Свойства и структура воды
ения, степень вязкости,
повышает скорости сгущения суспензий, фильтрации, затвердевания цемента,
изменяет магнитную восприимчивость. Магнитное поле существенно меняет в
концентрированных растворах теплоту гидратации (до 5%), что очень важно для
глубинных рассолов.
Однако магнитное поле не оказывает влияния на чистую воду, т. е.
воду, в растворе которой отсутствуют электролиты. При омагничивании воды
происходит изменен ориентации ядерного спина (момента количества движения
атомного ядра, тесно связанного с магнитным моментом) в молекуле Н2О.
Магнитная вода, как и свежеталая, также обладает "памятью". Ее новые
свойства имеют «полураспад» примерно в течение суток. Талой воде, как это
установлено многочисленными наблюдениями, присуща повышены биологическая
активность, которая сохраняется некоторое время после таяния. По данным
казанских биоников новые свойства как магнитной, так и талой воды
объясняются изменениями, происходящими с ядрами водорода.
В настоящее время во многих странах организовано промышленное
изготовление омагниченной воды в больших количествах.
Точкой перехода жидкой фазы воды в твердую при давлении в 1 атм.
является температура 0( С. С повышением давления точка перехода воды в лед
понижается при 600 атм. до – 5( С, при 2200 атм. до – 22( С. Но затем вода
начинает вести себя совершенно удивительно: при 3530 атм. она переходит в
лед только при -17( С, при 6380 атм. – при +0,16( С, а при 20 670 атм. лед
имеет температуру +76( С – горячий лед, который мог бы дать ожог.
Немецкий ученый Г. Тамман и американский П. В. Бриджмен выявили шесть
разновидностей льда:
I – обычный лед, существующий при давлении до 2200 атм., при
дальнейшем увеличении давления переходит в II;
II – лед с уменьшением объема на 18%, тонет в воде, очень неустойчив
и легко переходит в III;
III – также тяжелее воды и может непосредственно быть получен из льда
I;
IV – легче воды, существует при небольших давлениях и температуре
немного ниже 0( С, неустойчив и легко переходит в лед I;
V – может существовать при давлениях от 3600 до 6300 атм., он плотнее
льда III, при повышении давления с треском мгновенно превращается в лед VI;
VI – плотнее льда V, при давлении около 21 000 атм. имеет
температуру +76( С; может быть получен непосредственно воды при температуре
+60( С и давлении 16 500 атм.
Приведенные выше давления могут существовать в геосферах до глубины
80 км. По мнению В. И. Вернадского, разности горячего льда существуют в
литосфере в области физически связанных вод. Так, например, прочно
связанная вода имеет плотность твердого тела (и это при обычном давлении) 2
г/см3. Такая вода замерзает лишь при – 78( С.
Поведение воды в природе в различных условиях давления, температуры,
электромагнитных полей, а особенно разностей электрических потенциалов и
многого другого, загадочно, тем более что природная вода – не химически
чистое вещество, она содержит в растворе многие вещества (по существу все
элементы периодической системы), и притом в различных концентрациях. Эта
загадочность особенно велика для больших глубин литосферы Земли, где имеют
место высокие давления и температуры. Но даже если взять «чистую» воду и
посмотреть, как меняются ее некоторые свойства при относительно высоких
давлениях и температурах, то, например, для плотности получим такие
значения, г/см3: при 100( С и 100 атм., а также при 1000( С и 10 000 атм.
она будет одинакова и близка к 1; при 1000( С и 100 атм. – 0,017; при 800(
С и 2500 атм. - 0,5; при 770( С и 13 000 атм. – 1,7, а электропроводность
такой воды равна электропроводности пятинормальной соляной кислоты. Для
рассолов, которые господствуют в глубинах литосферы, все эти значения
изменятся.
В 1969 г. в астрофизическом центре при университете в Толедо (штата
Огайо, США) американские ученые А. Делсемм и А. Венджер открыли новую
сверхплотную модификацию льда при температуре –173( С и давлении около
0,007 мм рт. ст. Этот лед имел плотность 2,32 г/см3, т. е. был близок по
плотности к некоторым разновидностям гнейса (2,4 г/см3); он аморфен (не
имеет кристаллического строения) и играет большую роль в физике планет и
комет.
Свойства воды меняются также под воздействием электрического поля
разной частоты. При этом интенсивность света в воде ослабевает, это связано
с поглощением его лучей. Далее, примерно на 15% изменяется скорость
испарения воды.
