Дарующая Жизнь. ВОДА! Самое необычное вещество на Земле.



Да. И начну я говорить о химии именно с вещества , которое можно назвать самым необычным веществом планеты Земля.

Это ВОДА!
Можно с уверенностью сказать что без воды невозможна жизнь за земле.
Я бы ее вообще назвал бы ДАРУЮЩАЯ ЖИЗНЬ!

Без воды Земля была бы безжизненной планетой.
















Комментарии (18)

Всего: 18 комментариев
  
#1 | Анатолий »» | 01.09.2013 20:58
  
1
СВЯТАЯ ВОДА (фильм "Великая тайна воды")


  
#2 | Анатолий »» | 02.09.2013 20:38
  
2
Не утверждаю, что все сказанное о воде и ее свойствах можно принять за ФАКТ. Память воды? Вполне возможно что она существует. Святая вода? Так она издавна известна и известны ее свойства.
Вот химию и физику воды, конечно мало изучили.
Мне больше всего понравился подход, который доходчиво и ясно объясняет что собой приставляет вода в Биосфере земли.
Вот уж тут ученным нечего спорить.
Но мы , несмотря на жесткую зависимость от воды, как бы не совсем четко и глубоко воспринимаем насколько мы от нее зависим.
Мы слишком привыкли к ней и как бы не обращаем внимание.

Так что не будем столь категоричны и не будем сразу ставить фильм в категорию антинаучных.
К тому же мы знаем , что все новое воспринимается многими в штыки, а уж ученный мир вообще с яростью отвергает многие новые теории, которые не подтверждены практикой, или не закреплены, как некоторые, которые ученные уже приняли.

Будем скептиками, но не упертыми ослами, которые все отрицают, что еще не принято.
  
#3 | Анатолий »» | 03.09.2013 21:35
  
2
Вода как основа жизни

«Вода стоит особняком в истории нашей планеты. Нет природного тела, которое могло бы с ней сравниться по влиянию на ход основных, самых грандиозных геологических процессов. Не только земная поверхность, но и глубокие — в масштабе биосферы — части планеты определяются, в самых существенных своих проявлениях, ее существованием и ее свойствами».

Академик В. И. Вернадский


Вода — основа жизни на нашей планете. Вряд ли кто-нибудь станет оспаривать это утверждение. Покрывая две трети поверхности Земли, вода влияет практически на все процессы, которые происходят на нашей планете. Тяжело найти такое природное тело, которое бы не содержало в себе воды. Влагу содержат даже камни и огненная магма. Растительный мир состоит из воды на 70–95%.

Вода является распространенным, простым, но в то же время самым сложным и таинственным веществом на Земле. Воде посвящено огромное количество научных работ, но до сих пор она остается недостаточно изученной. Вода считается священной основой жизни, с ней связаны важнейшие ритуалы практически всех религий.

До середины ХVIII века вода считалась неделимым веществом. И только в 1783 году французский химик Антуан Лоран Лавуазье пришел к выводу, что она имеет сложное строение: в ее состав входят водород и кислород. После этого свыше ста лет все считали, что вода — соединение, описываемое единственно возможной формулой H2O. Но в 1932 году мир облетела сенсация: кроме обычной воды, в природе существует еще и так называемая тяжелая вода. Сегодня известно, что изотопных разновидностей воды может быть 135.

Даже в наши дни ученые продолжают делать открытия. Например, сегодня доказана теория об информационной памяти воды — свойствах воды воспринимать и передавать негативную или позитивную информацию о материи, с которой она контактировала ранее.

Вода для человеческого организма — это второе по значимости вещество после кислорода. Общеизвестно, что наши тела состоят почти на две трети из воды. Неслучайно человек может жить без пищи более 4 недель, а без воды — не более 7 дней. Многие ученные считаю, что человеческая жизнь, представляет собой «борьбу за воду». Вода — индикатор старения. Тело ребенка от рождения до годовалого возраста содержит 80–85% воды. При достижении возраста 18 лет содержание воды уменьшается до 65–70%, а в старости — до 25%. Многие ученые склоняются к мысли, что в обеспечении организма качественной водой и в количестве, необходимом для нормального процесса обмена веществ, заключается секрет продления молодости.

Вода помогает функционировать почти каждой части человеческого тела:

Мозг на 75% состоит из воды. Обезвоживание может причинять головные боли и головокружение.
Регулирует температуру тела.
Кровь на 92% состоит воды.
Несет питательные вещества и кислород ко всем клеткам тела.
Вода требуется для выдоха, увлажняет кислород для дыхания.
Защищает и буферизирует жизненно важные органы.
Помогает преобразовывать пищу в энергию.
Помогает питательным веществам усваиваться органами.
Выводит отходы.
Кости на 22% состоят из воды.
Мускулы на 75% состоят из воды, в них находится около половины всей воды тела.
Пот, молоко, желудочный сок и т. п. на 99% состоят из воды.
Суточная потребность организма в воде определяется условиями внешней среды, а также характером работы. В нормальных условиях для поддержания водного баланса необходимо ежедневно употреблять 2–3 литра жидкости. Непосредственно в виде свободной жидкости (разных напитков или жидкой пищи) взрослый человек в среднем потребляет в сутки около 1–2 литра воды. Остальное составляет вода, поступающая в организм в виде твердой пищи. Даже «сухая» еда на 50–60% состоит из воды.

Потребность в воде заложена в человеке на подсознательном уровне. Сигнал об утолении жажды поступает в мозг через 15–20 минут после питья, когда организм уже успевает насытиться влагой. Уменьшение количества воды в организме всего лишь на 1,5% вызывает сильную жажду, плохое самочувствие, сонливость, замедление движений, тошноту, иногда покраснение кожи. Если в организме содержание влаги снижается на 6–10%, это чревато головной болью, одышкой, отсутствием слюноотделения, потерей способности двигаться и нарушением логического мышлении. 11–20% недостатка воды вызывают спазмы мышц, бред, притупление слуха, зрения. А при потере 25% воды наступает смерть.

В обычных условиях организм человека адаптируется к окружающим условиям, и баланс воды поддерживается как бы «сам собой». Грубо говоря, захотел пить — попил. «Сбои» в этой схеме возможны при резкой смене температуры (например, поход в баню), либо при росте физических нагрузок (скажем, занятия спортом). Кроме того, на изменение потребности организма в воде влияют температура и влажность воздуха, потребление кофе и алкогольных напитков, состояние организма (например, болезнь), для женщин таким фактором может быть кормление ребенка и т. д.

В жаркое время года очень важно соблюдать правильный питьевой режим. Утром можно выпивать несколько больше воды, чтобы создать в организме некоторый запас жидкости, а днем, в разгар жары, питье следует ограничить. Очень важно правильно поддерживать водный баланс тем, кто занимается спортом. Медики рекомендуют делать это следующим образом. За 2–3 часа до занятия спортом необходимо выпить 400–600 мл воды; во время тренировки для восполнения потерь жидкости в организме — через каждые 15–20 минут 150–350 мл воды; после тренировки — 150% от потери веса за время тренировки.

Каждые сутки население нашей планеты потребляет 7–8 млрд. тонн воды. И хотя ученые уверены, что при рациональном использовании водные ресурсы неисчерпаемы, однако возрастающие запросы человека приводят к превышению уровня естественного восстановления вод и нарушению природного равновесия.

Количество землян, удвоившееся за последние 40 лет, сейчас составляет 6,1 млрд. и может еще раз удвоиться к середине нынешнего столетия. Основной рост населения приходится на развивающиеся страны, где водные ресурсы практически истощены. Около 60% поверхности Земли составляют зоны, где отсутствует пресная вода или ощущается ее острый недостаток. Почти 500 млн. человек страдают от болезней, вызванных недостатком или неполноценностью питьевой воды.

От качества воды зависит качество нашей жизни. Хотя запасы пресной воды на Земле исчисляются миллионы кубических километров, далеко не всякая вода полезна для человека. Проблема качественной питьевой воды в мире всегда стояла особенно остро. Наиболее доступная нам сегодня водопроводная вода мало похожа на живительную влагу. И «благодарить» за это нужно ржавые трубы, архаические системы очистки и безнадежно устаревшие ГОСТы, допускающие хлорирование. В развитых странах очистка водопроводной воды уже давно производится методом ионизации, но и ее зачастую используют только для хозяйственных нужд.
  
#4 | Анатолий »» | 04.09.2013 20:17
  
1
Происхождение воды на земле

Гипотез не мало. разберем несколько из них..

Вода – космическая загадка природы

Четыре миллиарда лет назад планета Земля была такой: бескислородная атмосфера, отсутствие живых звуков. Только содрогания поверхности от ударов метеоритов. Шипящий шум извергающейся лавы и воды. Вой ветра. Лава застывает в глыбы – это горы. Вода заполняет впадины – это лед. Лед разрастается на огромные пространства – это весь Мировой океан, застывший и безжизненный. Нет шелеста деревьев, щебета птиц, нет даже бактерий и вирусов, нет жизни. Но уже есть вода – пока еще в двух своих состояниях: недолгом жидком, вперемешку с лавой и твердом – в виде льда океана.

Одна из гипотез о возникновении жизни утверждает, что все произошло от кусочка льда. Осколки метеоритов, занесенные на Землю из космоса, выбросы лавы вперемешку с водой и химические реакции на фоне мощных электрических разрядов в атмосфере той далекой безжизненной новой планеты Земля стали первоисточниками органических соединений, предвестников жизни.

Попадая в воду Мирового океана, защищенные его ледяным панцирем от ультрафиолетового излучения, молекулы органических веществ сближались и взаимодействовали. Так появились аминокислоты, основная составляющая белков в живых организмах.

После того, как на новую планету упал огромный метеорит, лед Мирового океана начал таять. Вода превратилась в привычную нам форму – жидкую. И вот в ней развивается жизнь. С тех пор прошли миллиарды лет, из аминокислот появились бактерии и вирусы, которые за миллиарды лет эволюционировали в рыб, животных и птиц, а потом – и в человека. Но все эти годы всегда была, есть и будет вода.

Но как все-таки на Земле появилась вода? Существуют две теории. Согласно первой, воду на Землю постепенно приносили кометы и астероиды, рождавшиеся в глубине Солнечной системы. А в какой-то момент на планету упало огромное космическое тело. Астероид почти полностью состоял из льда с примесью органических включений. Упал он в район, где ныне располагается Тихий океан. Там эта глыба медленно таяла, вода же растекалась по поверхности Земли, заполняя всяческие впадины, и двигалась вглубь планеты. Есть версия, что процесс этот продолжается до сих пор и вызывает цунами, землятрясения и прочие опасные природные явления.

Однако в этой теории далеко не все гладко. Кометы намного богаче дейтерием – стабильным и тяжёлым изотопом водорода, чем земные океаны. Астероиды должны были принести с собой больше платины и других редких элементов, нежели хранят недра Земли. Значит, основная часть воды все же имеет земное происхождение. Так родилась вторая гипотеза происхождения воды на Земле. Точнее, происхождения воды и Земли вместе – из гигантского газопылевого космического облака. Однако эта гипотеза распадается на два подхода.

Одни ученые полагают, что пылевое облако, породившее планету было невероятно холодным и содержало в себе воду в виде ледяной пыли. Другие – что это облако было необычайно горячим, но вода в нем все равно содержалась в большом количестве и не испарялась, как мы привыкли думать, а удерживалась частичками пыли при температуре до 630 ˚C. Недавно ученые доказали, что это возможно. Сторонники разных подходов соглашаются на том, что из этой пыли и появилась жидкая вода.

Вода в трех агрегатных состояниях существует не только на планете Земля. Не так давно астрономы открыли планету, на поверхности которой может быть жидкая вода. Она, вероятно, на 30% больше Земли и вращается вокруг относительно маленькой звезды Gliese 581. Находится сестра Земли на расстоянии двадцати световых лет от нас. Все параметры очень схожи с земными: температура, гравитация и наличие воды. Химический состав планеты пока исследуется, если окажется, что кислород и углекислый газ есть, то, вероятно, она обитаема.

Источник: http://www.da-voda.com

В сентябре с помощью исследований сразу трех космических аппаратов было подтверждено наличие воды на Луне.

  
#5 | Анатолий »» | 05.09.2013 20:13
  
1
Обе теории не выдерживают критики.
Воды мирового океана имеют огромную массу.
Если бы такой метеорит (с содержанием льда) упал бы на землю, то был бы громадный взрыв и скорее всего планета была бы уничтожена.
Серия метеоритов возможна, но в таком случае почему подобные метеориты не продолжают падать на Землю? (я имею ввиду ледяные метеориты) И так же почему они не падали на другие планеты солнечной системы? Почему такая избранная бомбардировка?
Так же не понятно откуда лед в метеоритах, да еще в таком количестве.
Нет, это все сильно притянуто за уши и попытка выдать желаемое за действительность.
Вода должна была образоваться естественным образом.
Для прояснения этого конкретного вопроса надо бы сперва изучить и понять вообще образование звезд и планет, которые вращаются вокруг этих звезд.

Все компоненты для образования воды должны быть во Вселенной
Но тогда возникает и другой вопрос, отчего на других планетах солнечной системы воды нет, или она есть но в малых количествах?
Планета Земля довольно сильно отличается от других планет солнечной системы. И прежде всего наличием большого количества воды в любом их трех ее состояниях (и в виде льда и в виде пара и в виде жидкости.)
  
#6 | Анатолий »» | 07.09.2013 20:08
  
0
Происхождение воды на земле.

На такую тему как, каким образом появилась на нашей планете вода ученые всего мира давно спорят, многие специалисты считают, что происхождение воды на земле произошло, примерно, 4 – 3,6 млрд лет тому назад, на активном этапе планетного формирования, когда она постоянно атаковалась тысячами малых и больших комет и астероидов.


По мнению учёных, некоторые из подобных астероидов были довольно больших размеров и в себе имели большие запасы воды в парообразном состоянии, льда или жидкости. Сегодня же возникла и новая теория. Специалисты из Японии предполагают, что происхождение воды на земле с занесением из космоса не связано. Так, геологи из японского института технологий говорят, что на начальном этапе формирования планеты в Земельной структуре были целые пласты, которые состояли из водорода, они с кислородом, который присутствовал в земной мантии, вступали в химические реакции, в результате этого на планете появилась вода в огромных количествах. Геологи предположили, что сразу после сформирования планеты, она стала крайне сухой и горячей. Теоретически, около 3,8 млрд лет назад миллионы астероидов и комет, которые богаты водой, массировано атаковали Землю, это является объяснением почему появились океаны уже после окончания формирования планеты.

