Укажите название химического вещества снежинка лед вода снег

На приведенном ниже рисунке, заимствованном из сайта www.o8ode.ru, приведена известная структура молекулы воды Н₂О. Однако эта структура соответствует водяному пару, а не жидкости. Но, главное, совершенно не понятно, почему её отождествляют с тетраэдром – фигурой, которую используют как основу представлений о свойствах воды и характеризующую связи молекул воды в различных агрегатных состояниях.

Тетраэдр предполагает, что четыре связи расположены в пространстве равномерно, т.е. углы между ними равны. Такое расположение называется “тетраэдрическим”, когда можно представить, что связи исходят из центра правильного тетраэдра к его вершинам. Считается, что наличие положительно заряженных протонов атомов водорода с одной стороны молекулы приводит к тому, что другая сторона молекулы – симметрично отрицательно заряжена. Если это так, то конфигурация молекулы скорее должна соответствовать не тетраэдру, а знаку Х.

С известной структурой молекула воды никак не может вписаться в тетраэдр. У неё угол между атомами водорода равен 104 0 27 1 . А угол между высотами тетраэдра равен 109 0 28 1. . К тому же, хоть эта фигура похожа на букву Х, но у неё верхние усики повернуты относительно нижних усиков на 90 0 (Рис.2.) . Это непозволительно вписывать физический объект, который имеет элементы, расположенные под углом 104 0 в систему с углом 109 0 , а иногда и 120 0 .

Угол, под которым атомы расположены в молекуле друг относительно друга, по-видимому, является константой. Очевидно, что структура молекулы Н₂О и в геометрическом и в физическом аспектах имеет V- образную форму, или форму вилки, поскольку все атомы её лежат в одной плоскости.

Наиболее устойчивая форма существования воды – это лёд, её твердая фаза, “организующая” молекулы жесткой кристаллической решеткой. Можно полагать, что в природе существует минерал лёд, а вода, широко разлившаяся по поверхности планеты, — расплав льда, загрязненный всевозможными примесями, образовавшийся там, где слишком жарко для существования минерала в кристаллической форме, а там, где ещё более жарко – она превращается в пар. Другая разновидность твердой фазы воды – это снег. Снег и лёд – это разные вещества по своей сути и структура этих веществ различна.

Структурная организация материи определяет свойства вещества. Тип упорядоченности молекул в веществе (твердом теле) может влиять на его свойства сильнее, чем химическая природа этих молекул (например, графит и алмаз), Снежинка растёт из пара (газа), а лёд – из воды (расплава). Это существенное отличие исходных материалов приводит к тому, что при кристаллизации из паровой фазы образуется плоский кристалл – снежинка, а при кристаллизации из жидкой фазы – объёмный полиэдрический кристалл – лёд.

Снежинка – уникальное вещество! Эта ажурная конструкция (рис.3) похожая на кружево, представляющая собой особую форму льда — твёрдость, возникающая непосредственно из газа – из паров воды, минуя жидкую фазу, путем осаждения молекул на растущий кристалл. Она всегда шестиугольная, преимущественно плоская, с разнообразными узорами. Количество снежинок исчисляется миллиардами, но среди них не бывает одинаковых, как не бывает людей с одинаковыми отпечатками пальцев. Это – уникальное явление, как уникально и то, что она имеет правильную, симметричную, шестиугольную форму. Именно такая форма свидетельствует о том, что молекула воды не может представлять собой тетраэдр. Структура снежинки – жесткий плоский кристалл преимущественно с дендритной или с дисковой конфигурацией, и если бы молекула воды имела форму тетраэдра, снежинка не была бы плоской, так как для молекулы с такой конфигурацией равнозначны все направления пространства. К тому же, тетраэдр имеет оси симметрии третьего и второго порядков и поэтому была бы вероятность образования четырехугольных снежинок, чего в природе не бывает.

Рис.3. Фотографии снежинок из атласа Бентли и Хамфри (по кн. А.В.Шубникова и В.А.Копцик “Симметрия в науке и искусстве” М., “Наука”, 1972 г.).

