Вода – уникальный минерал здоровья

Вода занимает 75% земной поверхности, человек на 75% состоит из воды. Вода это самый распространенный в мире минерал, без него сама жизнь совершенно невозможна, вода таит множество загадок и полна парадоксов. Связь жизни и воды настолько огромна, что дала повод В. И. Вернадскому полагать, что жизнь является особой коллоидальной водной системой, так сказать особое царство природных вод. Вода обладает огромным значением в жизни человека. В организме вода играть роль среды, в которой происходят химические процессы, поддерживающие жизнедеятельность организма, также, вода сама принимает участие в разнообразных биохимических реакциях.

Генри Кавендиш (английский физик) открыл, что кислород O и водород H образуют воду. В 1785 г. французскими химиками Лавуазье и Менье было установлено, что вода содержит две весовые части водорода и шестнадцать весовых частей кислорода.

Строение молекулы воды

При нормальных условиях можно было бы полагать, что связи атома кислорода с обоими атомами водорода в молекуле Н₂O образуют у центрального атома кислорода очень тупой угол, близкий к 180°. Однако как оказалось этот угол составляет не 180°, а всего лишь 104°31'. В результате этого внутримолекулярные силы компенсируются лишь частично и их избыток проявляется вне молекулы.

В молекуле воды отрицательные и положительные заряды распределены несимметрично. В результате такое расположение зарядов создает полярность молекулы. Несмотря на то, что молекула воды нейтральна, в силу своей полярности в пространстве она ориентируется с учетом притяжения своего отрицательно заряженного полюса к положительному заряду и положительно заряженного полюса к отрицательному заряду. Внутри молекулы воды подобное разделение зарядов в сравнении с разделением зарядов у других веществ весьма велико. Это явление называют дипольным моментом. Эти свойства молекул воды имеют важное значение, например, в процессах растворения различных веществ.

Диссоциация воды

Вода состоит не только из молекул. Молекула воды способна диссоциировать (распадаться) на отрицательно заряженный гидроксильный ион ОН^- и на положительно заряженный ион водорода Н⁺. При нормальных условиях чистая вода очень слабо диссоциирована: всего лишь одна молекула из 10 млн. молекул воды диссоциирует на ион водорода и ион гидроксила. Но при увеличении температуры и изменении других условий диссоциация может существенно возрасти. Не смотря на то что вода в общем случае в химическом отношении инертна, присутствие в ней ионов H⁺ и ОН^- делает ее необычайно активной.

Структура воды

Существует несколько моделей структуры чистой воды, начиная с простейших ассоциатов, льдоподобной модели и желеподобными массами, свойственными полипептидам и полинуклеотидам – бесконечно и беспорядочно разветвленный гель с быстро возникающими и исчезающими водородными связями. Ближняя упорядоченность расположения молекул, свойственная воде, представляет собой нарушенный тепловым движением льдоподобный тетраэдрический каркас, пустоты которого частично заполнены молекулами воды. При этом молекулы воды, находящиеся в пустотах льдоподобного каркаса, имеют иную энергию, чем молекулы воды в его узлах. Для структуры воды характерно тетраэдрическое окружение ее молекул. Три соседа каждой молекулы в жидкой воде расположены в одном слое и находятся на большем от нее расстоянии (0,294 нм), чем четвертая молекула из соседнего слоя (0,276 нм). Каждая молекула воды в составе льдоподобного каркаса образует 1 зеркальносимметричную (прочную) и 3 центральносимметричных (менее прочных) связи. Первая относится к связи между молекулами воды данного слоя и соседних слоев, остальные – к связям между молекулами воды одного слоя. Поэтому четвертая часть всех связей – зеркальносимметричные, а три четверти – центральносимметричные. Представления о тетраэдрическом окружении молекул воды привели к выводу о высокой ажурности ее строения и наличии в ней пустот, размеры которых равны или превышают размеры молекул воды.

Физические свойства воды

Самое удивительное свойство воды состоит в том, что вода является единственным веществом на земле, которое при обычных температурах и давлении способно находиться в трех фазах, или трех агрегатных состояниях: твердое (лед), жидкое и газообразное (невидимый глазом газ).

Теплоемкость воды

Вода имеет исключительно высокую теплоемкость в сравнении с прочими твердыми и жидкими телами. Например, вода в водоеме, при одинаковой температуре воздуха и одинаковом получаемом ею солнечном тепле нагреется в 5 раз меньше, чем сухая песчаная почва около этого водоема, но также в пять раз вода будет дольше сохранять полученное тепло, чем почва.

Другая необычайная особенность воды – это очень высокие скрытая теплота плавления и скрытая теплота испарения. Это то, количество тепла, которое необходимо, чтобы лед превратился в жидкость и жидкость перешла пар (иными словами, количество поглощаемой или высвобождаемой теплоты). Например, чтобы 1 г льда превратился в жидкость, необходимо затратить около 80 ккал, в то время как смесь льда и воды нисколько не повысит свою температуру. Общеизвестно, что температура тающего льда постоянна и равна 0 °С. В то же время тающий лед и вода из окружающей среды должны поглощать громадное количество тепла (80 ккал/г).