Вообще в последнее время все большее число исследователей на
основании полевых и лабораторных наблюдений приходит к выводу о
значительной роли разности естественных электрических потенциалов для
физических и химических особенностей природных вод. Даже в приповерхностных
зонах литосферы со сравнительно слабыми электрическими потенциалами
разность потенциалов вызывает как движение самой воды, так и растворенных в
ней катионов и анионов во взаимно противоположных направлениях. Некоторые
ученые наблюдали возникновение электрических потенциалов (и их разностей)
на контакте воды и льда, а также на сульфидных месторождениях. На больших
глубинах литосферы следует ожидать более значительных разностей потенциалов
между разными породами, так и разными растворами.
Американский ученый П. Маркс полагает, что на глубинах около 12 км
образуются мощные гальванические батареи при наличии минерализованных
растворов, металлов, серы, графита. Разности электрических потенциалов
могут быть столь велики, что будут разлагать воду на водород и кислород.
Все, что мы до сих пор говорили о многообразии разновидностей воды,
касалось чистой воды, без всяких примесей. Но химически чистой воды нигде в
природе и быть не может. Даже искусственно дистиллированная вода после
многократной перегонки будет содержать растворенные углекислоту, азот,
кислород, а также в незначительной части вещества, из которых сделан сосуд,
где она находится.
Таким образом, даже искусственно получить почти чистую воду очень
затруднительно, хотя подобный опыт в начале века и был проведен немецким
физиком Ф. Кольраушем. Им была получена в совершенно ничтожном объеме и на
несколько секунд, за которые удалось определить ее электропроводность,
абсолютно чистая вода.
Всякая вода в природе, включая снег, лед и дождь, является раствором
различных веществ в форме ионов нейтральных молекул, мелких и крупных
взвесей, живых существ (от бактерий до крупных животных) и продуктов их
жизнедеятельности. Если говорить о находящихся в воде веществах, то,
например, акад. В. И. Вернадский, рассматривавший воду как минерал, выделил
485 видов минералов группы воды (гидридов), сделав при этом оговорку, что
им описана только меньшая часть видов воды и что общее их количество,
вероятно, превысит 1500. Разумеется, такая классификация неприемлема, для
практических целей, о ней упоминается только для иллюстрации многообразия
химического состава природных вод, рассматривая воду как растворитель и
минерал.
Природную воду можно классифицировать по следующим признакам:
температуре, химическому составу растворенных компонентов, местонахождению,
целевому использованию, происхождению, динамике циркуляции, фазовому
состоянию, нахождению в той или иной геосфере и по многим другим свойствам
и признакам.
1. В природе встречаются воды в пределах температур от почти
абсолютного нуля (т. е. около – 273( С) до примерно 2000( С. Даже при
обычном давлении вода, оставаясь жидкостью, может переохлаждаться до – 70(
С и перегреваться, не переходя в пар, до +120( С, но только на очень
короткий срок.
2. Всякая природная вода является раствором газов и минеральных
веществ, а для наружных оболочек Земли (не глубже 3 – 5 км) и местом
обитания живых организмов. Газы и твердые вещества могут быть растворены в
воде от ничтожных количеств до возможных пределов растворимости тех или
иных веществ. В зависимости от температуры и давления в воде растворяется
все, в ней могут содержаться в растворе все элементы периодической системы,
встречающиеся в природе, даже металлы и такие очень труднорастворимые
соединения кремния, как стекло, кварц и т. п.
3. Все природные воды по химическому составу веществ, находящихся в
растворе, удобнее всего делить на три класса по преобладающему в растворе
аниону:
а) хлоридные (самый распространенный класс),
б) гидрокарбонатные и
в) сульфатные.
Каждый класс в свою очередь делится по преобладающему катиону на
четыре группы: натриевые, кальциевые, магниевые и калиевые. Таким образом,
мы имеем 12 крупных разновидностей воды.
По преобладающему в растворе газу воды делятся также на азотные,
сероводородные, метановые, углекислые, кислородные и другие.
4. Вода может находиться как в свободном, так и в связанном
состоянии. Свободные воды могут изливаться и передвигаться под влиянием
силы тяжести (гравитации). Они так и называются «гравитационные».
Но вода в форме H2О или ее изотопических разновидностей, а также и
форме гидроксила ОН, гидрооксония Н3О и других может входить в состав
минералов как физически или химически связанная, иногда в значительных
количествах. Так, в физически связанном состоянии вода присутствует в таких
минералах, как гидробазалюминит Аl4[(ОН)10 SO4)]3(36Н20 - 60 вес. %,
мирабилит Nа2SO4(10H20 – 56 вес. %, бура Nа2В4O7(10Н2О – 47 вес. %; в
химически связа
| |  скачать работу |
Свойства и структура воды |