Это с макроскопической точки зрения снежинка — тонкая, состоящая из ажурных лучей и ветвей, конструкция, а с атомистической снежинка — жесткий, монолитный кристалл, рост которого подчиняется определенным законам. Видно, как из центрального ядра к периферии начали расти шесть лучей, которые затем, разветвляясь снова и снова, сохраняют общую гексагональную симметрию. В данном случае есть силы, которые предопределяют рост кристалла снежинки преимущественно в плоском пространстве, равно как есть силы, распределяющие молекулы в определенном порядке. Почему на всех лучах снежинки, как правило, повторяется один и тот же узор? Откуда молекула у одного луча “знает” куда ей прикрепиться, чтобы соблюсти тот же узор, что и у других?

Очевидно, существует кристаллическое поле, ответственное за узор снежинки, которое расставляет молекулы по определенным местам.

Центр многогранника можно считать той точкой, с которой начинается рост кристалла. (“Начало есть более, чем половина всего”. Аристотель). Небольшая группа атомов (“зародыши”), образовавшая правильное, характерное для данного кристалла упорядочение, является своеобразным шаблоном, по которому продолжает расти кристалл: всё новые и новые слои атомов укладываются в том порядке, который определен зародышем. По мере роста кристалла его характерная многогранная форма сохраняется – это его геометрическое свойство, но узор, зависящий от скорости роста отдельных его элементов, это его динамическое свойство, может быть разнообразным. Скорость роста никогда не бывает одинаковой по всем направлениям.

Согласно принципу Ф.Неймана (сформулированному в конце Х1Хв.), если не известно, как расположены атомы (молекулы) в кристалле, а известна лишь макроскопическая симметрия, макроскопический способ рассуждений ничуть не уступает атомистическому. Таким образом, можно считать, что шаблон, по которому растет кристалл снежинки, представляет собой блок из шести молекул Н₂О, расположенных в одной плоскости.

На рис.4а изображена матрица из шестигранных элементов, заполняющих некоторое плоское пространство. Геометрия этой матрицы соответствует симметрии снежинки. На рис.4б и рис.4в показаны возможные центры кристаллизации.

Из этого рисунка видно, что центром кристаллизации снежинки является шестиугольный, или гексагональный элемент (рис.4б), т.к. он создает замкнутые связи для входящих в его состав молекул, в то время как у тригонального элемента (рис.4в) эти связи разорваны. У гексагонального элемента, в соответствии с современными представлениями, атомы кислорода расположены в вершинах шестиугольника, а атомы водорода, по одному, находятся между вершинами. Поскольку атомы в элементе расположены довольно близко друг к другу происходит коллективизация электронов и обеспечивается водородная связь О—Н—О. Вторые атомы водорода, принадлежащие молекулам, располагаются вне этой линии связи. Тригональный элемент возникнуть не может потому, что у него один атом кислорода оказывается лишним. Схема гексагональого элемента показана на рис.5. На рис.5а и рис.5в атомы условно изображены в виде шаров, а на рис. 5б – представлена стержневая модель. На рис.5а атомы расположены в плоскости рисунка, на рис.5б и рис.5в положение атомов водорода вне связки О-Н-О выбрано произвольно. Это довольно прочная структура, в которой отрицательно заряженная часть одной молекулы соединена с положительной частью другой молекулы и элемент становится квазинейтральным.

Таким образом, исходным шаблоном, предопределяющим структуру снежинки, является шестиугольный элемент, или блок, из шести связанных молекул Н₂О. Атомы кислорода находятся в вершинах этого элемента, а атомы водорода, образующие водородную связь, — между ними (рис.5а). Элемент представляет собой подобие бублика, кольца, или тора с дыркой и с прыщиками, или выступами, образованными атомами водорода, не участвующими в кольцевых связях с атомами кислорода. Естественен вопрос: почему этот шаблон состоит из шести молекул, а не в виде кольца или ленты с любым числом молекул? Повидимому здесь играет роль форма самой молекулы, которая не является совокупностью шаров, как это представляется на структурных схемах, точно так же как кружок на географической карте не отражает картину города. Электронное облако атомов, входящих в состав молекулы, не обязательно имеет сферическю форму. Поэтому такая упаковка, и ни какая другая, характеризует данное вещество. Например, известная пузырьковая модель плоского кристалла наглядно показывает как сферические пузырьки в близком соседстве превращаются в шестиугольные элементы.