Подобный скачок мы наблюдаем при превращении воды в пар. Без увеличения температуры кипящей воды, которая постоянно (при давлении 1 атм.) будет равна 100 °С, сама вода должна получить из окружающей среды почти в 7 раз больше тепла, чем при таянии льда.

Плотность воды

Неожиданное и удивительное свойство воды – это изменение ее плотности в зависимости от изменения температуры. Все вещества (кроме висмута) при повышении температуры расширяются, увеличивая свой объем и уменьшая плотность. На интервале от +4 °С и выше вода увеличивает свой объем и уменьшает плотность, как и прочие вещества, но начиная с +4 °С и ниже вплоть до 0 °С плотность воды вновь начинает уменьшаться, а объем увеличиваться, и в момент замерзания происходит скачок – объем воды возрастает на 1/11 от объема жидкой воды. Если бы у воды не было подобного свойства, лед бы не плавал, а водоемы промерзали бы зимой до дна, что было бы губительно для большинства обитателей водоемов. Впрочем, такое свойство воды порой очень неприятно для человека – замерзание воды в водопроводных трубах приводит к их прорыву.

Путь к объяснению особых свойств воды лежит в особенности структур, образуемых молекулами воды при различных агрегатных состояниях, связанных с температурами, давлениями и другими условиями, в которых находится вода. К сожалению, единство во взглядах на этот вопрос отсутствует. Большая часть современных исследователей придерживаются мнения о двухструктурной модели воды, согласно которой вода представляет собой смесь рыхлой льдоподобной и плотно упакованной структуры.

В структуре льда каждая молекула воды окружена четырьмя ближайшими к ней молекулами, находящимися от нее на одинаковом расстоянии. Молекулы воды располагаются так, что соприкасаются разноименными полюсами (положительно и отрицательно заряженными).

Таинственное расширение воды примерно на 10% при замерзании объясняется быстрой сменой плотно упакованной структуры на ажурную, рыхлую. В структуре льда из-за низкого координационного числа много пустот, которые даже больше самих молекул воды. Каждая пустота ограничена шестью молекулами воды, и в то же время вокруг каждой молекулы воды в структуре льда имеются 6 центров пустот.

При температуре около +4 °С эти пустоты заполняются «свободными» молекулами воды и плотность ее становится максимальной. При дальнейшем повышении температуры вновь постепенно возникает все более и более рыхлая ажурная структура. В результате возрастающего теплового движения молекул (с повышением температуры) структура льда постепенно «размывается», происходит ослабление водородных связей и «размывание» структуры типа тридимита усиливается, плотность воды уменьшается, а объем увеличивается.

Память воды

Ф.А. Летниковым и Т. В. Кащевой была открыта «память», или «закалка» воды. Бралась очень тщательно очищенная перегонками вода и подвергалась нагреванию до 200, 300, 400 и 500 °С при давлении 1, 88, 390 и 800 атм. Температура и давление изменяют свойства воды, это было известно давно. Но вот что удивительно – некоторые новые свойства сохраняются у воды и после снятия высоких температур и давлений, например, в 4 раза повышалась способность к растворению некоторых солей.

Уже давно замечено изменение ряда свойств воды при воздействии на нее магнитного поля. Чем сильнее последнее, тем большие изменения происходят с водой. Так, при изменениях напряженности достаточно сильного магнитного поля концентрация водородных ионов (Н+) увеличивается в 2 раза, а поверхностное натяжение воды – в 3 раза.

Магнитное поле влияет также на скорость и характер кристаллизации солей, находящихся в воде в растворенном состоянии. Магнитная обработка воды изменяет температуру кипения, степень вязкости, повышает скорости сгущения суспензий и фильтраций, изменяет магнитную восприимчивость.

Однако магнитное поле не оказывает влияния на чистую воду, т. е. воду, в растворе которой отсутствуют электролиты. При омагничивании воды происходит изменение ориентации ядерного спина (момента количества движения атомного ядра, тесно связанного с магнитным моментом) в молекуле H₂O. Магнитная вода обладает «памятью». Ее новые свойства имеют «полураспад» примерно в течение суток.

Природная вода

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 ~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 все элементы периодической системы, встречающиеся в природе, даже металлы и такие труднорастворимые соединения кремния, как стекло, кварц и т. п.
3. Все природные воды по химическому составу веществ, находящихся в растворе, удобнее всего делить на 3 класса по преобладающему в растворе аниону:
   1. хлоридные (самый распространенный класс);
   2. гидрокарбонатные;
   3. сульфатные.

Каждый класс в свою очередь делится по преобладающему катиону на четыре группы: натриевые, кальциевые, магниевые и калиевые. По преобладающему в растворе газу воды делятся также на азотные, сероводородные, метановые, углекислые, кислородные и др.

Лечение водой

Вода использовалась с лечебной целью в Древнем Египте, Греции и Риме. Водные процедуры применялись в виде морских купаний и терм (римские бани). После падения Рима под напором варваров ванны и бани были надолго забыты не только как лечебная методика, но и в качестве гигиенического средства. Водолечение возродилось в Европе в XIX веке благодаря работам Кнейпа и Присница в Германии и Шарко во Франции. Можно вскользь отметить, что в России на протяжении всего этого времени баня являлась не только способом поддержания чистоты, в банях принимали больных многочисленные цирюльники и костоправы, русская баня играла роль современной поликлиники или амбулатории.