года опытную турбину снова остановили на ремонт. Оказалось, что на этот раз кавитация "съела" всего лишь 7,35 кг металла - в 40 раз меньше, чем до включения электрической защиты!

Итак, вода не просто Н₂О. Она - смесь из окислов различного сочетания изотопов водорода с изотопами кислорода. Число возможных сочетаний довольно велико - 42. Из них более или менее изучены 2. Остается еще 40. И даже при самом смелом полете фантазии невозможно предсказать, какие самые неожиданные свойства раскроет нам та или иная модификация воды.

Ясно, что по мере познания структуры воды, применяя все более совершенные методы теоретического анализа, используя ЭВМ, ученые смогут предсказать если и не все, то весьма многие свойства этих оставшихся 40 сочетаний. И не беда, если в природе не существует воды с предсказанными свойствами. Она будет создана сначала в лаборатории, а затем ее производством займется промышленность.

Мы убеждены, что именно одной или нескольким разновидностям воды, которые будут открыты в будущем, предстоит сыграть решающую роль в раскрытии таких биологических проблем как наследственность, деятельность мозга, излечение от недугов, долголетие... Но мы опять забегаем вперед. О той роли, которую вода играет в живой материи, пойдет речь дальше.