Другое дело – геометрия снежинки. Она разнообразная, но не хаотичная. Дендритная форма кристаллов возникает не только у снежинок, но ни у одного из неорганических веществ не наблюдается такого изящного и разнообразного порядка видимо потому, что они возникают из атомов или молекул, имеющих фиксированную, одинаковую структуру, У снежинки ответственным за структуру является исходный шаблон – гексагональный элемент, или блок из шести молекул Н₂О. Если бы на нем не было прыщиков от “незанятых” атомов водорода, различия в геометрии снежинок не было — имело бы место только разница в размерах снежинок. “Незанятые” атомы водорода на блоках могут занимать бесконечное множество положений. При фронтальном рассмотрении блока прыщики могут иметь уклон влево, вправо в разных сочетаниях и много положений вокруг оси О—Н—О. Причем, судя по всему, атомы водорода из этих положений не прыгают, как считают при объяснении структуры льда, а находятся в фиксированном состоянии на теле блока, поскольку они принадлежат к жесткой кристаллической структуре. Конечно, как у всякого кристалла здесь могут возникать различные дефекты, но это – исключения из правил. Причины, приводящие к тому, что “незанятые” атомы могут занимать то или иное положение, различны – это могут быть гравитационные поля, электромагнитные излучения, влияние соседей и т.д. Таким образом, снежинка содержит колоссальный объём информации и выражается это посредством её конфигурации. При образовании инея нет организующего шаблона и молекулы пара прикрепляются на любую твердую поверхность, так же возникает дендритная структура, но она не имеет изящества снежинки.

По мере роста кристалла снежинки молекулы пара последовательно осаждаются на блок как на центр кристаллизации, ориентируясь при этом, соблюдая полярность и учитывая положение “незанятого” атома водорода. Положение выступов (прыщиков) на одиночном блоке – произвольное, но все молекулы, входящие в состав его, ориентируют их подобным друг другу образом. Молекулы, осаждающиеся на блок, подстраиваются под “хозяина” с учетом расположения его выступов. На рис.6 показана схема начальной стадии роста снежинки. Цветом на рис.6б выделены блоки, образующие лучи и ветви снежинки. Процесс в некоторой степени напоминает электронную игру “Тетрис”. В результате образуется сетка с гексагональным мотивом, на ней вырастает следующий и следующий фрагменты и структура кристалла приобретает вид похожий на структуру графита, но со своеобразным рисунком.

Составные звенья блока могут соединяться по двум вариантам. В первом – атомы водорода располагаются между атомами кислорода (рис.7а), а во втором атомы кислорода встраиваются в вилку между атомами водорода (рис.7б).

В обоих случаях соблюдается симметрия в располжении атомов. Принимая во внимание коллективизацию электронов в кристалле, в сооветствии с этими вариантами возможны два типа блоков, показанные на рис.8. Следует подчеркнуть, что на рис.5а, 7 и 8 атомы кислорода и водорода условно изображены в одной плоскости.

Построим структурные сетки кристалла снежинки в плоском пространстве путем объединения атомов в элементарные блоки для обоих вариантов их связей. Для этого последовательно соединяем группы атомов водорода и кислорода (Н₂О) в кольца, начиная с центра сетки (рис.9). Для первого варианта блоков не будем изображать атом водорода находящийся вне связи О-Н-О. Как видно из рис.9а первая – центральная ячейка имеет левую направленность, но в следующем ряду ячейки не могут иметь направленность ни левую, ни правую. К тому же, каждый из шести атомов кислорода имеет окружение из трех атомов водорода, при том, что имеется вакансия лишь для одного электрона. Попытка построить структурную решетку,.отвечающую законам симметрии, из блоков по второму варианту также оказывется безуспешной (рис.9б), что видно по элементарным ячейкам, окружающим центральную. Здесь. атомы водорода условно изображены расположенными в плоскости близкой к перпендикулярной плоскости рисунка в красном и бежевом цвете, как показано в левом верхнем углу его. Поскольку каждый атом кислорода на рис. 9б имеет троих соседей, каждый из которых связан с двумя атомами водорода, он должен находиться в окружении шести атомов водорода. Здесь пара атомов водорода оказывается лишней и правильная структурная сетка плоской кристаллической решетки не может быть построена с использованием в качестве элеметарной ячейки ни тригонального ни гексагонального элементов. Графит, например, состоит из атомов одного типа, поэтому его структурная решетка допускает симметрические преобразования – трансляцию и зеркальные отражения элементарной ячейки. Рассматриваемые же структурные решетки, из-за присутствия атомов водорода, не обеспечивают повторяемость в плоском пространстве снова и снова одного и того же узора, что необходимо для существования кристалла, поскольку главной особенностью кристаллического тела является идентичность и закономерность расположения его молекул. Такая ситуация возникает в силу того, что атомы в структурных решетках на рис.9 представлены в виде жестких, неподвижных, фиксированных шаров, а электроны, по предположению – точечные частицы — корпускулы, несущие на себе заряд, что совершенно не соответствует действительности. Не является симметричной, отвечающей закономерностям кристаллической решетки и структура на рис10, иллюстрация которой заимствованна из книги Чарлза Банна “Кристаллы. Их роль в природе и науке”, М, 1970, которая повторяется во многих монографиях при описании структуры льда.