Каково же происхождение воды на земле? Исследования показали, что в структуре природной естественной воды содержится великое множество дейтерия, другое название элемента “тяжелый водород”. Дейтерий возникает, когда протекают с водородом реакции, в результате этого небольшой процент водородных атомов получает к себе дополнительный электрон и таким образом становится дейтерием. Как считают ученые, такой фактор свидетельствует о земном происхождении воды. Ученые из Японии предположили, что у ранней Земли была плотная водородная атмосфера, которая в структуре планеты взаимодействовала совместно с кислородом, в результате этого и была образована вода. Идею, что планета имела толстую водородную атмосферу, специалисты построили на базе анализа Земляной орбиты. Сегодня орбита Земли, как и Венеры с Марсом, довольно округлая, но раньше орбита была вытянутой, так как Солнечное притяжение не так сильно действовало на вновь образованные планеты в Солнечной системе. Более того, специалисты считают, что некоторая часть дейтерия образовалась как результат реакций с некоторыми космическими элементами в слоях атмосферы.

Источник: http://sitewater.ru
  
#7 | Анатолий »» | 08.09.2013 18:43
  
0
Происхождение воды на Земле. - Другая гипотеза.

Геологическими исследованиями определен возраст Земли в пределах 3—6 млрд. лет. Существует несколько гипотез происхождения воды на Земле.

Гипотеза советского академика А. П. Виноградова исходит из того, что первоисточником воды на Земле являются глубинные воды, образующиеся за счет дифференциации вещества внутри планеты, выделения и миграции из глубин легкоплавких и легколетучих компонентов, содержащих в своем составе молекулы Н20. Современное изучение состава магмы, извергаемой вулканами из глубин, подтверждает, что последняя действительно содержит от 5 до 12 % воды.

По данным А. П. Виноградова, объем воды мантии Земли составляет 20 млрд. км3, или в 15 раз больше общего объема гидросферы. Если учесть, что наша планета первоначально представляла собой газообразное и жидкое тело, то указанного количества воды было достаточно для образования водной оболочки Земли.

За счет определенных термодинамических условий и физико-химических процессов происходило образование молекул воды, которая, пробиваясь на поверхность, формировалась в Мировой океан. Испаряясь с поверхности океана, вода в виде облаков попадала в атмосферу, а затем, конденсируясь, выпадала в виде осадков на поверхность Земли, образуя таким образом общий круговорот. Так, по мнению ученых, формировалась земная гидросфера.

По мнению некоторых ученых, ежегодный прирост объема гидросферы за счет выноса воды из мантии Земли составляет около 1 км3. Об этом свидетельствует систематический подъем уровня воды в океане.

В определенной мере это может быть связано также с таянием ледников в результате потепления климата.

Но более вероятным источником дополнительных ресурсов земной гидросферы является поступление воды из глубинных недр Земли.

Таким образом, можно считать, что происхождение воды на Земле неразрывно связано с образованием самой планеты и вода является неотъемлемым компонентом, обеспечивающим ее существование в современном виде.

Источник: http://watersite.ru
  
#8 | Анатолий »» | 09.09.2013 21:55
  
0
Вот вам еще одна гипотеза возникновения воды на Земле.
Правда тоже притянутая за уши )))

Несомненно, что история воды очень тесно и неразрывно связана с историей нашей планеты Земля. Объяснения их происхождения мы находим, в легендах и мифах древних народов. Фантастическое и наивное представление о возникновении морей и океанов. Первичность воды в мироздании встречаются как в религиозных легендах, так и в попытках осмыслить происходящее в окружающем их мире, античными философами. История воды может трактоваться по-разному исходя из источников. Так в Библии говориться:

“Земля была безвидна и пуста, и тьма над бездной, и Дух Божий носился над водой”.

То есть, не было ничего, даже солнечного света, не было жизни, а вода тогда уже была. Вода – первоисточник жизни, история воды уходит в глубокую древность. Можно развить эту мысль, и тогда получится, что все, что нас окружает, и мы сами произошли из воды.

Гипотеза ”горячего” образования Земли.
Современная наука выдвигает несколько теорий пытающихся, каждая по своему, объяснить происхождение водной оболочки нашей планеты . По гипотезе «горячей» теории - происхождение Мирового океана связано с большой конденсацией водяных паров, первоначально содержащихся в земной атмосфере.

«Хаос, темнота, разрываемая блеском гигантских молний, раскаты грома, потоки ливня, со страшным шипением превращающиеся в пар при падении на раскаленную землю»

Именно так, выглядела наша Земля, по одной из гипотез, в тот период времени, когда образование земной коры, завершилось. Поверхность Земли стала быстро охлаждаться, тепловая энергия, которая поступала из недр земли, не могла компенсировать тепловую потерю, излучаемую планетой в пространство.

В виде смеси газов — кислорода, водорода, метана, парил над планетой будущий Мировой океан. И хотя большая часть водорода, улетучилась в космическое пространство, оставшаяся часть, вступив с кислородом в реакцию первичной атмосферы, образовала оболочку водяного пара.

История появления воды на планете.
Охлаждаясь, земная кора, рождала все больше пара. И вскоре, юная планета, оказалась вся окутанной облачным покровом, мчавшаяся в космическом пространстве со скоростью 30 км/сек.

Когда на поверхности земной коры создалась благоприятная температура, начала конденсироваться влага, насытившая первичную атмосферу, и на Землю обрушились дожди. Проливаясь на поверхность Земли, вода заполнила впадины и котловины рельефа. Образовались первичные океаны. Под воздействием ветра и воды начались процессы эрозии и размыва, вместе с геологическими смещениями земной коры, это постоянно и очень сильно меняло рельеф и облик планеты. Дно старых морей и океанов, поднималось, превращаясь в сушу, а на месте суши образовывались новые моря.
  
#9 | Анатолий »» | 10.09.2013 19:33
  
0
А вообще существует 6 основных гипотез возникновения воды на Земле.

Шесть гипотез на тему: "Как появилась вода на Земле?"

Первая гипотеза исходит из «горячего» происхождения Земли. Считается, что некогда Земля была расплавленным огненным шаром, который, излучая тепло в пространство, постепенно остывал. Появилась первородная кора, возникли химические соединения элементов и среди них соединение водорода с кислородом, или, проще говоря, вода.

Пространство вокруг Земли все более заполнялось газами, которые непрерывно извергались из трещин остывающей коры. По мере охлаждения пары образовывали облачный покров, плотно окутавший нашу планету. Когда температура в газовой оболочке упала настолько, что влага, содержащаяся в облаках, превратилась в воду, пролились первые дожди. Тысячелетие за тысячелетием низвергались дожди. Они-то и стали тем источником воды, которая постепенно заполнила океанические впадины и образовала Мировой океан.


Вторая гипотеза исходит из «холодного» происхождения Земли с ее последующим разогревом. Разогрев стал причиной вулканической деятельности. Извергаемая вулканами лава выносила на поверхность планеты пары воды. Часть паров, конденсируясь, заполняла океанические впадины, а часть образовала атмосферу. Как теперь подтверждено, главной ареной вулканической деятельности на первых стадиях эволюции Земли действительно являлось дно современных океанов.

Согласно этой гипотезе вода содержалась уже в той первичной материи, из которой сложилась наша Земля. Подтверждением такой возможности является наличие воды в падающих на Землю метеоритах. В «небесных камнях» ее до 0,5 %. На первый взгляд мизерное количество.
Теперь прикинем: Земля весит 6-1021 т. Если она образовалась из подобных метеоритов, то в ней сейчас должно находиться примерно 30-1018 т воды! Тогда общее количество воды на Земле [(13—15)109 т.] по крайней мере в 200 раз меньше истинного. Получается, что наша старушка-Земля от самого центра до поверхности, как губка, пропитана водой.


Третья гипотеза также исходит из «холодного» происхождения Земли с последующим ее разогревом.

На какой-то стадии разогрева в мантии Земли на глубинах 50— 70 км из ионов водорода и кислорода начал возникать водяной пар. Однако высокая температура мантии не позволяла ему вступать в химические соединения с веществом мантии.

Под действием гигантского давления пар выжимался в верхние слои мантии, а затем и в кору Земли. В коре более низкие температуры стимулировали химические реакции между минералами и водой, в результате разрыхления пород, образовались трещины и пустоты, которые немедленно заполнялись свободной водой. Под действием давления воды трещины раздавались, превращались в разломы, и вода через них устремлялась на поверхность. Так возникли первичные океаны.

Однако деятельность воды в коре Земли этим не исчерпывалась. Горячая вода довольно легко растворяла в себе кислоты и щелочи. Эта «адская смесь» разъедала все и вся вокруг, превращаясь в своеобразный рассол, который и придал морской воде присущую ей и поныне соленость.

Тысячелетия сменяли друг друга. Рассол вширь и вглубь неумолимо расползался под гранитными основаниями континентов. Проникнуть же в собственно гранит ему дано не было. Пористая структура гранита, подобно тонкому фильтру, задерживала взвеси. «Фильтр» засорялся, а засорившись, начинал играть роль экрана, преграждавшего путь воде.

Если все это имело место, то под материками на глубине 12— 20 км расстилаются океаны сжатой и насыщенной растворенными солями и металлами воды. Вполне возможно, что такие океаны раскинулись и под многокилометровой толщей базальтового дна наземных океанов.

В пользу приведенной гипотезы свидетельствует резкое возрастание скорости сейсмических волн на глубине 15—20 км, т. е. как раз там, где должна пролегать граница предполагаемого раздела между гранитом и поверхностью рассола, граница резкого изменения физико-химических свойств вещества.

Приведенную гипотезу подтверждает и так называемый дрейф материков. Гранитные громады материков перемещаются. Они «плывут», хотя скорость их движения составляет всего несколько сантиметров в столетие. Отчего же не предположить, что океаны рассолов выполняют роль своеобразной пленки под «днищами» материков, подобно пленке масла в подшипнике между цапфой и валом.

Если рассолы существуют, то в будущем человечество наверняка использует их как богатейшую жидкую руду, в которой растворены ценнейшие элементы и их соединения.


Четвертая гипотеза принадлежит английскому астрофизику Хойлу и опубликована сравнительно недавно, в 1972 г. Она представляет собой следствие из гипотезы происхождения Солнечной системы. Суть ее такова: конденсация протопланетного облака, окружавшего наше прото-Солнце, протекала неравнозначно на разных расстояниях от Солнца. Чем дальше от него, тем температура облака была ниже. Ближе к Солнцу могли конденсироваться, скажем, металлы как вещества более тугоплавкие. А там, где проходят орбиты Урана, Нептуна и Плутона, по расчетам Хойла, температура составляла примерно 350 К, что уже достаточно для конденсации паров воды. Именно этим обстоятельством можно объяснить «водную» природу Урана, Нептуна и Плутона, образовавшихся в процессе слияния частиц льда и снега. «Водную» природу указанных планет подтверждают новейшие астрономические наблюдения.

Однако в процессе формирования внешних планет имело место гравитационное «выталкивание» глыб льда в область внутренних планет. Те из глыб, которые обладали достаточными размерами, не успев полностью испариться от солнечных лучей, достигали Земли и падали на нее в виде своеобразного ледяного «дождя». Очевидно, такие «дожди» были более обильными на Марсе и весьма скудными на Венере.

Расчеты, выполненные Хойлом, подтверждают возможность образования земных океанов из ледяных дождей, для чего потребовалось всего несколько миллионов лет.



Пятая гипотеза, как и четвертая, предполагает чисто космическое происхождение воды, но из других источников. Дело в том что на Землю из глубин космоса непрерывно низвергается ливень электрически заряженных частиц. И среди этих частиц изрядную долю составляют протоны — ядра атомов водорода. Пронизывая верхние слои атмосферы, протоны захватывают электроны и превращаются в атомы водорода, которые тут же вступают в реакцию соединения с кислородом атмосферы. Образуются молекулы воды. Расчет показал, что космический источник такого рода способен дать почти 1,5 т воды в год, и эта вода в виде осадков достигает земной поверхности.

Полторы тонны... По глобальным меркам — ничтожное количество. Но следует иметь в виду, что образование такой космической воды началось одновременно с возникновением планеты, т. е. 5—7 млрд. лет назад. Да и во все ли эпохи Земля получала из космоса только 1,5 т воды в год? Не случалось ли в доисторические времена подлинных потопов от космических водяных ливней? Не заливала ли тогда вода нашу планету по самые вершины первозданных горных хребтов, а уж позднее частично ушла в недра Земли, и на поверхности остались лишь знакомые нам океаны.




Шестая гипотеза нам кажется наиболее интересной. Она опирается на очень спорные, но смелые и оригинальные идеи.

Взгляните на географическую карту. Нельзя не заметить удивительного подобия береговых линий Американских континентов с береговыми линиями Африканского и Евразийского континентов. Таким подобием обладают края разорванного листа бумаги.

Как установлено учеными, примерно 250 млн. лет назад на Земле был единый континент. Затем, неизвестно по каким причинам, он треснул, и части его начали расползаться, «уплывать» друг от друга.

Доказательствами существования некогда единого материка является не только подобие береговых линий, но также сходство флоры и фауны, сходство геологических структур побережий. Короче говоря, ныне мало кто сомневается в единстве континентов Земли в прошлом. Недоумение вызывает другое: как могут, подобно гигантским «айсбергам», уплывать друг от друга глыбы материков, если их корни уходят вглубь на десятки километров? И что приводит их в движение?

Исследования последних лет подтвердили: да, материки «плывут», расстояние между ними непрерывно увеличивается. Передвижение материков блестяще объясняет гипотеза расширяющейся Земли. Гипотеза утверждает: первоначально Земля имела радиус вдвое меньший, чем сейчас. Материки, слитые тогда воедино, опоясывали планету. Океанов не существовало. И вот на границе протерозоя и мезозоя (250—300 млн. лет назад) Земля начала расширяться. Единый материк дал трещины, которые, наполнившись водой, превратились в океаны. И с тех пор по наше время радиус Земли увеличился вдвое!

Изобретение атомных часов позволило с абсолютной точностью определить долготу и широту земных объектов по звездному небу. Измерения показали, что наша планета... продолжает расширяться! Расширяется, например, Европа. Москва и Ленинград «плывут» на восток со скоростью 1 см в год. А Гамбург, расположенный в центре Европы, остается на месте.

Скорость расширения европейского континента огромна. Ведь за каких-нибудь 20 млн. лет (ничтожнейший срок для геологической эпохи) в результате такого перемещения может образоваться чаша будущего океана шириной в 4000 км.

Однако до сих пор у сторонников гипотезы расширяющейся Земли не было доводов, с помощью которых они могли бы объяснить, почему Земля расширяется. Теперь такие доводы есть.

Напомним прежде всего (и мы к этому еще вернемся), что Вселенная на 98 % состоит из водорода, т. е. из элемента, рождающего воду. На 98 % из водорода состоит и наша Земля. Он пришел к нам вместе с теми частицами холодной космической пыли, из которой образовались все планеты Солнечной системы. А среди этих частиц находились и атомы металлов.

