Толчком к написанию этой заметки послужила статья Василенко С.Л. «Водные парадоксы Часть 1» /1/, и ее можно рассматривать как дополнение к /1/, но со смещением акцента в сторону к одному из основных направлений публикаций на сайте АТ – золотого сечения, его главного геометрического носителя – симметрии пятого порядка. Материал этой небольшой статьи взят из книги автора /2/, где он является частью обзорной главы «Золотой калейдоскоп», т.е. – научно-популярным изложением чужих исследований.

Если рассматривать воду как простую совокупность молекул Н₂О, то оказывается, что её удельный вес должен составлять 1,84 г/см3, а температура её кипения будет равна 63,5°С. Но, как известно, при нормальной температуре и давлении удельный вес воды равен 1 г/см3, а кипит вода при 100°С. Исходя из этого, следует предположить, что внутри воды должны быть пустоты, где нет молекул Н₂О, то есть воде присуща особая структура. Это принципиальное открытие было сделано английским физиком Джоном Берналом (1901 – 1971) и дало импульс к соответствующим исследованиям. Хотя первым, кто вполне определенно писал о структурированности части воды был В. Рентген (1845 – 1923) – первый нобелевский лауреат по физики.

Клатратные соединения¹ в воде – это упаковки из молекул воды, соединенных между собой водородными связями, с внутренними пустотами, заполненными атомами инертных элементов или небольшими молекулами-мономерами. Полости у клатратных структур имеют размер ~ 5 – 6 Å (ангстрем), чем определяется размер возможных включений /3, с. 171 – 172, Рис. 153/. Включения не взаимодействуют химически с решеткой. В 80-ых годах прошлого века были получены клатратные соединения, содержащие гексааквакомплекс кальция:

окруженный (и кинетически стабилизированный) 20 молекулами воды, которые расположены в вершинах додекаэдра² /4, с. 22/. Эти структуры – одни из основных элементов «активированной» кальцием воды. Как видно из приведенного уравнения, ион кальция сначала окружается 6 молекулами воды, атомы кислорода у которых расположены в вершинах октаэдра. Затем, при существовании переменного электромагнитного поля он заключается в кластер из 20 молекул воды. Возникает естественный вопрос: не могут ли такие клатратные соединения быть основой «живой» воды?

Одновременно с клатратными моделями строились и кластерные модели воды, в которых молекулы объединяются в структуры, не содержащие посторонних включений. Разные исследователи предлагают модели кластеров, отличающиеся по своей геометрии, но все они постулируют, что молекулы воды способны объединяться с образованием полимеров. В 1999 г. Станислав Зенин исследовал воду в ГНИИ генетики, применив современные методы анализа – рефрактометрию, протонный резонанс и жидкостную хроматографию – и получил различные варианты кластеров /5/. Кластеры, содержащие в своём составе 20 молекул воды, оказались наиболее стабильными. С некоторой очевидностью, атомы кислорода в таком кластере располагаются в вершинах додекаэдра. Этот кластер - отчасти предсказуемый результат, поскольку три соседние вершины в додекаэдре образуют угол в 108⁰, к которому близок угол расхождения атомов водорода в молекуле воды (104.7⁰). Между тем, 30 ребер додекаэдра не могут обеспечить замыкание всех 40 водородных связей между 20 атомами кислорода. 10 остающихся свободными атомов водорода надо как-то разместить. Естественно предположить, с точки зрения симметрии (и принципа минимума потенциальной энергии), что они находятся на двух параллельных гранях. В результате получим кластер, изображенный на рисунке 1. На нем большие шары (красных цветов) символизируют атомы кислорода, а маленькие (серых оттенков) – водорода. Благодаря этим свободным водородным связям, додекаэдры могут объединяться в цепочки. При соединении такого кластера в большие замкнутые конгломераты атомы водорода могут и перемещаться на соседние грани.

Между соседними осями симметрии 5-порядка, проходящими через центры граней додекаэдра угол 63.4⁰ – близко к углу между ребрами тетраэдра (60⁰). Зенин предполагает, что основной структурный элемент воды - кластер из 57 молекул, состоящий из четырёх додекаэдров (имеющих по три общих граней), центры которых располагаются в вершинах тетраэдра /5/. У такого образования остается 20 свободных водородных связей, которые, следуя принципу симметрии (согласованного с принципом минимума потенциальной энергии) естественно расположить на 4 гранях 4 додекаэдров, наиболее удаленных от центра тетраэдра. Благодаря свободным водородным связям эта структура может продолжать наращиваться новыми додекаэдрами. Зенин считает, что такие «тетраэдры» объединяются в сложные структуры из 912 атомов воды (ромбоэдры), которые уже почти не обладают свободными водородными связями. Вода при нормальных условиях, по его мнению, на 80% состоит из таких элементов, 15% - тетраэдры из 57 молекул воды и лишь 3% - классические молекулы Н₂О. Профессор Мартин Чаплин (Martin Chaplin) из Лондонского университета рассчитал и предположил иную кластерную структуру воды, в основе которой лежит многогранник икосаэдральной формы, состоящий из 1820 молекул воды.

Представления о сложной структуре воды прочно вошли в современный багаж физ-химика и получают подтверждения в исследованиях различных ученых. В 2002 году группе Хэд-Гордона методом рентгеноструктурного анализа с помощью сверхмощного рентгеновского источника Advanced Light Source (ALS) удалось показать, что молекулы воды способны за счет водородных связей образовывать структуры, представляющие собой топологические цепочки и кольца из множества молекул. Другая исследовательская группа Нильссона из синхротронной лаборатории Стенфордского университета, интерпретируя полученные ими экспериментальные данные, как наличие структурных цепочек и колец в воде, считает их довольно долгоживущими элементами.

Современная наука насчитывает у воды 74 аномальных свойства /6/, и до появления окончательной теории, описывающей их все, видимо, еще далеко.

Литература

1. С.Л. Василенко, Водные парадоксы. Часть 1 // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ.24169, 10.01.2018
2. Ковалев А.Н. В поисках пятого порядка, 2017, ISBN 978-5-4485-3753-0 http://kovalevandrey.ihostfull.com/Books/Book_1.html
3. Современная Кристаллография /под ред. Вайнштейна Б. К., Т.2, М.: Мир, 1979.
4. Электромагнитные поля в биосфере /Сборник трудов конференции, Т. 2, М., 1984.
5. Зенин С.В. Структурированное состояние воды как основа управления поведением и безопасностью живых систем/ Диссертация на соиск. зв. д-ра биол. наук, Москва, 1999.
6. Anomalous properties of water. http://www1.lsbu.ac.uk/water/water_anomalies.html

¹ От латинского clathratus, что значит «включенный» или «заключенный за решетку».

² При этом раствор подвергался воздействию слабого электромагнитного поля.