В действительности плоский кристалл в виде снежинки существует, следовательно ситуация, соответствующая этой решетке, не зависимо от того, какой вариант связей лежит в его основе, дожна иметь иное объяснение. На рис.11, соответсвующему первому варианту связей атомов кислорода и водорода, атомы водорода, выделены тремя разными цветами и цифрами 1,2,3. В таком виде обеспечивается периодическое повторение элементарных узоров в плоском пространстве, что приводит к регулярному, симметричному расположению атомов, которое соответствует кристаллическому.

Выделение разным цветом атомов водорода позволяет графически передать волновой характер движения электронного облака в молекуле. Как может атом кислорода, имеющий два вакантных места, присоединить три электрона соседних водородов, если рассматривать ситуацию по Рис.9а? Это возможно лишь в том случае, если учесть, что электроны водорода при объединении с атомом кислорода совершают волновые движения. Причем, считая что частота этих движений одинаковая у всех электронов, принадлежащих данному атому, и учитывая, что атомы водорода в гексагональной структуре расположены под углом 120 0 , можно предположить, что и фаза волны электронного облака у рассматриваемых атомов так же сдвинута на 120 0 . Таким образом, положение электрона атома водорода на рис.11а, помеченного оранжевым цветом находится фазе 0 0, , салатным – 120 0 и голубым – 240 0 . Поскольку этот процесс сопровождается непрерывной сменой фаз, электрон, совершает волновое движение вокруг атома кислорода, как изображено на рис.12. Аналогичный характер движения электронов имеет место и в структуре, соответствующей второму варианту связей атомов (рис.13). Надо ожидать, что и на нижней, невидимой, части рис.13 электроны водорода движутся таким же образом. В свою очередь атомы водорода последовательно “раздеваются”, оставляя протон на 1/3, 2/3 и полностью “голым”. Поэтому, несмотря на то, что в гексагональной решетке второго типа связей атом кислорода может иметь трёх соседей и окружён шестью атомами водорода, его электронная орбита в каждый данный момент фактически заполнена двумя электронами атомов водорода (шесть по 1/3).

Но не противоречат-ли эти соображения тому факту, что электрон имеет единый, неделимый заряд? Согласно принципу де Бройля о волновом характере материи электрон в атоме – это волновой пакет, целое число раз укладывющийся на длине своей орбиты. Таким образом, его следует индетифицировать не как точку, а как волну. Кстати, в представленном виде наиболее полно, в динамике, отражается взаимосвязь атомов и электронов в кристалле: не как совокупность жестких шариков, а как волновой процесс, характеризующиййся динамичностью. Такое же согласованное движение волны происходит по всем узлам гексагональной решетки, фрагменты которой в виде отдельного блока представлены на рис.14.. Это и есть волновое поле кристалла. И если эта норма нарушается, то прекращается рост кристалла в направлении помехи.

Следует подчеркнуть, что все приведенные соображения по поводу конструкции и свойств снежинки относятся к её одному молекулярному слою. В действительности же снежинка – многослойная и связь между слоями у неё такая же, как и между слоями атомов углерода в графите.