Вот тут-то мы и сталкиваемся с интереснейшим явлением. Оказывается, металлы способны поглощать огромное количество водорода — десятки, сотни и даже тысячи объемов на один свой объем. Далее: чем больше водорода поглощает (или присоединяет) металл, тем плотнее он становится, т. е. все более уменьшается в объеме. Да, мы не оговорились — уменьшается. Так, щелочные металлы, присоединяя водород, уменьшаются в объеме в 1,5 раза уже при атмосферном давлении. Что же касается других металлов (например, железа и никеля, из которых, по мнению ученых, сложено ядро Земли), то при нормальном атмосферном давлении (105 Па) уменьшение объема у них весьма незначительно.

Однако по мере уплотнения пылевого облака происходило его гравитационное сжатие, и давление внутри прото-Земли возрастало. Соответственно росла и степень поглощения водорода металлами группы железа. Сжатие порождало антипод давления — разогрев. А так как наибольшему сжатию подвергались центральные области образовавшейся планеты, то там стремительнее росла и температура.

И вот на какой-то стадии разогрева, когда температура в ядре Земли достигла определенного критического значения (переход количественного роста в новое качественное состояние!), начался обратный процесс — выделение водорода из металлов.

Распад металловодородистых соединений, т. е. восстановление металлических структур, вызвал резкое увеличение объема вещества ядра Земли. Расширение металлического ядра проявилось с такой силой, что мантия и кора планеты, не выдержав, дали трещины.

Таким образом, дегазация водорода сопровождалась расширением Земли. Между тем водород, пронизывая огромную толщу планеты, захватывал по пути атомы кислорода, и на поверхность ее вырывались уже пары воды. Конденсируясь, вода заполняла разломы в коре. Постепенно образовались океаны.

Итак, шесть гипотез происхождения земной воды. Со временем выяснится, в какой из них истина. Возможно, окажутся верными все шесть, в какой-то степени каждая. Пока же вопрос «Откуда взялась вода на Земле?» остается открытым.


Источник: http://elkin52.narod.ru
  
#10 | Анатолий »» | 10.09.2013 19:50
  
0
Вообще читая шестую теорию можно только улыбнуться.
Сперва говориться ( если заметили ) что был единый континент и океана не было.
При расширении континенты разошлись.
а откуда вода?
До этого говорится что сходство флоры и фауны поразительна похожа на континентах (одно из доказательств что был единый континент)
Здравствуйте, я ваша тетя из Бобруйска! У нас виноград размером с дыню!
Прежде были заселены воды мирового океана и только потом жизнь вышла на сушу.
Так что этот единый континент УЖЕ должен был находиться в водах океана.
Следовательно ДО расширения Мировой океан должен был существовать.

И зачем такие сложности с с металлами, когда достаточно кислорода и водорода, чтобы происходила реакция соединения Водорода с Кислородом.?

+++

Наиболее стабильные кислородные соединения водорода — это вода и перекись водорода. Хотя вода в больших количествах содержится в природе, ее синтез представляет большой научный интерес.

Особенно важной является реакция синтеза Н20 при горении водорода на воздухе или в кислороде. Этот процесс можно осуществить по-разному — в спокойном режиме и путем взрыва кислород-водородной смеси.

Горение водорода

Спокойное горение Н2 на воздухе можно продемонстрировать, если поджечь горящей лучиной водород, находящийся в опрокинутом цилиндре, закрытом снизу стеклянной пластинкой. Водород вспыхивает и спокойно горит бесцветным пламенем.

Однако если кислород и водород в определенной пропорции предварительно смешать, то их взаимодействие происходит со взрывом.

Поднесем предварительно приготовленную смесь Н2 и 02 (з толстостенной банке) к пламени горелки. Оглушительный взрыв знаменует образование воды из кислород-водородной смеси:


Отметим, что взрывают кислород-водородные смеси не любого состава. Водорода должно быть по объему не меньше, чем 4%, но не больше, чем 95%. Примерно те же соотношения справедливы и для смесей водорода с воздухом. Этот вывод подтверждает следующий простой опыт. Заполним водородом (например, с помощью газоотводной трубки из аппарата Киппа) обычную консервную банку с отрезанным дном, таким образом, чтобы водород вытеснил из банки весь воздух и начал снизу выходить в атмосферу. Прекратим подачу водорода и подожжем его у отверстия, которое пробито в верхней части банки. В процессе горения водород постепенно вытесняется из банки воздухом, поскольку водород — более легкий газ, и к тому же он постепенно выгорает. Пламя водорода вызывает вибрацию банки и создает особое звучание. Когда в банке накапливается такое количество воздуха, которое отвечает составу «гремучего газа», пламя горящего водорода распространяется па всю смесь, раздастся оглушительный взрыв.

О взрывоопасности кислород водородных смесей всегда нужно помнить. Например, при получении водорода взаимодействием Zn и H2SO4 в аппарате Клипа необходимо перед использованием Н2 (особенно перед его поджиганием) проверить водород на чистоту. Если при поднесении пробирки с водородом к горелке происходит вспышка с легким хлопком, водород чист. Лающий, свистящий звук при сгорании Н2 означает, что к нему примешан воздух, значит, водород поджигать еще нельзя.



Подожжем проверенный на чистоту водород у выходного отверстия газоотводной трубки, помещенной под перевернутой стеклянной воронкой. Создадим тягу (водоструйный насос), чтобы образующиеся при сгорании водорода пары проходили через охлаждаемую. U-образную трубку, соединенную с воронкой. Пары воды конденсируются в U-образной трубке, вскоре в ней собирается некоторое количество «синтетической» воды.

Механизм взаимодействия Н2 и 02 сложен. Это проявляется, в частности, в том, что скорость этой реакции сильно (и по сложному закону) зависит от температуры. Если хранить Н2 и 02 (смесь) при комнатной температуре, то, как показывают расчеты, понадобятся миллиарды лет, чтобы реакция синтеза Н20 завершилась. При 180°С скорость реакции становится уже заметной, и аналитическими методами можно обнаружить образование воды. При 300°С реакция завершается за несколько суток, а при 580°С — за несколько часов. При 600°С (температура так называемого красного каления) реакция идет быстро, но без взрыва, а при 700°С — почти моментально, со взрывом. Установлено, что это связано с ее цепным характером (см. подробнее в гл. 11.11):


Диссоциация молекул Н2 с образованием «активных» атомов-радикалов Н' происходит (I) под влиянием нагревания или другого энергетического воздействия (радикалы Н* содержат неспаренный электрон и обозначены точкой). Активные атомы водорода, взаимодействуя (2) с молекулярным кислородом, образуют электронейтральный радикал гидроксила (ОН') и возбужденный атом кислорода (О'). Далее идет самая важная реакция (3) — радикал гидроксила, реагируя с невозбужденной молекулой водорода, образует воду и активный (возбужденный) атом водорода Н'. С другой стороны, кислородный атом, получившийся по реакции (2), соединяясь с молекулярным водородом, дает не воду, а опять-таки радикал гидроксила и возбужденный атом водорода (4). Таким образом, «цепь» продолжается. При 1Т0М вода образуется при взаимодействии нейтрального гидроксила с молекулярным водородом, а не при непосредственном столкновении Н2 и 02.

Упомянутые выше промежуточные продукты реакций Н2 и 02 были обнаружены путем исследования пламени водорода, горящего в атмосфере кислорода. Молекулярная и атомарная формы кислорода и водорода, а также нейтральный гидроксил имеют свой особый спектр, по которому их можно отличить друг от друга. Именно такого рода изучение спектра пламени водорода, проведенное в нашей стране академиком Кондратьевым и другими учеными, позволило расшифровать механизм синтеза Н2О. Цепной характер этой реакции определяется тем, что появление каждого нейтрального атома водорода (при диссоциации молекулы Н2) приводит к образованию не одной, а многих молекул Н20. Практически это более чем 200 тыс. молекул воды; один активный атом вызывает цепь превращений, при которых появляется дополнительно большое число таких же активных атомов и в результате стремительно развивается синтез конечного продукта.

Пламя, образующееся при горении водорода в атмосфере кислорода, чрезвычайно интересно как объект теоретических исследований, но и в практическом отношении водород-кислородное пламя имеет большое значение как источник высоких температур. В частности, очень эффективно используется пламя водорода в горелке «на атомном водороде», сконструированной Лэнгмюром. В этой горелке трубка, по которой подается водород, заканчивается плоским наконечником со множеством круглых отверстий. Выходя через отверстия, водород образует своеобразный колос. Непосредственно перед выходом водорода из трубки помещены два тугоплавких стержня из вольфрама, между которыми создают вольтову дугу. Она «полыхает» внутри пламени водорода, и под воздействием высокой температуры (>3500°С) около 30% молекул Н2 диссоциирует на атомы, при этом происходит поглощение энергии, равной теплоте образования молекулы Н2 из атомов (см. выше). Если дать возможность атомам Н° снова соединиться в молекулу Н2, естественно выделится 104 ккал/моль (происходит рекомбинация). В горелке Лэнгмюра энергия рекомбинации атомарного водорода резко увеличивает температуру пламени водорода и может быть достигнута температура до 5000°С.

Именно этот принцип используется в современных горелках для получения плазмы: плазмобаллоны, плазменные горелки на Н2 и 02 позволяют получить температуру до 10 000°С.



Взаимодействие Н2 и 02 может инициироваться не только нагреванием, но также и введением катализаторов, в особенности тонко раздробленной платины. В этом можно убедиться, если поднести к трубке, по которой выходит ток водорода, платинированный асбест. Асбест самораскаливается в токе водорода, и последний вспыхивает. Если потушить пламя водорода и вновь поднести асбест к выходному отверстию, снова произойдет вспышка водорода. На способности платины вызывать загорание водорода основано действие так называемого огнива Деберейнера. Профессор Венского университета Деберейнер в середине XIX в. одним из первых пытался классифицировать химические элементы; известен как создатель «триад Деберейнера».

Источник: http://chemistryanalysis.info
  
#11 | Анатолий »» | 10.09.2013 20:19
  
0

Молекула воды является так называемой полярной молекулой, потому что ее положительный и отрицательный заряды не распределены равномерно вокруг какого-то центра, а размещены асимметрично, образуя положительный и отрицательный полюсы. Рисунок показывает в чрезвычайно упрощенном виде, как присоединены два атома водорода к одному атому кислорода, образуя молекулу воды.

Угол отмеченный на рисунке и расстояние между атомами зависит от агрегатного состояния воды (подразумеваются равновесные параметры, т.к. имеют место постоянные колебания). Так в парообразном состоянии угол равен 104° 40', расстояние O-H - 0,096 нм; во льду угол - 109° 30', расстояние O-H - 0,099 нм . Различие параметром молекулы в парообразном (свободном) состоянии и во льду вызвано влиянием соседних молекул. Также влиянию подвержены и молекулы в жидкой фазе, в которой помимо влияния соседних молекул воды существует сильное влияние растворенных ионов других веществ.


История определения состава молекулы воды
Начиная с истоков химии учёные в продолжение довольно большого периода времени считали воду простым веществом, так как она не могла быть разложена в результате тех реакций, которые были известны в то время. Кроме того, постоянство свойств воды как бы подтверждало это положение.
Весной 1783 г., Канендиш в своей кембриджской лаборатории работал с недавно открытым "жизненным воздухом" - так в то время называли кислород, и "горючим воздухом" (так называли водород). Он смешивал один объем "жизненного воздуха" с двумя объемами "горючего воздуха" и пропускал через смесь электрический разряд. Смесь вспыхивала, и стенки колбы покрывались капельками жидкости. Исследуя жидкость, ученый пришел к выводу, что это чистая вода. Ранее подобное явление описал французский химик Пьер Макер: он ввел в пламя "горючего воздуха" фарфоровое блюдце, на котором образовались капельки жидкости. Каково же было удивление Макера, когда он исследовал образовавшуюся жидкость, и обнаружил что это вода. Получался какой-то парадокс: вода, гасящая огонь, сама образуется при горении. Как мы теперь понимаем, происходил синтез воды из кислорода и водорода:

H2 + O2 → 2H2O + 136,74 ккал.

В обычных условиях эта реакция не идет, и чтобы водород стал активен, нужно повысить температуру смеси например с помощью электрической искры, как в опытах Кавендиша. Генри Кавендиш располагал достаточными данными, чтобы установить, в каких пропорциях входит кислород и водород в состав воды. Но он этого не сделал. Возможно, ему помешала глубокая вера в теорию флогистона, в рамках которой он пытался интерпретировать свои эксперименты.

Весть об опытах Кавендиша достигла Парижа в июне того же года. Лавуазье сразу же повторил эти опыты, затем провел целую серию подобных экспериментов и через несколько месяцев 12 ноября 1783 г. в день святого Мартина доложил результаты исследований на традиционном собрании Французской академии наук. Любопытно название его доклада, характерное для всей той несуетливой педантичной эпохи великих открытий естествознания: "О природе воды и экспериментах, по-видимому, подтверждающих, что это вещество не является, строго говоря, элементом, а может быть разложено и образовано вновь". Доклад был встречен горячими возражениями - данные Лавуазье явно противоречили уважаемой и популярной в то время теории флогистона. Он сделал правильный вывод, что вода образуется при соединении "горючего газа" с кислородом и содержит (по массе) 15% первого и 85% второго (современные данные - 11,19% и 88,81%).

Через два года Лавуазье вновь вернулся к опытам с водой. Академия наук поставила перед Лавуазье практическую задачу - найти дешевый способ получения водорода как самого легкого газа для нужд нарождающегося воздухоплавания. Лавуазье привлек к работе военного инженера, математика и химика Жана Мёнье. В качестве исходного вещества они выбрали воду - вряд ли можно было отыскать сырье дешевле. Зная, что вода - это соединение водорода с кислородом, они пытались найти способ отнять от нее кислород. Для этой цели годились различные восстановители, наиболее же доступным было металлическое железо. Из реторты-кипятильника водяные пары поступали в раскаленный докрасна на жаровне ружейный ствол с железными опилками. При температуре красного каления (800 °С) железо вступает в реакцию с водяным паром, и выделяется водород:

3Fe + 4H2O → Fe3O4 + 4H2↑

Образовавшийся при этом водород собирался, а не прореагировавшие водяные пары конденсировались в холодильнике и отделялись в виде конденсата от водорода. Из каждых 100 гран воды получалось 15 гран водорода и 85 гран кислорода (1гран = 62,2мг). Эта работа имела и важное теоретическое значение. Она подтвердила ранее сделанные выводы (из опыта по сжиганию водорода в кислороде под колоколом), что вода содержит 15% водорода и 85% кислорода (современные данные - 11,19% и 88,81%).