При испарении снежинки в определенных условиях процесс идет в обратном направлении – молекулы от неё отрываются и разлетаются. Иная ситуация наступает тогда, когда снежинка при повышении температуры тает и превращается в расплав – в воду. Молекулы H₂O, отделяясь от кристалла поштучно или некоторыми фрагментами, создают блоки, аналогичные рассмотренным выше, каждый из которых состоит из шести молекул Н₂О, фактически поэлементно повторяя структуру снежинки, но в разобранном виде. Это происходит потому, что молекулы полярны и поэтому они объединяются в кольца, бублики с дырками, торы. В состоянии пара энергия молекул столь велика, что они не могут объединиться, но стремление к этому у них есть — они образуют ассоциации конгломератов в виде облаков. Конечно трудно представить на земле какой-либо другой молекулярный газ в таких масштабах, как пары воды, что бы найти аналогию для сравнения. Имея по разные стороны молекулы положительный и отрицательный заряды, отдельно выделенная молекула H₂O представляет собой электрический диполь с собственным постоянным электрическим моментом. Электрические поля молекул воды стремятся установить беспорядочно ориентированные диполи параллельно, в одном направлении, но тепловое молекулярное движение противодействует их сближению и они не могут объединиться. Но наступают определенные моменты, когда облака превращаются в грозовые тучи, у которых плотность заряженных молекул водяного пара существенно увеливается, происходит накопление и разделение электрических зарядов у верхней и нижней границ тучи , результатом которого является разряд молнии. К настоящему моменту существующие теории накопления и разделения электрических зарядов в облаках привлекают различные схемы. Это и встречное движение холодных и теплых потоков воздуха, вызывающее его электризацию, и конденсация паров воды на твердых частицах пыли, рассеянных в атмосфере и другие, но почему то не придают значения тому факту, что облако представляет собой конденсатор, заполненный электрически заряженными частицами в виде молекул воды.

Итак, при температуре плавления снежинки, либо конденсации пара в воду происходит объединение молекул в кольца – блоки из шести молекул пара и возникновение жидкой воды. Жидкая вода не может состоять из молекул Н₂О. В таком случае вода не была бы диэлектриком, а была бы великолепным проводником, аналогичным раствору NaCl. Вода состоит из выше рассмотренных блоков и химическая формула жидкой воды – (Н₂О)₆,_, или Н₁₂О_6.._. Самая распространенная химическая формула Н₂О – это формула водяного пара. И утверждения о том, что вода состоит из молекул Н₂О, среди которых плавают кластеры – неверное. Кластеры – это и есть те самые блоки ( бублики, кольца, торы с дырками), но термин последних принят здесь потому, что с данным определением связана совершенно новая теория строения и структуры воды. Кластеры в современных теориях о воде – это объединения, включающие в себя от единиц до нескольких сотен молекул воды. Здесь блок – цельная, неделимая, почти однообразная система, состоящая из 12 атомов водорода и 6 атомов кислорода, коллективизировавших свои элекроны и образовавших одну молекулу. По форме рассматриваемые блоки напоминают чечевицу, но имеющую шестиугольную форму , дырку в центре и “прыщики” или выступы на боковых поверхностях. Не исключено, что именно благодаря этой дырке вода является лучшим растворителем в природе..

Структура молекулы воды изображена на рис. 8а и 8б. Следует подчеркнуть, что атомы водорода и кислорода условно показаны в одной плоскости – в действительности они могут занимать различные положения относительно связей О-Н-О или О-О. Как видно из сравнения рисунков 8а и 8б оба варианта молекул отличаются по размерам. Вот объяснение аномалии свойств воды, заключающейся в увеличении её плотности при температуре ниже 4 0 С – молекулы воды, имеющие конфигурацию в соответствии с рис.8а меняют её на форму по рис.8б. Это вызвано перестройкой атомов в связи с изменением их энергетического состояния. Но при этом молекула не разрушается и в общем не меняет свою геометрию.

Рассматриваемые молекулы воды электрически нейтральны, их масса в шесть раз превышает массу молекул пара и они менее подвижны. Соединяясь в группы, они располагаются “навалом” и удерживаются силами Ван-дер-Ваальса, не вступая в химическое взаимодействие друг с другом, так как имеют насыщенные электронные связи и при определенной температуре характеризуют жидкое состояние вещества. Хаотичность их расположения поддерживается тепловыми колебаниями и вращением молекул. Благодаря водородным выступам они слипаются друг с другом, прилипают к различным телам и, скользя друг по другу, обеспечивают течение жидкости. При нагреве выше 100 0 С молекулы воды разрушаются, превращаясь в молекулы пара, Разрушение молекул воды может происходить также при электролитической диссоциации или участии в химических реакциях в роли реагента. Кстати, об электролитической диссоциации. Она не обязательно приводит к разрушению молекулы воды. Находящиеся в электрическом поле отрицательного знака молекулы воды группируют положительно заряженные протоны снаружи, превращаясь в катионы (рис.15а), а в поле положительного знака – внутри молекулы и становятся анионами (рис.15б).