Исходя из того, что "горючий воздух" участвует в образовании воды, французский химик Гитон де Морво в 1787 г. предложил назвать его hydrogene (от слов гидро- вода и геннао-рождаю). Русское слово "водород", т.е. "рождающий воду", является точным переводом латинского названия.

Жозеф Луи Гей-Люссак и Александр Гумбольдт, проведя совместные опыты в 1805 году, впервые установили, что для образования воды необходимы два объема водорода и один объем кислорода. Подобные мысли были высказаны и итальянским ученым Амедео Авогадро. В 1842 г. Жан Батист Дюма установил весовое соотношение водород и кислорода в воде как 2:16.

Однако в силу того что с атомными массами элементов в первой половине XIX века было много неразберихи и эта обстановка еще больше осложнилась в связи с введением понятия "эквивалентный вес", то долгое время формула воды записывалась в самых различных вариантах: то как HO, то как H2O и даже H2O2. Об этом писал Д.И. Менделеев: "В 50-х годах одни принимали O=8, другие O=16, если H=1. Вода для первых была HO, перекись водорода HO2, для вторых, как ныне, вода H2O, перекись водорода H2O2 или HO. Смута, сбивчивость господствовали...".

После Международного конгресса химиков в Карлсруэ, состоявшегося в 1860 году, удалось внести ясность в некоторые вопросы, сыгравшие заметную роль в дальнейшем развитии атомно-молекулярной теории, а следовательно, и в правильном толковании атомарного состава воды. Была установлена единая химическая символика.

Экспериментальные исследования, выполненные в XIX веке весовыми и объемными методами, в конце концов убедительно показали, что вода как химическое соединение может быть выражена формулой H2O.

Как уже известно, молекула воды довольно "однобока" - оба атома водорода примыкают к кислороду с одной стороны. Интересно, что эта чрезвычайно важная особенность молекулы воды была установлена чисто умозрительно задолго до эпохи спектроскопических исследований английским профессором Д. Берналом. Он исходил из того, что вода обладает весьма сильным электрическим моментом (в то время, в 1932 г., это было известно). Проще всего, конечно, молекулу воды "сконструировать", расположив все входящие в нее атомы по прямой линия, т.е. H-O-H. "Однако, - пишет Бернал, - водяная молекула подобным образом построена быть не может, ибо при такой структуре молекула, содержащая два положительных атома водорода и отрицательный атом кислорода, была бы электрически нейтральной, не обладала бы определенной направленностью… электрический момент может быть только, если оба атома водорода примыкают к кислороду с одной и той же стороны".
  
#12 | Анатолий »» | 10.09.2013 20:31
  
0
То что водорода в протопланете Земля было достаточно это понятно. Остается выяснить а много ли было кислорода? Достаточно его было для соединения с водородом чтобы образовались воды Мирового океана?


Читаем:

Где скрывается межзвёздный кислород

Несколько дней назад произошло грустное, но неизбежное событие: прекратила работу космическая обсерватория «Гершель». Она была запущена в космос 14 мая 2009 года и должна была проработать около трёх лет, однако действительность, что с ней бывает нечасто, превзошла самые оптимистические сценарии, и охладитель иссяк лишь 29 апреля, подарив проекту несколько лишних месяцев наблюдений.

Обсерватория «Гершель» работала в дальнем инфракрасном (ИК) и субмиллиметровом диапазонах, то есть способна была принимать свет с длинами волн от 55 до 672 микрон. Этот диапазон с Земли либо не виден совсем, либо виден очень плохо (в нескольких окнах прозрачности), что обидно, ибо именно на эти длины волн приходится максимум излучения холодного (десятки кельвинов) межзвёздного и околозвёздного вещества, в частности максимум теплового излучения практически всей космической пыли. Кроме того, субмиллиметровый диапазон богат спектральными линиями, принадлежащими атомам, ионам и многочисленным молекулам, также пребывающим в межзвёздном и околозвёздном пространстве.

О достижениях «Гершеля» сказано в последние дни много, и я это пересказывать не буду: что и говорить, обсерватория замечательная и результаты уникальные. Напишу лучше о проблеме, которую «Гершель» не только не помог решить, но, скорее, даже усугубил. Это проблема кислорода, третьего по распространённости элемента во Вселенной. Точнее, он третий по содержанию в звёздах, но, поскольку звёзды образуются из межзвёздного вещества, логично предположить, что и в нём кислорода должно быть много. Остаётся понять, в какой именно форме, в составе какого вещества существует межзвёздный кислород.

Во времена зарождения астрохимии, то есть в 1970-е годы, предполагалось, что основным резервуаром кислорода в межзвёздной среде (МЗС) являются молекулы воды и O2, то есть те, что мы вдыхаем и пьём на Земле. Цепочка реакций, ведущих к в этим соединениям, очень проста. Сначала космические лучи ионизуют молекулу самого распространённого элемента — водорода, в результате чего возникает ион H3+. Ион H3+ вступает в реакцию со свободным атомом кислорода, порождая ион OH+. Этот ион реагирует с молекулой водорода, превращаясь в H2O+, ион H2O+ тоже реагирует с молекулой водорода, превращаясь в H3O+, а этот последний рекомбинирует с электроном, попутно разваливаясь с образованием молекулы воды или гидроксила (OH). Гидроксил, сталкиваясь со свободным атомом кислорода, превращается в молекулу кислорода и свободный атом водорода. Я описываю эту цепочку детально, чтобы показать: химия кислорода проста и предсказуема, представляя собой, по сути, быструю «перекачку» свободных атомов кислорода в молекулы H2O и O2, итоговое относительное содержание которых по количеству атомов должно быть сопоставимо с полным содержанием кислорода, порядка 10-5-10-4.

Проверить этот вывод в наземных наблюдениях сложно, так как сильные линии воды и O2, попадающие в субмиллиметровый диапазон, не доходят до поверхности Земли, поскольку поглощаются этими же молекулами в земной атмосфере. Наблюдатели пытались обойти эту проблему при помощи различных ухищрений, например, искали излучение изотопомера 16O18O. Изотопомеры, то есть молекулы, в которых один или несколько атомов замещены менее распространёнными изотопами, зачастую обладают линиями, отсутствующими у варианта с основными изотопами, которые легче наблюдать. Линии молекулы кислорода искали также в далёких галактиках, надеясь, что красное смещение сдвинет их в окна прозрачности земной атмосферы. Но наземные попытки оказались тщетными, и это уже означало, что о содержании молекулярного кислорода выше 10-5 речи не идёт.

Первый опыт космического поиска O2 также оказался неудачным: субмиллиметровый телескоп SWAS в начале 2000-х годов линий молекулярного кислорода тоже не увидел, наложив на содержание этой молекулы ещё более строгое ограничение — не более 10-7. Достоверно молекула O2 была обнаружена в МЗС (точнее, в области звёздообразования ρ Змееносца) при помощи космического телескопа «Один» только в 2005 году (я традиционно указываю не год наблюдения, а год публикации). Её содержание оказалось равным 5 10-8, то есть на порядки ниже теоретических предсказаний.

Незначительно лучше оказалась и ситуация с водой. Правда, у воды есть линия на длине волны 1,35 см, легко наблюдаемая с Земли, поэтому сам факт наличия воды в МЗС сомнений никогда не вызывал. Но о количестве воды эта линия мало что может сказать, поскольку возникает в специфических условиях. «Обычные» линии холодной межзвёздной воды также попадают в субмиллиметровый диапазон и требуют космических наблюдений. Первую информацию о количестве воды в межзвёздных газовых облаках принёс SWAS, и оно также оказалось существенно ниже модельных предсказаний.

Было высказано предположение, что кислород не виден, потому что в составе различных молекул, прежде всего воды, примерзает к пылинкам. Чтобы мы могли его зафиксировать, ледяные оболочки пылинок должны испариться; следовательно, искать воду и O2 нужно не в межзвёздных облаках вообще, а вблизи рождающихся звёзд, нагревающих пыль и испаряющих поверхностный лёд. На «Гершель» с его высокой чувствительностью и хорошим угловым разрешением в этом отношении возлагались большие надежды. В программе наблюдений было два проекта, посвящённых молекулам O2 и H2O, — HOP (Herschel Oxygen Project) и WISH (Water in Star-forming Regions with the Herschel Space Observatory).

Результаты «Гершеля» по молекулярному кислороду не особенно вдохновляют. По сути, излучение этой молекулы удалось обнаружить только в двух местах — всё в том же ρ Змееносца (дополнив результаты «Одина») и в одном направлении на область звёздообразования в Орионе. Правда, в последнем случае содержание O2 оказалось высоким, около 10-6, но зато в других источниках, казавшихся перспективными, в том числе в Орионе, снова получены только верхние пределы, свидетельствующие, что содержание O2 в них не превышает 10-9. Иными словами, молекулярного кислорода в межзвёздном газе не просто меньше, чем предсказывает теория, его очень мало, по крайней мере, в среднем. Угловое разрешение не безгранично, поэтому нельзя исключить, что молекулярного кислорода много в каких-то очень компактных зонах, различить которые не под силу даже «Гершелю».

Ситуация с водой благодаря «Гершелю» не прояснилась, но хотя бы обогатилась новыми данными в гораздо большей степени, чем в случае с молекулярным кислородом. Воду удалось наблюдать в самых разнообразных объектах, начиная с холодных беззвёздных ядер и заканчивая массивными протозвёздами и протопланетными дисками (о них я уже писал). Однако даже в самых «тёплых» областях содержание воды не дотягивает до предсказываемого значения как минимум порядка величины.

По совокупности результатов это означает, что ни H2O, ни тем более O2 не являются основными «держателями» межзвёздного кислорода. Ещё раз подчеркну: в химии кислорода количество «белых пятен» минимально. Набор реакций ограничен и прост, все промежуточные компоненты наблюдаются, скорости реакций измерены в лаборатории. Если в среде есть свободный кислород, он должен переходить в воду и O2. Если он этого не делает, значит, его нет; то есть атомы кислорода связаны как-то иначе.

Часть их, конечно, спрятана в самих пылинках, например в минералах типа оливина и пироксена, однако эта часть ограничена содержанием других элементов (магния, кремния, железа и пр.). В целом примерно половину ожидаемого количества межзвёздных атомов кислорода приходится относить к UDO — неопознанному неидентифицированному деплицированному кислороду (unidentified depleted oxygen). В 2010 году Дон Уиттет предположил, что скрытым резервуаром для UDO могут быть органические частицы. Попадая в межзвёздные облака, они, возможно, способны «впитывать» атомы кислорода, включая их в свою структуру. И это не абстрактное предположение: органическое вещество, доставленное на Землю космическим аппаратом «Стардаст» с кометы Вильда-2, действительно переобогащено кислородом.

Результаты наблюдений воды и O2 на «Гершеле» бесценны с точки зрения астрохимии. Особенно это верно в отношении воды, для которой впервые прослежен (пока только наблюдательно; теоретики должны подтягиваться) практически весь путь от холодного дозвёздного вещества до протопланетных дисков и планет. Однако ответа на вопрос о местонахождении межзвёздного кислорода «Гершель» не дал. И это, заметьте, не какой-нибудь празеодим или менделевий; это элемент, по количеству атомов уступающий только водороду и гелию. И мы до сих пор не знаем, где искать эти атомы…

Источник: http://www.computerra.ru
  
#13 | Анатолий »» | 10.09.2013 20:46
  
0
Так что мы выяснили, что если кислород и не так часто встречается в свободном состоянии во Вселенной, это отнюдь не значит что его вообще нет во Вселенной в межзведном пространстве.
И соединение водорода с кислородом и образование воды во время образования планеты Земля вполне возможны.
Другое дело что описывать этот процесс весьма сложно, потому что наука это не гадание на кофейной гуще. Здесь требуется четкое понимание всей совокупности процессов и во всей ее длительной истории.
  
#14 | Анатолий »» | 12.09.2013 18:41
  
0
ЗАГАДКИ ВОДЫ (НАБЕРУХИН Ю.И. , 1996), ХИМИЯ

Обычная вода на самом деле является загадочной жидкостью, поскольку многие ее свойства (плотность, сжимаемость, теплоемкость) являются аномальными - не похожими на свойства большинства других жидкостей.Причина этого заключается в особой структуре воды, обусловленной водородными связями между ее молекулами, которая изменяется с температурой или давлением.

ЗАГАДКИ ВОДЫ

Ю. И. НАБЕРУХИН

Новосибирский государственный университет

ВВЕДЕНИЕ

Вода в нашей жизни - самое обычное и самое распространенное вещество. Однако с научной точки зрения это самая необычная, самая загадочная жидкость. Пожалуй, только жидкий гелий может соперничать с ней. Но необычные свойства жидкого гелия (такие, как сверхтекучесть) проявляются при очень низких температурах (вблизи абсолютного нуля) и обусловлены специфическими квантовыми законами. Поэтому жидкий гелий - это экзотическое вещество. Вода же в нашем сознании является прообразом всех жидкостей, и тем более удивительно, когда мы называем ее самой необычной. Но в чем же заключается необычность воды? Дело в том, что трудно назвать какое-либо ее свойство, которое не было бы аномальным, то есть ее поведение (в зависимости от изменения температуры, давления и других факторов) существенно отличается от такового у подавляющего большинства других жидкостей, у которых это поведение похоже и может быть объяснено из самых общих физических принципов. К таким обычным, нормальным жидкостям относятся, например, расплавленные металлы, сжиженные благородные газы (за исключением гелия), органические жидкости (бензин, являющийся их смесью, или спирты).

АНОМАЛИЯ ПЛОТНОСТИ

Мы опишем здесь только некоторые необычные свойства воды. Всем известна аномалия плотности. Она двоякая (рис. 1). Во-первых, после таяния льда плотность увеличивается, проходит через максимум при 4?С и только затем уменьшается с ростом температуры. В обычных жидкостях плотность всегда уменьшается с температурой. И это понятно. Чем больше температура, тем больше тепловая скорость молекул, тем сильнее они расталкивают друг друга, приводя к большей рыхлости вещества. Разумеется, и в воде повышение температуры увеличивает тепловую скорость молекул, но почему-то это приводит в ней к понижению плотности только при высоких температурах.

Вторая аномалия плотности состоит в том, что плотность воды больше плотности льда (благодаря этому лед плавает на поверхности воды, вода в реках зимой не вымерзает до дна и т.д.). Обычно же при плавлении плотность жидкости оказывается меньше, чем у кристалла. Это тоже имеет простое физическое объяснение. В кристаллах молекулы расположены регулярно, обладают пространственной периодичностью - это свойство кристаллов всех веществ. Но у обычных веществ молекулы в кристаллах, кроме того, плотно упакованы. После плавления кристалла регулярность в расположении молекул исчезает, и это возможно только при более рыхлой упаковке молекул, то есть плавление обычно сопровождается уменьшением плотности вещества. Такого рода уменьшение плотности очень мало: например, при плавлении металлов она уменьшается на 2 - 4%. А плотность воды превышает плотность льда сразу на 10%! То есть скачок плотности при плавлении льда аномален не только по знаку, но и по величине.

ПЕРЕОХЛАЖДЕННАЯ ВОДА

В последнее время много внимания уделяется изучению свойств переохлажденной воды, то есть остающейся в жидком состоянии ниже точки замерзания 0?С. (Переохладить воду можно либо в тонких капиллярах, либо - еще лучше - в виде эмульсии: маленьких капелек в неполярной среде - "масле"). Что же происходит с аномалией плотности при переохлаждении воды? Она ведет себя странно (см. рис. 1). С одной стороны, плотность воды сильно уменьшается по мере переохлаждения (то есть первая аномалия усиливается), но, с другой стороны, она приближается к плотности льда при понижении температуры (то есть вторая аномалия ослабевает).

АНОМАЛИЯ СЖИМАЕМОСТИ

Вот еще пример аномалии воды: необычное температурное поведение ее сжимаемости, то есть степени уменьшения объема при увеличении давления (рис. 2). Обычно сжимаемость жидкости растет с температурой: при высоких температурах жидкости более рыхлы (имеют меньшую плотность) и их легче сжать. Вода обнаруживает такое нормальное поведение только при высоких температурах. При низких же сжимаемость ведет себя противоположным образом, в результате чего в ее температурном поведении появляется минимум при 45?С.

На этих двух примерах мы видим, что необычные свойства воды характеризуются экстремальным поведением, то есть появлением максимумов (как в плотности) или минимумов (как в сжимаемости) на кривых их зависимостей от температуры. Такие экстремальные зависимости означают, что в воде имеет место противоборство двух процессов, каждый из которых обусловливает противоположное поведение рассматриваемого свойства. Один процесс - это обычное тепловое движение, усиливающееся с ростом температуры и делающее воду (как и любую другую жидкость) более разупорядоченной; другой процесс необычный, присущий только воде, за счет него вода становится более упорядоченной при низких температурах. Разные свойства воды по-разному чувствительны к этим двум процессам, и поэтому положение экстремума наблюдается для каждого свойства при своей температуре.

АНОМАЛИЯ ТЕПЛОЕМКОСТИ

Что же это за необычный процесс, происходящий в воде и делающий ее непохожей на другие жидкости? Чтобы уяснить его физическую сущность, рассмотрим еще одну, на мой взгляд, самую сильную аномалию воды - температурное поведение ее теплоемкости (рис. 3). Величина теплоемкости, как известно, показывает, сколько нужно затратить тепла, чтобы поднять температуру вещества на один градус. Для подавляющего числа веществ теплоемкость жидкости после плавления кристалла увеличивается незначительно - никак не более 10%. Другое дело - вода. При плавлении льда теплоемкость скачет от 9 до 18 кал/моль " град, то есть в два раза! Такого огромного скачка теплоемкости при плавлении не наблюдается ни у одного другого вещества: здесь вода абсолютный рекордсмен.

Во льду энергия, подводимая для нагревания, тратится в основном на увеличение тепловой скорости молекул. Скачок теплоемкости после плавления означает, что в воде открываются какие-то новые процессы (и очень энергоемкие), на которые тратится подводимое тепло и которые обусловливают появление избыточной теплоемкости. Из рис. 3 видно, что такая избыточная теплоемкость и, следовательно, упомянутые энергоемкие процессы существуют во всем диапазоне температур, при которых вода находится в жидком состоянии. Она исчезает только в паре, то есть эта аномалия является свойством именно жидкого состояния воды.

На рис. 4 показано, что нового вносят в проблему теплоемкости исследования последних лет по изучению свойств переохлажденной воды. Мы видим, что при сильном переохлаждении теплоемкость сильно возрастает, то есть аномальный вклад в нее еще больше увеличивается. Переохлажденная вода еще более аномальна, чем обычная.

ПЕРЕСТРОЙКА СТРУКТУРЫ

Мы должны, наконец, объяснить, что это за необычные процессы, происходящие в воде и делающие ее такой аномальной жидкостью. Ключевым словом здесь является перестройка: перестройка структуры. Мы приходим к необходимости рассмотрения особенностей структуры воды.

ВОДОРОДНЫЕ СВЯЗИ

Структура любого вещества, то есть закономерности взаимного расположения составляющих его частиц, определяется характером взаимодействий между молекулами. И специфика структуры воды обусловлена особыми свойствами взаимодействий между молекулами воды. Рассмотрим простейшие свойства родственных с водой жидкостей - гидридов VI группы Периодической системы элементов Д.И. Менделеева (рис. 5). Мы видим, что вода резко выпадает из плавной зависимости температур плавления и кипения этих жидкостей: если бы общие закономерности выполнялись и для воды, то она замерзала бы при - 100?С и кипела бы при - 76?С. Здесь наглядно показано, что между молекулами воды действуют какие-то особые силы, которые отсутствуют в родственных ей гидридах. Эти силы принято называть водородными связями.

Водородные связи между молекулами воды возникают в результате специфического распределения в них электронной плотности. На атомах водорода имеется некоторый положительный заряд, а на атоме кислорода - отрицательный (в целом же молекула воды, конечно, электрически нейтральна). Хорошей моделью воды в этом отношении является правильный тетраэдр, в центре которого находится атом кислорода, в двух вершинах (соответствующих атомам водорода) расположены положительные точечные заряды (равные примерно 20% от заряда электрона), а в двух других - отрицательные заряды, изображающие распределение электронной плотности на атоме кислорода (рис. 6а). В такой модели углы между каждой парой линий, соединяющих центр (атом О) с вершинами, равны 109,5? - так называемому тетраэдрическому углу qТ (рис. 6б). Наиболее выгодным расположением других молекул воды вокруг данной является такое, что против положительного заряда одной расположен отрицательный заряд другой и центры атомов О и Н одной и О другой находятся на одной линии О-Н_О (здесь сплошной линией показана химическая связь внутри одной молекулы, а точками - водородная связь между двумя молекулами). Мы видим, что водородная связь имеет электростатическую природу. У родственных воде гидридов атомы практически нейтральны - таково их химическое свойство, и поэтому водородные связи между их молекулами не образуются. Таким образом, особые свойства воды являются следствием специфического электронного устройства ее молекул.

СТРУКТУРА ЛЬДА

Описанная выше наиболее выгодная конфигурация водородных связей вокруг каждой молекулы воды реализуется в кристаллах льда. Его структура, которая нам точно известна из экспериментов по дифракции рентгеновских лучей или нейтронов, показана схематически на рис. 6г . Как можно кратко описать такую структуру? Это сетка водородных связей: в узлах сетки находятся молекулы воды, а ее ребра образованы водородными связями. Сетка имеет особое устройство: в каждом ее узле сходится четыре связи; поэтому сетку можно назвать четверной или четырежды координированной. Все углы между связями в сетке равны тетраэдрическому углу qТ ; поэтому сетка называется тетраэдрической. Мы видим также, что сетка состоит из изогнутых шестичленных колец; поэтому сетка называется гексагональной и вся структура льда обозначается как гексагональный лед (коротко, лед Ih).

Характерной особенностью структуры льда является то, что в ней молекулы упакованы рыхло. Если изобразить молекулу шаром, то при плотнейшей упаковке шаров вокруг каждого из них будет 12 соседей (см. статью Г. Маленкова в журнале "Химия и жизнь", 1994 г., № 7, стр. 25). Во льду же их всего четыре. Если бы молекулы воды во льду были плотно упакованы, то его плотность составляла бы 2,0 г/см3, тогда как на самом деле она равна 0,92 г/см3. Казалось бы, рыхлость упаковки частиц, то есть наличие в ней больших объемов не заполненного молекулами пространства, должна приводить к неустойчивости структуры. Например, можно было бы ожидать, что при сжатии льда внешним давлением сетка водородных связей будет разрушаться, пустоты структуры будут с легкостью схлопываться, заполняясь молекулами, вырванными из этой сетки. Но не тут-то было! На самом деле сетка водородных связей не разрушается, а перестраивается. При повышении давления обычный гексагональный лед Ih меняет свою структуру.

ФОРМЫ ЛЬДА ПРИ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЯХ

Сейчас известно десять форм льда, устойчивых при высоких давлениях. И у всех сохраняется четырежды координированная сетка водородных связей, то есть каждая молекула воды сохраняет в них все свои четыре водородные связи. Но из-за чего тогда увеличивается плотность таких сдавленных форм льда по сравнению с обычным льдом Ih? Вовсе не вследствие разрушения сетки, а за счет ее деформации, за счет отклонения углов между связями от оптимального тетраэдрического угла qТ .

На рис. 6г показан фрагмент сетки водородных связей во льду III. Ее отличительной особенностью является наличие большого количества пятичленных колец. В пятичленном цикле все углы между сторонами (водородными связями) никак не могут быть равны тетраэдрическому углу 109,5?. Уже поэтому ясно, что сетка водородных связей во льду III не может быть строго тетраэдрической. Структура льда Ih, у которой все углы между соседними водородными связями равны тетраэдрическому углу qТ , обладает минимальной плотностью (наибольшей рыхлостью), возможной для четырежды координированных сеток. При деформации такой сетки плотность неизбежно увеличивается, так что, например, для льда III она составляет 1,15 г/см3, то есть на 25% больше, чем во льду Ih.

Итак, при внешних воздействиях (повышении давления) сетка водородных связей во льду не разрушается, а перестраивается, сохраняя свою четверную координацию. Более выгодным оказывается не разорвать некоторые водородные связи, а сохранить их все, лишь деформируя сетку, несколько изменяя углы между связями. В этой удивительной структурной устойчивости состоит важнейшее свойство сеток водородных связей между молекулами воды.

СТРУКТУРА ВОДЫ

Теперь легко представить себе, что происходит при плавлении льда. Сетка водородных связей и здесь не должна разрушаться, но кристаллический порядок должен исчезнуть. Это означает, что каждая молекула воды и в жидком состоянии должна сохранить свои четыре водородные связи, но углы между ними будут отличаться от qТ , что и приводит к повышению ее плотности по сравнению со льдом Ih. Чем же отличается структура сетки водородных связей в жидкой воде от структур сеток в формах льда, стабильных при высоких давлениях? Отсутствием пространственной периодичности. В отличие от льда в водной сетке невозможно выделить участки в разных ее местах, которые были бы тождественны по структуре. Сетка в воде случайная. В ней углы между связями отклоняются от qТ не по какому-то определенному закону, как в кристаллах, а случайно. В кристалле вокруг каждой молекулы соседние частицы расположены одинаково, в жидкости же окружение каждой молекулы устроено особым (но случайным) образом. По этой причине структуру случайной сетки невозможно установить рентгеноструктурным анализом, который вскрывает закономерности только единообразно окруженных частиц.

Значит, молекулярную структуру воды, то есть конкретное положение всех ее молекул, невозможно определить экспериментально. Здесь нужно использовать другие методы исследования и прежде всего моделирование. При помощи компьютера можно моделировать движения не очень большого ансамбля частиц (около тысячи) и получать информацию о положении каждой молекулы, если сделать определенные (модельные) предположения о законах их взаимодействия. Этой увлекательной задачей занимаются сейчас ученые во всем мире. Все исследователи согласны в том, что основой структуры является сетка водородных связей, охватывающая все молекулы воды; разногласия касаются в основном устройства этой сетки.

ПЕРЕСТРОЙКА СТРУКТУРЫ ВОДЫ

Итак, наиболее реалистической картиной структуры воды является случайная четырежды координированная сетка водородных связей. Такая общая идея вполне достаточна для нашего обсуждения. Как объяснить с этой точки зрения аномалии воды? Всякие изменения сетки при внешних воздействиях могут быть: 1) без изменения структуры (например, изменения длин связей); 2) с изменением структуры сетки (без изменения длин связей). Удлинение всех связей при увеличении температуры относится к изменениям первого рода и является общим для всех веществ, включая воду. Но в воде существенную роль играет и второй фактор. При низких температурах структура более упорядочена, то есть углы между водородными связями в сетке в меньшей степени отклоняются от тетраэдрического угла qТ , поэтому она более ажурна (более рыхла, имеет меньшую плотность) и ее труднее деформировать. При изменении температуры сетка перестраивается, меняет свою структуру. Это нужно понимать не только как изменение углов между связями, но и как изменение характера связности узлов сетки (молекул): например, изменение количества колец разного типа, аналогичное тому, что происходит при переходе от льда Ih ко льду III. Но если при низких температурах, в кристаллической фазе структура каждой из десяти форм льда оставалась неизменной в конечном интервале температур и перестройка сетки происходила при переходе от одной дискретной формы к другой, то в жидкости структура сетки водородных связей перестраивается при изменении температуры непрерывно.

ОБЪЯСНЕНИЕ АНОМАЛИЙ

Теперь мы сможем объяснить происхождение многочисленных аномалий воды. Рассмотрим аномалии плотности. Первая - резкое увеличение плотности при плавлении льда - связана с тем, что сетка водородных связей льда сильно искажается после плавления: в водной сетке углы между связями отклоняются от оптимальных тетраэдрических, в результате чего уменьшается объем пустого пространства между молекулами воды. Вторая определяется тепловой перестройкой структуры водной сетки. Чем ниже температура, тем ажурнее становится сетка, обусловливая уменьшение плотности при понижении температуры ниже 4?С. При высоких температурах перестройка структуры сетки уже мало влияет на плотность, поскольку сетка здесь сильно отличается от ажурной тетраэдрической конфигурации. Тогда становится видным общее для всех веществ (нормальное) явление увеличения расстояний между частицами при нагревании. Заметим, что приближение плотности воды при ее переохлаждении к плотности льда (см. рис.1) не означает, что структура воды становится все больше похожей на структуру льда. Хотя углы между водородными связями при этом приближаются к тетраэдрическим, но структура ажурной случайной водной сетки при низких температурах не имеет ничего общего с регулярной структурой льда Ih (это хорошо видно в компьютерных моделях).

Аналогичным образом можно объяснить аномальное поведение и других свойств воды при низких температурах, например, сжимаемости (см. рис. 2). Общая причина такого аномального поведения заключается в том, что при низких температурах сетка водородных связей воды еще не очень искажена по сравнению с тетраэдрической конфигурацией, и при изменении температуры имеет первостепенное значение перестройка структуры этой сетки, которая и определяет аномальный вклад в поведение наблюдаемого нами свойства воды. При высоких температурах, когда водная сетка сильно деформирована, ее перестройка оказывает меньшее влияние на наблюдаемое свойство и вода ведет себя, как и все обычные жидкости.