По-видимому, можно полагать, что струкура снежинок образована кольцами по первому варианту (рис.8а), а льда – по второму (рис8б). В пользу этого свидетельствует тот факкт, что из снега можно получить воду, а из воды снег, без особых ухищрений, — нет, в то время как процесс превращения льда в воду и обратно осуществляется довольно просто. Даже тает искусственный снег гораздо медленнее, чем естественный, поскольку он состоит не из снежинок, а из льдинок. Должны иметь отличия и свойства талой воды из снега и льда.

Анализ осбенностей устройства шестиугольных молекул воды показывает, что они могут обладать дисиммерией и , следовательно, энантиоморфизмом (рис.16).

При определенных условиях, в частности при воздействии вращающимся ультразвуковым полем, “незанятые” атомы водорода могут выстроиться по одну сторону кольца. На рис.5б и рис.5в атомы водорода изображены расположенными симметрично по обе стороны кольца, но под влиянием акустического ветра, имеющего круговую поляризацию, своего рода вихря, часть из них приобретает конфигурацию, соответствующую рис.16 с наклоном к оси молекулы в ту или иную сторону. Этим может быть объяснено возникновение энантиоморфизма молекул воды от действия вращающегося ультразвукового поля и фактически дан ответ на вопрос, поставленный в начале настоящей работы.

Выше было показано, что электронное облако, совершая волновое движение в кристалле, вращается вокруг атомов кислорода, следовательно и коллективизированные электроны в молекуле воды после разрушения кристалла снежинки совершают вращение по кольцу молекулы (рис.10).(Мечта физиков-термоядерщиков – миниатюрный “токамак”). Но вращение заряженной частицы – электрона — по кругу приводит к появлению магнитного момента. Таким образом, молекула воды является магнитным диполем, благодаря чему проявляются её уникальные свойства, вызываемые омагничиванием.

Замерзание воды и превращение её в лёд – одно из самых загадочных твёрдых тел в мире — происходит путём упаковки её молекул в монолитную кристаллическую структуру, не похожую на ажурную структуру снежинки. В то время как строительство гексагональной решетки снежинки идет путём присоединения к растущему кристаллу молекул пара (Н₂О), играющих роль кирпичиков, образование кристалла льда происходит за счёт включения в его структуру кирпичиков в виде молекул воды (Н₁₂О₆). Вот главная причина почему из снега и льда можно получить воду, а из воды – только лёд. Что бы получить из воды снег необходимо проделать ряд специфических мероприятий и всё же качество получаемого продукта, т.н. искуственного снега, существенно отличается от естественного снега. Снег и лёд – это разные вещества, а не разные фазовые состояния одного и того же вещества.

Различные авторы, анализируя структуру льда, сравнивают её с различными аналогами. Например, Алан Холден в книге “Что такое ФТТ. Основы современной физики твёрдого тела”,(Изд. “Мир”, М, 1971) сравнивает её со структурой минерала тридемит (SiO₂): Т.Пенкаля (“Очерки кристаллохимии” Изд, “Химия”, Ленингр. отд., 1974) и М.П.Шаскольская (“Кристаллография” Изд. “Высш. школа”, М 1976) считают, что эта структура такая же как вюрцит (вюртцит) (ZnS) или кристобалит (SiO₂). Кстати, перечисленные минералы имеют идентичные структуры, очень похожие на структуру алмаза и если “не замечать” в структуре льда атомы водорода, то эта структура точно соответствует структуре алмаза. Аналогичную структуру имеют так же кремний, германий и серое олово.

Наиболее точной в настояшее время представляется структура льда, приведенная в файле www.Hex_ice. из Википедии (рис.17).

.

Рис.17. Cтруктура льда (www. Wikipedia.org.Hex_ice.GIF).

Все перечисленные структуры объединяет то, что узловые атомы у них имеют по четыре направленные связи с соседями, представляющие собой высоты правильных тетраэдров. С одной стороны структуру на рис.17 можно представить как композицию из отдельных шаров, соединенных между собой указанными связями, а с другой – как совокуность сдеформированных шестиугольников из тех же атомов, выделенную на рис. 17 прямоугольником зелёного контура. Такими шестиугольниками (рис.18а) можно заполнить трехмерное пространство, так же получив рассматриваемую структуру. Эти шестиугольники и есть “замерзшие” молекулы воды. Они отличаются от “жидких” молекул тем, что у них угол между связями не 120 0 , а 109 0 28 ! . Кроме того, “замерзая”, они пробретают особую полярность (рис.18б).