Чтобы деформировать сетку при изменении температуры, перестроить ее структуру, нужно затратить энергию; это и объясняет аномальный вклад в теплоемкость. Изменение структуры сетки можно назвать изменением ее конфигурации; поэтому аномальный вклад в теплоемкость, который описывает затраты энергии на изменение структуры сетки (при увеличении температуры на один градус), называют конфигурационной теплоемкостью. Как следует из рис. 3, аномальный вклад в теплоемкость не исчезает вплоть до 100?С (при обычном давлении) и его величина мало изменяется с температурой. Это означает, что сетка водородных связей в воде существует на всем интервале существования жидкости - от точки плавления до точки кипения: с ростом температуры водородные связи не разрываются, а постепенно изменяют свою конфигурацию.

КЛАТРАТНЫЕ ГИДРАТЫ

Рассмотрим другое замечательное свойство тетраэдрических сеток. Десять форм льда и случайная квазитетраэдрическая сетка воды отнюдь не исчерпывают всех структурных возможностей, которыми обладает сетка водородных связей. На рис. 7а показан гипотетический элемент водной сетки в форме правильного додекаэдра. Углы между сторонами пятиугольных граней в нем равны 108?; это мало отличается от тетраэдрического угла qT , то есть конфигурация водородных связей в таком маленьком фрагменте должна быть очень выгодной. Однако ни в структурах льдов, ни в случайной сетке воды (в компьютерных моделях) конфигурации водородных связей в форме додекаэдра не обнаружено. Она оказывается невыгодной для структуры сетки в целом, так как внутри додекаэдра слишком велик объем пустого пространства. Этот недостаток можно устранить, если заполнить додекаэдрическую пустоту чужой частицей подходящего размера, например, атомом ксенона или молекулой метана. И действительно, такие соединения существуют в реальности. Они называются соединениями включения или клатратными гидратами (слово клатрат означает клеточный, показывая, что чужие молекулы-гости находятся в ячейках или клетках, образованных молекулами-хозяевами; в нашем случае молекулами воды). Такие клатратные структуры образуют кристаллы, плавящиеся при достаточно высоких температурах.

Однако правильные додекаэдры невозможно уложить так, чтобы они заполнили без зазоров все пространство. Поэтому в клатратных кристаллах додекаэдрические полости комбинируют вместе с полостями в форме четырнадцатигранника, в котором, кроме двенадцати пятиугольных граней, имеются еще две шестиугольных. Вместе они образуют красивую периодическую сетку, созданную водородными связями между молекулами воды (молекулами-хозяевами), все полости которой заполнены молекулами-гостями (ксеноном или метаном; см. рис. 7б). В таком кристалле на одну полость приходится 5,75 молекул воды, то есть соотношения между количествами разных молекул (стехиометрические коэффициенты) в клатратном соединении описываются нецелыми числами. Поэтому клатратные кристаллы относятся к классу нестехиометрических соединений.

Кристалл клатратного гидрата метана при обычном давлении плавится при очень низкой температуре, но уже при давлениях выше 25 атм его температура плавления становится положительной. Следовательно, если такие кристаллы будут находиться под гнетом водного слоя толще 250 м, они могут быть вполне устойчивыми в реальных условиях. И действительно, огромные скопления клатратных гидратов метана обнаружены сейчас в недрах вдоль побережья океанов, под дном Черного моря и т.д. По современным оценкам, в виде газовых гидратов находится 1016 м3 метана (всего в 40 раз меньшее, чем объем кислорода во всей земной атмосфере). Такие огромные запасы ценного топлива, несомненно, будут иметь большое значение в энергетике будущего.

Но возвратимся к проблемам воды. Существование стабильных кристаллов клатратных гидратов показывает нам, что сетка водородных связей воды, не теряя своей цельности, способна огибать "препятствия" в виде чужих молекул. И такие препятствия не обязательно должны быть маленькими - типа молекулы метана. Водная сетка способна огибать также и значительно большие молекулы. Они уже не помещаются в отдельных маленьких полостях, показанных на рис. 7б, а располагаются в нескольких соседних полостях или образуют кристаллические постройки совершенно другой структуры. Необходимо только, чтобы молекулы-гости не сильно взаимодействовали с молекулами воды и не вырывали их из сетки водородных связей. Такими свойствами обладают неполярные алифатические (метан, этан и т.д.) или ароматические (бензол) молекулы или неполярные группы в органических молекулах (например, этильный радикал в этиловом спирте). Поэтому клатратные гидратные кристаллы образуют огромное число молекул. Рассмотренные выше клатраты метана и ксенона являются лишь простейшими представителями этого класса веществ.

ВОДНЫЕ РАСТВОРЫ

Способность сетки водородных связей, образованной молекулами воды, огибать чужие молекулы-препятствия не является привилегией кристаллов. Таким свойством обладает и случайная квазитетраэдрическая сетка воды. Поэтому молекулы, которые образовывали клатратные кристаллы (да и не только они), растворяясь в воде, не разрушают водную сетку водородных связей, но существенно перестраивают ее, заставляя образовывать большие полости вокруг неполярных групп. Значит, водная сетка водородных связей в водных растворах неполярных молекул или молекул с неполярными группами имеет "клатратоподобное" строение (ячеистое, но не кристаллическое). Легко понять, что такая своеобразная структура водных растворов существенно отличается от обычного устройства растворов, когда молекулы растворителя и растворенного вещества случайно перемешаны. И действительно, водные растворы многих органических веществ обладают аномальными свойствами. Таким образом, особые свойства сетки водородных связей определяют аномальное поведение не только чистой воды, но и многих ее растворов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Эйзенберг Д., Кауцман В. Структура и свойства воды. Л.: Гидрометеоиздат, 1975. 280 с.

* * *

Юрий Исаевич Наберухин, доктор химических наук, профессор Новосибирского государственного университета. Специалист в области спектроскопии воды и водных растворов. В настоящее время занимается компьютерным моделированием неупорядоченных конденсированных сред (жидкостей и аморфных твердых тел, в частности воды). Автор более 100 научных работ и четырех монографий.
  
#15 | Анатолий »» | 12.09.2013 18:50
  
1
Тяжёлая вода.

Тяжелая вода - вода в которой "обычный" водород 1H (легкий) заменен тяжелым изотопом 2H - дейтерием (D). У тяжелой воды, также как и у обычной, нет ни цвета, ни вкуса, ни запаха.
В настоящее время известны три изотопа водорода: 1H, 2H(D), 3H(T). Самый легкий из них - 1H называется протием. Почти целиком из него состоит обычная вода, частично в ней содержится более тяжелый водород - дейтерий (D) и сверхтяжелый тритий (T). Встречаются три изотопа кислорода: 16O, тяжелый 18O и совсем немного в природе 17O. С помощью мощных ускорителей и реакторов физики получили еще пять радиоактивных изотопов кислорода: 13O, 14O, 15O, 19O, 20O. Продолжительность их жизни очень коротка - она измеряется несколькими минутами, затем, распадаясь, они превращаются в изотопы других элементов.

В составе обычной воды можно обнаружить не только тяжелую воду. Известна сверхтяжелая вода T2O (атомная масса трития - Т равна 3) и тяжелокислородная вода, молекулы которой содержат вместо атомов 16O атомы 17O и 18O. Изотопные разновидности воды присутствуют в обычной в ничтожнейших количествах. В природных водах на один атом дейтерия приходится 6500-7200 атомов водорода 1H, а чтобы обнаружить один атом трития, надо иметь по крайней мере 1018 атомов 1H.

После обнаружения тяжелой воды ученые поначалу были настолько удивлены, что рассматривали тяжелую воду как химический курьез. Однако удивление было недолгим. Итальянский физик Энрико Ферми, проводивший эксперименты в области ядерной физики, понял, что тяжелая вода имеет огромнейшее военное значение. С тех пор события, развивающиеся вокруг этой странной жидкости, были полны драматизма и глубочайшей секретности. И все потому, что судьба тяжелой воды тесно переплеталась с развитием атомной энергетики. Такая вода используется в ядерных реакторах как теплоноситель и замедлитель нейтронов.

Основные физико-химические константы обычной и тяжелой воды существенно различаются. Обычная вода, ее водяной пар и лед, состав которых выражается химической формулой H2O, имеет молекулярную массу 18,0152 г. Лед образуется при 0°С (273 K), а закипает вода при 100 °C (373 K). Тяжелая вода превращается в лед при 3,813 °C, а пар образуется при 101,43 °C. По вязкости тяжелая вода на 20 % превосходит обычную воду, а максимальная плотность наблюдается при температуре 11,6 °C. Ее химическая формула D2O, где водород заменен на дейтерий, атомная масса которого в 2 раза больше. Окись дейтерия имеет молекулярную массу 20,027. Удельная масса ее на 10 % выше, чем у обычной воды. Вот почему она и называется тяжелой водой.

Тяжелая вода, как выяснили ученые, подавляет все живое. Вот какими резко полярными свойствами отличаются дейтериевая вода и обычная - протиевая. Тяжелая вода замедляет биологические процессы и действует угнетающе на живые организмы. Микробы в тяжелой воде гибнут, семена не прорастают, растения и цветы вянут при поливке такой водой. Тяжелая вода гибельно влияет на животных. А на человека? К сожалению, о тяжелой воде нам известно еще далеко не все.

В 1 т речной воды присутствует около 150 г тяжелой. В океанской воде ее чуть больше: на 1 т приходится 165 г. В озерах тяжелой воды обнаружено на 15-20 г больше, чем в реках, из расчета на 1 т. Любопытно отметить, что дождевая вода содержит больше окиси дейтерия, чем снег. Такие различия кажутся странными, ведь то и другое - осадки атмосферного происхождения. Да, источник один, а содержание тяжелой воды разное. Таким образом, речные, озерные, грунтовые и морские воды весьма несхожи по изотопному составу и, следовательно, как объекты, используемые для получения тяжелой воды, далеко не равнозначны. Было время, когда ее считали "мертвой водой" и полагали, что присутствие тяжелой воды в обычной замедляет обмен веществ, способствует старению организма. Случаи долгожительства на Кавказе некоторые исследователи связывают с меньшим количеством окиси дейтерия в горных потоках ледникового и атмосферного происхождения. Возникновение пустынь, исчезновение оазисов и гибель даже целых цивилизаций древности нередко приписывают накоплению окиси дейтерия в питьевой воде. Однако пока это все только гипотезы, туманные догадки, не подтвержденные экспериментальными результатами.

Предполагается, что молекулы тяжелой воды D2O в естественных условиях практически не встречаются, а преобладают молекулы, имеющие один атом дейтерия - HDO.

Несколько большая масса молекул HDO, D2O и повышенная прочность дейтериевой связи способствуют тому, что тяжелая вода активнее удерживается в жидкой фазе по сравнению с обычной водой. Следовательно, давление пара тяжелой воды всегда ниже, чем H2O, и это приводит к тому, что молекулы, содержащие дейтерий, концентрируются в жидкой фазе в процессе испарения. На этом построено фракционное разделение изотопов. В естественных условиях эти явления наблюдаются в экваториальных водах, когда в процессе испарения в поверхностных водах увеличивается концентрация изотопа D по сравнению с глубинными горизонтами. Изучение атмосферных осадков показывает, что в первую очередь с дождем выпадают тяжелые изотопы D или 18O. Изотопное разделение происходит в процессе замерзания и таяния. Арктический лед, образующийся из морской воды, содержит на 2 % изотопов D больше, чем вода, из которой он образовался.

Прочность дейтериевой связи и фракционное разделение изотопов заставляют многих исследователей обратить внимание на изучение обменных процессов в живом организме. Одни считают, что удаление дейтерия из воды приведет к резкому повышению жизнестойкости организма и даже к продлению жизни. Другие полагают, что наличие дейтерия создает в биологическом мире определенный баланс в процессах внутриклеточного обмена и его отсутствие вызовет серьезные нарушения в живой и неживой природе.

Исследования жизнедеятельности микроорганизмов при постепенном добавлении тяжелой воды к обычной показали их удивительную приспособляемость к новой среде. Когда обычная вода была полностью заменена на дейтериевую, микроорганизмы не погибли, а какое-то время испытывали лишь некоторое угнетение, но после "акклиматизации" продолжали активно развиваться. Такое поведение микроорганизмов наталкивает на мысль, что живая клетка снабжена удивительнейшим механизмом приспособляемости, который спасает ее от гибели даже в условиях накопления дейтерия. Однако отдельные клетки организма из-за каких-то нарушений могут оказаться неустойчивыми, и это приводит их к гибели.

Сколько изотопных разновидностей воды может существовать
Оказывается, очень много. По мнению И. В. Петрянова-Соколова, теоретически можно взять различные комбинации изотопов водорода и кислорода, т.е. если каждый изотоп кислорода прореагирует в аналогичном для воды соотношении с изотопами водорода - 1:2, то из всего набора компонентов можно будет получить 48 разновидностей воды. Как ни парадоксально это звучит, но факт остается фактом. Из нескольких десятков разновидностей воды большая часть существует только теоретически, попросту говоря, только на бумаге. Из 48 вод 39 - радиоактивны и всего лишь 9 стабильны, т.е. устойчивы:

H216O, H217O, H218O, HD16O, HD17O, HD18O, D216O, D217O, D218O.

Открытие каких-либо новых изотопов водорода и кислорода будет резко повышать число теоретически возможных вод.

Использование тяжелой воды
В течение непродолжительного времени после открытия Юри тяжелая вода рассматривалась лишь как химический курьез. Но в это же самое время известный итальянский физик Энрико Ферми проводил эксперименты в области ядерной физики, составившие эпоху в науке. Результаты этих опытов обнаружили огромное военное и экономическое значение тяжелой воды. Ферми и его сотрудники в 1934 г. подвергали различные элементы обстрелу нейтронами, обладавшими большой энергией (скоростью). В результате были получены атомы с искусственной радиоактивностью, или так называемые радиоизотопы. Ферми установил, что почти каждый нерадиоактивный в нормальных условиях элемент можно сделать радиоактивным, т.е. превратить его в радиоизотоп, с помощью обстрела нейтронами. Он нашел также, что общая эффективность бомбардировки нейтронами с целью вызвать искусственную радиоактивность значительно увеличивалась с уменьшением их скорости.