Молекулы воды при температуре от 0 0 до 100 0 С имеют полностью заполненные валентные связи и явлются электрически нейтральными. Их сообщества поддерживаются лишь за счёт весьма слабых сил Ван-дер-Ваальса. Но при охлаждении до температур меньше 0 0 С они деформируются и каким-то образом поляризуются и их связь между собой определяется силами электростатического взаимодействия, поддерживаемыми коллективизацией электронов, благодаря чему их сообщество превращается в твёрдое тело. Не вникая в причинные обстоятельства, можно предположить, что кольцо молекулы воды может поляризоваться так как показано на рис. 18б – атомы водорода у одних граней шестигранника смещаются в одну сторону, а у других – в другую. Из-за этого в отдельных областях шестигранника возникают положительные или отрицательные заряды, что обеспечивает притяжение молекул и прочность решётки. Возникающая конфигурация молекул воды является постоянной для данного типа льда (α,β ит.п.) в зависимости от температуры или давления.

Композиция из нескольких молекул в одном слое показана на рис.19. Аналогичный мотив расположения молекул наблюдается и в других направлениях пространства и возникает трёхмерная ажурная сетка из атомов, чередующихся с пустотами. Сетка в двухмерном пространстве характеризуется тем, что угол связи между атомами равен 120 0 и образуется снежинка, а в трехмерном пространстве этот угол равен 109 0 28 ! и образуется лёд.

При расплавлении льда молекулы “распрямляются”, углы между связями снова становятся равными 120 0 и кристаллическая структура льда разрушается. Не исключено, что и после таяния льда, при положительных температурах (разумеется в пределах до 100 0 С), имеет место подобная поляризация, как показано на рис.20, и молекулы стремятся приобрести некоторый порядок, однако тепловые колебания молекул препятствуют этому до тех пор, пока температура их снова не снизится до величины менее 0 0 С. Благодаря этому и проявляется эффект “талой воды”, поскольку активность молекул её выше, чем у “мятой воды” с молекулами, потерявшими поляризацию.

Примечательно, что два наиболее распросраненных в природе вещества – вода и углерод могут находиться в похожих состояниях: одно из них — жесткая структура в виде, соответственно, льда и алмаза, а другое — рыхлые вещества – снег и графит. Структура снежинки отличается от льдистой, так же как структура графита от алмазной тем, что каждый атом кислорода в снежинке и углерода в графите связан с тремя, а у льда и алмаза — с четырьмя соседними атомами, соответственно, кислорода и углерода. Такие схемы связей обуславливают коренное отличие принципа пространственного размещения атомов и свойств этих веществ.

Как видим утверждение о том, что молекула воды имеет форму кольца, подтверждается и при объяснении структуры льда, Боллее того эта концепция позволяет объяснить ряд аномальных свойств воды, не имеющих до настоящего времени убедительных, доказательных объяснений.

Как отмечалось во вводной части работы, всякий учёный, изучающий ту или иную проблему, создаёт свою модель, соответствующую его идеям относительно этой проблемы. Нет идеи — нет модели.

В этом отношении приведенная здесь модель как нельзя лучше соответствует идеи поиска вариантов объяснения механизма возникновения “правой” и “левой” воды. Более того, она позволила объяснить ряд аномальных свойств воды, например, увеличение её плотности при температуре менее 4 0 С, увеличения объёма и уменьшение плотности воды при превращении её в лёд и др., эффект “талой воды”, до сих пор, не имеющих внятного объяснения. Показано, что атомы водорода в количестве больше 2-х при атоме кислорода не прыгают, а их электронные облака распределяются таким образом, что принцип валентности соблюдается без нарушений.

В общем, как бы там ни было, а “водоведы” пока не создали приемлемой теории воды, объясняющей её структуру и свойства, за исключением температуры плавления и замерзания – идеи плавающих в воде кластеров с числом молекул до 150, льдистых структур воды – абсурдны. А схемы и объяснения процессов омагничивания воды вообще не выдерживают никакой критики.

7. Кому и зачем это нужно.