Подобно электрону и фотону света, нейтрон обнаруживает свойства частицы, но его движению присущи также свойства волны. Он обладает длиной волны, которая физически определяет его "размер", и эта длина волны изменяется обратно пропорционально его частоте. Чем ниже частота, являющаяся мерой энергии нейтрона, тем больше длина волны. Нейтрон с низкой энергией (маленькой скоростью), например с энергией в 0,1 эв, будет иметь длину волны или "размер", превышающую более чем в 10 000 раз диаметр атомного ядра. Очевидно, что такой замедленный нейтрон, проходя через скопление атомов, имеет больше шансов удариться (задеть) об ядро, чем более быстрый электрон. Имеется также больше вероятия, что такой электрон будет "захвачен", или поглощен, ядром, которое он заденет. Но как может ядро поглотить предмет, в 10 000 раз превышающий его по своим размерам? Здесь снова следует припомнить, что в данном случае мы имеем дело с волновыми характеристиками нейтрона. Внутри ядра нейтрон приобретает энергию примерно в 50 млн. в с соответствующим огромным увеличением своей частоты, которая обратно пропорциональна длине волны. При увеличении частоты длина волны уменьшается. Нейтрон, поглощенный таким образом ядром, вызывает нарушение ядерного равновесия, в результате чего начинается радиоактивное излучение. Другими словами, создается радиоизотоп.

Вскоре после открытия Ферми и его сотрудников немецкие ученые О. Ган и Ф. Штрассман обнаружили, что поглощение нейтронов ядрами урана вызывает расщепление, или деление, этих ядер. Оба осколка ядра, вместе взятые, имеют меньшую массу, чем первоначальное ядро, а поскольку разница в массе превращается в кинетическую энергию в количестве, определяемом соотношением между массой и энергией Альберта Эйнштейна (E=mc2), то оба осколка разлетаются в стороны с колоссальной скоростью. При этом они испускают два или три нейтрона, которые сверхтяжелый атом урана имеет во множестве. Каждый выпущенный нейтрон теоретически может расщепить любое способное к расщеплению ядро, какое он встретит на своем пути; в результате такого столкновения высвободятся еще два или три нейтрона. Другими словами, процесс расщепления, или деления, ядер может стать самопроизвольным, самораспространяющимся: может начаться так называемая цепная реакция. Дальнейшие опыты вскоре показали, что из трех изотопов урана расщепление происходит почти исключительно лишь у ядер урана U235, который при нормальных условиях составляет всего лишь 0,7% обыкновенного урана. Как и следовало ожидать из исследований Ферми, расщепление урана U235 происходило наиболее эффективно под воздействием замедленных нейтронов. Было установлено, что для возбуждения цепной реакции в обыкновенном уране необходимо иметь большой запас весьма замедленных нейтронов. Нейтроны, обладающие большой скоростью, с энергией в миллионы электронвольт, также иногда случайно расщепляют урановые атомы, но это происходит не настолько часто, чтобы вызвать цепную реакцию. Нейтроны с умеренной энергией (в несколько электронвольт) представляют собой осколки урана U235, но они подвергаются захвату ядрами урана U238 - изотопа, составляющего около 99% обыкновенного урана. Захват их ураном U238 исключает их, так сказать, из обращения, поскольку уран U238 не расщепляется, а, наоборот, стремится приобрести устойчивость, выделяя из себя один электрон (это, разумеется, увеличивает ядерный заряд на единицу, превращая уран с атомным числом 93 в плутоний с атомным числом 94). Для расщепления требуются "тепловые" нейтроны, названные так потому, что их энергия, равная примерно 0,02 эв, не превышает энергии нормального теплового движения атомов, среди которых они перемещаются. Тепловые нейтроны не только легко расщепляют U235, но они не подвержены также захвату ураном U238. Они отличаются, кроме того, значительными размерами, перемещаясь среди атомов урана U238, они с большей вероятностью могут встретиться с легко расщепляющимся ураном U235. Все это делает возможным возникновение самопроизвольной цепной реакции в обычном уране, несмотря на то, что он содержит лишь 0,7% урана U235, при условии, однако, что имеется какой-то способ для замедления нейтронов, испускаемых при расщеплении урана U235. Необходим так называемый "замедлитель" - такое вещество, которое могло бы поглощать излишнюю энергию нейтронов, не захватывая самих нейтронов.

Движение нейтрона будет резко замедлено, если он столкнется с ядром, вес которого лишь ненамного превышает его собственный; при этом нейтрон сообщит часть своей энергии частице, с которой он столкнулся, совершенно так же, как это происходит с биллиардным шаром при его ударе о другой шар. Это предопределяет возможность использования в качестве замедлителя водородных соединений, в частности, воды. Поскольку ядро простого водорода, состоящее из одного лишь протона, имеет ту же самую массу, что и нейтрон, оно способно принять на себя при столкновении значительную часть энергии нейтрона. Но, к сожалению, ядро простого водорода не только частично поглощает энергию нейтрона, но часто захватывает и сам нейтрон, превращаясь в ядро атома дейтерия. Поэтому обыкновенная вода как замедлитель малоэффективна. Зато лучшими свойствами обладает тяжелая вода. Ядра дейтерия, состоящие из одного нейтрона и одного протона, с трудом поглощают нейтроны, но легко воспринимают при столкновении значительные количества энергии нейтронов. Таким образом, тяжелая вода D2O является очень эффективным замедлителем, наиболее эффективным среди всех известных нам веществ. Чтобы отдать свою энергию и стать "тепловым", для взаимодействия с урана U235, нейрону достаточно 25 столкновений с ядром дейтерия, а например при столкновении с ядром углерода (графитовые стержни) потребуется 110 столкновений.

Но у тяжелой воды есть потенциал сталь гораздо более полезной, чем замедлитель нейронов. При очень высоких температурах может произойти нечто совершенно противоположное расщеплению ядра. Теплота является энергией движения, и при достижении ею некоторого предела ядерная энергия настолько возрастает, что она может преодолеть электростатические силы, которые при более низких температурах вызывают отталкивание двух положительных зарядов. Так возникнет новое ядро путем слияния двух ядер в результате так называемой термоядерной реакции. Однажды начавшись в среде легких атомов, она будет развиваться дальше подобно цепной реакции: ядро, образовавшееся в результате слияния, имеет несколько меньшую массу, чем оба исходных ядра; разница в массе преобразуется в энергию в соответствии с уравнением Эйнштейна, выражающим соотношение между массой и энергией (E=mc2); часть этой энергии передается другим ядрам, вызывая их слияние. Но как получить необходимую для термоядерной реакции начальную температуру, измеряемую миллионами градусов? Раньше такую температуру можно было получить лишь на короткий миг во время взрыва урановой или плутониевой атомной бомбы. Поэтому у всех водородных бомб в качестве "запала" применялись атомные бомбы, действующие по принципу ядерного распада. Когда будут найдены способы дешевого и безопасного получения необходимой начальной температуры и способы её локализации, то наступит время, когда ядерное слияние в качестве источника промышленной энергии окажется экономически более выгодным, чем ядерный распад. Одно из его крупных преимуществ заключается в том, что управляемое слияние не будет давать опасных радиоактивных отходов. Другое его преимущество состоит в том, что топливо для слияния в противоположность топливу для распада имеется на Земле в огромных количествах.

Физики ядерщики определили, что ядра дейтерия особенно легко подвергаются слиянию. Поэтому значение дейтерия все возрастает по мере приближения того времени, когда запасы ископаемого топлива на Земле будут исчерпаны. Запасы же ядерного горючего в Мировом океане практически безграничны. Дейтерий, содержащийся в 1 л морской воды, заключает энергию, эквивалентную энергии около 350 л бензина. Теоретически воды океанов и морей могут обеспечить человечество источником энергии на миллиарды лет.

История открытия тяжелой воды
Американский физико-химик Гарольд Юри (1893-1981), в молодости проявлявший большой интерес к ядерной структуре вещества, решил использовать спектроскопический метод для изучения водорода. Выполненные Г. Юри теоретические расчеты убедили, что попытки разделения водорода на изотопы могут привести к интересным результатам - к выявлению нового стабильного изотопа водорода, существование которого предсказал ещё Э. Резерфорд. Руководствуясь этими соображениями, Г. Юри поручил одному из своих учеников выпарить 6 л жидкого водорода, и в конце эксперимента исследователи получили остаток объемом около 3 см3. Самое удивительное, что в результате спектрального анализа остатка было найдено такое же расположение линий, какое было предсказано Г. Юри на основе теоретических предпосылок. Тяжелый водород - дейтерий был открыт.

Об этом Г. Юри сообщил в 1931 году на новогоднем собрании Американской Ассоциации развития науки в Нью-Орлеане. Дальнейшие усилия ученого были направлены на получение образца с высокой концентрацией дейтерия. Это удалось сделать с помощью электролиза, газовой диффузии, дистилляции воды и других методов. Разные упругости пара H2 и HD позволили Г. Юри, Ф. Брикведде и Г. Мэрфи доказать существование дейтерия. Опубликованная Г. Юри совместно с сотрудниками работа произвела ошеломляющее впечатление на ученых самых различных областей науки. Многие специалисты воспринимали это известие как что-то фантастическое и спорное, но экспериментальные факты показывали, что тяжелый изотоп водорода реально существует.

Дейтерий начал свой сложный путь, а Г. Юри была вручена Нобелевская премия (1934). После открытия дейтерия события развивались очень быстро. Дело было только за экспериментом, но это оказалось весьма сложной технической задачей. Тяжелая вода была впервые обнаружена в природной воде Г. Юри и Э.Ф. Осборном в 1932 году.

Академик Н.Д. Зелинский, узнав об открытии тяжелой воды, писал в 1934 году: "Кто бы мог подумать, что в природе существует еще другая вода, о которой мы до прошлого года ничего не знали, вода, которую в весьма небольшом количестве мы ежедневно вводим в свой организм вместе с питьевой водой. Однако небольшие количества этой новой воды, потребляемые человеком в течение жизни, составляют уже порядок величины, с которым нельзя не считаться". Развивая свою мысль, продолжал: "В эволюции химических форм в биосфере и литосфере тяжелая вода не может не принимать участия, и вопрос о том, в какой стадии такого эволюционного процесса находится тяжелая вода в нашу эпоху, в стадии накопления ее в природе или в стадии деградации, представляется весьма важным и с точки зрения обмена веществ в живых организмах, в котором вода играет первостепенную роль. Все живое проводит через свой организм громадные массы обыкновенной воды, а вместе с ней и тяжелую воду; какое же влияние оказывает последняя на жизненные функции организма? Пока это неизвестно, но такое влияние должно быть несомненным".
  
#16 | Анатолий »» | 10.10.2013 16:49
  
0
О.В. Мосин

ДЕЙТЕРИЙ, ТЯЖЁЛАЯ ВОДА, ЭВОЛЮЦИЯ
И ЖИЗНЬ


Вселенная, образовавшаяся в результате “Большого взрыва” несколько
десятков миллиардов лет тому назад, была значительно горячее и плотнее, чем
сейчас и состояла, в основном, из одного элемента – водорода. Дейтерий
сформировался в последующие мгновения эволюции Вселенной в результате
столкновения свободного нейтрона и протона при температурах миллион градусов
Цельсия. А ещё позже два атома дейтерия вошли в состав ядра гелия, который
состоит из двух протонов и двух нейтронов. Таким образом, дейтерий может
служить своеобразным индикатором эволюции Вселенной, поскольку количество
дейтерия в мире постоянно. Вплоть до настоящего времени считалось, что в
процессе формирования гелия израсходовался почти все атомы дейтерий, и лишь 10
тысяч атомов дейтерия остались неизрасходованными. Исходя из этого количества
дейтерия в мире, природная распространённость дейтерия составляла по расчётам
исследователей не более 0.015% (от общего числа всех атомов водорода). Однако,
недавно было показано, что это не так – что дейтерия во Вселенной гораздо больше.
Статья знакомит читателя с эволюцией Вселенной, образованием дейтерия и его
ролью в молекулярной эволюции.
Началось всё с того, что проводя наблюдения Млечного Пути, американские
учёные обнаружили что дейтерия — тяжёлого водорода – содержится в нём значительно
больше, чем об этом свидетельствовали данные предыдущих исследований. По мнению
астронома Джеффри Лински (Jeffrey L. Linsky) из университета Колорадо (University of
Colorado), руководившего исследованием, эта новая информация может радикальным
образом изменить теоретические положения о формировании звёзд и галактик.
Тяжёлый водород "прятался" от телескопов за скоплениями межзвёздной пыли и
часто был недоступен для наблюдений в силу своей непрозрачности. Астрономы
использовали данные ультрафиолетового телескопа FUSE (Far Ultraviolet Spectroscopic
Explorer). Дейтерий создаёт характерное свечение в ультрафиолетовом диапазоне,
благодаря которому разглядеть тяжёлый водород удалось именно с помощью FUSE.
До настоящего времени считалось, что природная распространённость дейтерия
составляет не более 0.015% (от общего числа всех атомов водорода). Это количество
зависит как от природы вещества, так и от общего количества материи, сформированной в
ходе эволюции Вселенной. Теперь очевидно, что дейтерия в природе намного больше, чем
предполагалось раннее.
Но с чем это может быть связано? Источником дейтерия во Вселенной являются
вспышки сверхновых и термоядерные процессы, идущие внутри звёзд. Возможно этим
объясняется тот факт, что мировое количество дейтерия повышается в период глобальных
потеплений и изменений климата. Однако дейтерий довольно быстро разрушается в этих
звёздах.

Рис. 1 Возможные ядерные реакции с участием дейтерия


Рис. 2. Первый этап эволюции Вселенной. Образование дейтерия из двух атомов


Дело в том, что наряду с водородом в первые мгновения после Большого взрыва
образовалось и огромное количество его изотопа дейтерия. Исходя из предыдущих
наблюдений, учёные постановили, что больше трети первоначально образованного
дейтерия потратилось на создание звёзд. Однако, оказывается, что дейтерия в Млечном
Пути намного больше, чем предполагали ранее. В частности, на звездообразование
потрачена не треть, а всего 15% изотопа и он распределён неравномерно. Эти данные
могут говорить о том, что для формирования звёзд требовалось значительно меньше
водорода, превратившегося затем в гелий. Так же это может оказаться существенным
основанием для пересмотра теории эволюции галактик и звёзд.
Если это так, то необходимо также пересмотреть теорию молекулярной эволюции и
эволюции жизни на нашей планете, поскольку жизнь напрямую связана с водой и
зарождалась в ней. Но была ли это обычная вода? Ещё 10 лет тому назад автор этой
статьи, будучи аспирантом Московской государственной академии тонкой химической
технологии им. М. В. Ломоносова в группе академика РАМН В. И. Швеца выдвинул
предположение, что первичный “первобытный бульон”, в котором зарождалась жизнь в
виде первых коорцерватов, был насыщен тяжёлой водой вследствии того, что в атмосфере
Земли не было защитного озонового слоя и вулканические геотермальные и
электрические процессы в горячей атмосфере, насыщенной водой могли привести к
обогащению гидросферы тяжёлой водой. Но тогда мало кто из учёных увлёкся этой идеей,
хоть и напрямую никто не отвёрг её. И только сейчас стало очевидным, что исследователи
пренебрегали дейтерием в своих расчётах.
Астрономы считают, что гравитационное поле Земли – недостаточно сильно для
удержания водорода, и наша планета постепенно теряет водород в результате его
диссоциации в межпланетное пространство. Водород улетучивается быстрее тяжелого
дейтерия, который способен накапливаться. Так что в течение всей эволюции должно
происходить накопление дейтерия в атмосфере и в поверхностных водах.
Если это так, то необходимо заново пересмотреть эволюцию всего живого на
нашей планете, чтобы смоделировать и предсказать дейтерированные формы жизни. Тем
более, что их можно легко создать в современных условиях – макромолекулы ДНК,
белков, липидов и сахаров – вот те главные компоненты для конструирования
дейтерированных мембран и изучения гидрофобных взаимодействий между
дейтерированными молекулами.
Отдельный вопрос – генетика дейтерированных клеток и изучение распределения
наследственного аппарата, а также физиология, цитология и морфология клетки при росте
на тяжёлой воде.
Модели дейтерированных систем довольно легко прогнозировать и конструировать
в лабораторных условиях. Нами были получены адаптированные к тяжёлой воде штаммы
бактерий, относящиеся к различным таксономическим группам. арактерной особенностью
объектов являлось то, что весь биологический материал клетки вместо природного
водорода содержал дейтерий.
Дейтерированные клетки адаптированных к максимальной концентрации тяжёлой
воды в среде – весьма удобные объекты для исследования. В процессе роста клеток на
тяжёлой воде в них синтезируются макромолекулы, в которых атомы водорода в
углеродном скелете полностью замещены на дейтерий. Такие дейтерированные
макромолекулы претерпевают структурно-адаптационные модификации, необходимые
для нормального функционирования клетки в тяжёлой воде. Но эти изменения не
единственны; физиология, морфология, цитология клетки, а также генетический аппарат
клетки также подвергается воздействию и модификации в тяжёлой воде.
Способность микроорганизмов расти в искусственных условиях на
тяжёловодородных средах, в которых все атомы протия заменены на дейтерий является
одним из интереснейших биологических феноменов (О.В. Мосин, Д.А. Складнев, В. И.
Швец, 1996).
Тяжёлая вода (оксид дейтерия) — имеет ту же химическую формулу, что и
обычная вода, но вместо атомов водорода содержит два тяжёлых изотопа водорода —
атомы дейтерия. Формула тяжёловодородной воды обычно записывается как: D2O или
2H2O. Внешне тяжёлая вода выглядит как обычная — бесцветная жидкость без вкуса и
запаха.
По своим свойствам тяжелая вода заметно отличается от обычной воды. Реакции с
тяжелой водой протекают медленнее, чем с обычной, константы диссоциации молекулы
тяжёлой воды меньше таковых для обычной воды.
Молекулы тяжёловодородной воды были впервые обнаружены в природной воде
Гарольдом Юри в 1932 году году. А уже в 1933 году Гильберт Льюис получил чистую
тяжёловодородную воду путём электролиза обычной воды.
В природных водах соотношение между тяжёлой и обычной водой составляет
1:5500 (в предположении, что весь дейтерий находится в виде тяжёлой воды D2O, хотя на
самом деле он частично находится в составе полутяжёлой воды HDO).
Тяжёлая вода токсична лишь в низких концентрациях, химические реакции в её
среде проходят несколько медленнее, по сравнению с обычной водой, водородные связи с
участием дейтерия несколько сильнее обычных. Эксперименты над млекопитающими
показали, что замещение 25% водорода в тканях дейтерием приводит к стерильности,
более высокие концентрации приводят к быстрой гибели животного. Однако некоторые
микроорганизмы способны жить в 70%-ной тяжёлой воде) (простейшие) и даже в чистой
тяжёлой воде (бактерии). Человек может без видимого вреда для здоровья выпить стакан
тяжёлой воды, весь дейтерий будет выведен из организма через несколько дней. В этом
отношении тяжёлая вода менее токсична, чем, например, поваренная соль.
Тяжёлая вода накапливается в остатке электролита при многократном электролизе
воды. На открытом воздухе тяжёлая вода быстро поглощает пары обычной воды, поэтому
можно сказать, что она гигроскопична. Производство тяжёлой воды очень энергоёмко,
поэтому её стоимость довольно высока (ориентировочно 200-250 долларов за кг).

Физические свойства обычной и тяжёлой воды


Важнейшим свойством тяжёлой воды является то, что она практически не
поглощает нейтроны, поэтому используется в ядерных реакторах для торможения
нейтронов и в качестве теплоносителя. Она используется также в качестве изотопного
индикатора в химии и биологии. В физике элементарных частиц тяжёлая вода
используется для детектирования нейтрино; так, крупнейший детектор солнечных
нейтрино в Канаде содержит 1 килотонну тяжёлой воды.
Российскими учёными из ПИЯВ разработаны на опытных установках
оригинальные технологии получения и очистки тяжелой воды. В 1995 была введена в
эксплуатацию первая в России и одна из первых в мире опытно-промышленная установка
на основе метода изотопного обмена в системе вода-водород и электролиза воды (ЭВИО).
Высокая эффективность установки ЭВИО дает возможность получать тяжелую
воду с содержанием дейтерия > 99,995 % ат. Отработанная технология обеспечивает
высокое качество тяжелой воды, включая глубокую очистку тяжелой воды от трития до
остаточной активности, позволяющей без ограничений использовать тяжелую воду в
медицинских и научных целях.
Возможности установки позволяют полностью обеспечить потребности российских
предприятий и организаций в тяжелой воде и дейтерии, а также экспортировать часть
продукции. За время работы для нужд Росатома и других предприятий России были
произведены более 20 тонн тяжёлой воды и десятки килограммов газообразного дейтерия.
Существует также и полутяжёлая (или дейтериевая) вода, у которой только один
атом водорода замещен дейтерием. Формулу такой воды записывают так: DHO.
Термин тяжёлая вода применяют также по отношению к воде, у которой любой из
атомов заменен тяжёлым изотопом:
к тяжёлокислородной воде (в ней лёгкий изотоп кислорода 16O замещен тяжёлыми
изотопами 17O или 18O),
к тритиевой и сверхтяжёлой воде (содержащей вместо атомов 1H его
радиоактивный изотоп тритий 3H).
Открытие тяжелой воды послужило толчком к выяснению фракционного состава
воды. Вскоре была обнаружена сверхтяжелая вода Т20. В ее составе место водорода
занимает его природный изотоп, еще более тяжелый, чем дейтерий. Это тритий (Т), он
радиоактивен, атомная масса его равна 3. Тритий зарождается в высоких слоях
атмосферы, где идут природные ядерные реакции. Он является одним из продуктов
бомбардировки атомов азота нейтронами космического излучения. Ежеминутно на
каждый квадратный сантиметр земной поверхности падают 8-9 атомов трития.
В небольших количествах сверхтяжелая (тритиевая) вода попадает на Землю в
составе осадков. Во всей гидросфере одновременно насчитывается лишь около 20 кг Т20.
Тритиевая вода распределена неравномерно: в материковых водоемах ее больше, чем в
океанах; в полярных океанских водах ее больше, чем в экваториальных. По своим
свойствам сверхтяжелая вода еще заметнее отличается от обычной: кипит при 104°С,
замерзает при 4...9°С, имеет плотность 1,33 г/см3.
Сверхтяжелую воду применяют в термоядерных реакциях. Она удобнее
дейтериевой, так как чувствительнее в определении.
Перечень изотопов водорода не кончается тритием. Искусственно получены и
более тяжелые изотопы4Hи5H,тожерадиоактивные.
Если подсчитать все возможные различные соединения с общей формулой Н2О, то
общее количество возможных «тяжёлых вод» достигнет 48. Из них 39 вариантов —
радиоактивные, а стабильных вариантов всего девять:


Таким образом, возможно существование молекул воды, в которых содержатся
любые из пяти водородных изотопов в любом сочетании.
Этим не исчерпывается сложность изотопного состава воды. Существуют также
изотопы кислорода. В периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева
значится всем известный кислород 16O. Существуют еще два природных изотопа
кислорода – 17O и 18O. В природных водах в среднем на каждые 10 тысяч атомов изотопа
16O приходится 4 атома изотопа 17O и 20 атомов изотопа 18O.
По физическим свойствам тяжелокислородная вода меньше отличается от
обычной, чем тяжеловодородная. Получают ее в основном перегонкой природной воды и
используют как источник препаратов с меченым кислородом.

Помимо природных, существуют и шесть искусственно созданных изотопов
кислорода. Как и искусственные изотопы водорода, они недолговечны и радиоактивны.
Из них: 13O, 14O и 15O – легкие, 19O и 20O – тяжелые, а сверхтяжелый изотоп – 24O получен в
1970 году.
Существование пяти водородных и девяти кислородных изотопов говорит о том,
что изотопных разновидностей воды может быть 135.
Наиболее распространены в природе 9 устойчивых разновидностей воды.
Основную массу природной воды – свыше 99% – составляет протиевая вода –
1H2
16O. Тяжелокислородных вод намного меньше: 1H2
18O – десятые доли процента.
1H2
17O – сотые доли от общего количества природных вод. Только миллионные
доли процента составляет тяжелая вода D2O, зато в форме 1HDO тяжелой воды в
природных водах содержится уже заметное количество.
Еще реже, чем D2O, встречаются и девять радиоактивных естественных видов
воды, содержащих тритий:
Классической водой следует считать протиевую воду 1H2
16O в чистом виде, то есть
без малейших примесей остальных 134 изотопных разновидностей. И хотя содержание
протиевой воды в природе значительно превосходит содержание всех остальных вместе
взятых видов, чистой 1H2
16O в естественных условиях не существует. Во всем мире такую
воду можно отыскать лишь в немногих специальных лабораториях. Ее получают очень
сложным путем и хранят с величайшими предосторожностями. Для получения чистой
1H2
16O ведут очень тонкую, многостадийную очистку природных вод или синтезируют
воду из исходных элементов 1H2 и 16O, которые предварительно тщательно очищают от
изотопных примесей. Такую воду применяют в экспериментах и процессах, требующих
исключительной чистоты химических реактивов.


Но самый большой эффект наблюдается для пары протий/дейтерий. Этим
двукратным увеличением массы дейтерона относительно протона и обуславливаются так
называемые изотопные эффекты тяжёлой воды - энергия связи, константа диссоциации,
подвижность, длина связи и т.д.
С первых экспериментов американца Креспи и Даболла в 1940-х годах прошлого
века, вплоть до конца 90-х годов установилось устойчивое представление, что тяжёлая
вода несовместима с жизнью и что высокие концентрации тяжёлой воды могут приводить
к ингибированию многих жизненно-важных мутаций, включая блокировку митоза в
стадии профазы, и даже в некоторых случаях вызывать спонтанные мутации.
Клетки животных способны выдерживать до 25-30% тяжёлой воды в среде,
растений (50%), а клетки простейших микроорганизмов способны жить на 80% тяжелой
воде. Однако, потом было доказано, что многие организмы могут быть адаптированы к
росту на тяжёлой воде.
Тяжёлая вода высокой концентрации токсична для организма; химические реакции
в её среде проходят несколько медленнее, по сравнению с обычной водой, водородные
связи с участием дейтерия несколько сильнее обычных.
Тем не менее тяжелая вода играет значительную роль в различных биологических
процессах. Систематическое изучение ее воздействия на животных и растения начато
сравнительно недавно. Различные исследователи независимо друг от друга установили,
что тяжелая вода действует отрицательно на жизненные функции организмов; это
происходит даже при использовании обычной природной воды с повышенным
содержанием тяжелой воды (рис. 3).

Влияние концентрации дейтерия на рост высших растений

Рис.3. Выживаемость различных организмов в воде с различными концентрациями дейтерия


Подопытных животных поили водой, 1/3 часть которой была заменена водой
состава HDO. Через недолгое время начиналось расстройство обмена веществ животных,
разрушались почки. При увеличении доли тяжелой воды животные погибали.
На развитие высших растений тяжелая вода также действует угнетающе; если их
поливать водой, на половину состоящей из тяжелой воды, рост прекращается (рис. 4).


Рис 4. Поливка помидорной рассады 30, 50 и 60%-ной тяжёлой водой ингибирует
рост растения (по данным Креспи и Катца, 1972).


Пониженное содержание дейтерия в воде стимулирует жизненные процессы. Такие
данные получили Бердышев Г.Д., Варнавский И.Н. Они долгое время наблюдали за
растениями и животными, потреблявшими воду, в которой содержалось дейтерия на 25%
ниже нормы. Оказалось, что, потребляя такую воду, свиньи, крысы и мыши дали
потомство, гораздо многочисленнее и крупнее обычного, яйценоскость кур поднялась
вдвое, пшеница созрела раньше и дала более высокий урожай.
Первые результаты изучения тяжелой воды показывают, сколько необычных
свойств таит такое обыкновенное вещество, как вода.
Российские исследователи давно обнаружили, что тяжелая вода тормозит рост
бактерий, водорослей, грибов, высших растений и культуры тканей животных. А вот вода
со сниженной до 30% концентрацией дейтерия (так называемая "бездейтериевая" вода)
способствует увеличению биомассы и количества семян, ускоряет развитие половых
органов и стимулирует сперматогенез у птиц.
За рубежом пробовали поить тяжелой водой мышей со злокачественными
опухолями. Но та вода оказалась по настоящему мертвой: и опухоли губила, и мышей.
Различные исследователи установили, что тяжелая вода действует отрицательно на
растительные и живые организмы. Подопытных собак, крыс и мышей поили водой, треть
которой была заменена тяжелой водой. Через некоторое время начиналось расстройство
обмена веществ животных, разрушались почки. При увеличении доли тяжелой воды
животные погибали. И наоборот, снижение содержания дейтерия на 25% ниже нормы в
воде, которую давали животным, благотворно сказалось на их развитии: свиньи, крысы и
мыши дали потомство, во много раз многочисленнее и крупнее обычного, а яйценосность
кур поднялась вдвое.
Тогда учёные во главе с профессором Г.Д. Бердышевым взялись за "облегченную"
воду. Эксперименты проводили на 3 моделях перевиваемых опухолей: карцинома легких
Льюис, быстро растущая саркома матки и рак шейки матки, который развивается
медленно. "Бездейтериевую" воду исследователи получали по специальной технологии
электролизом дистиллированной воды. В опытных группах животные с перевитыми
опухолями получали воду с пониженным содержанием дейтерия, в контрольных группах -
обычную. Животные начали пить "облегченную" и контрольную воду в день перевивки
опухоли и получали ее до последнего дня жизни.
Вода с пониженным содержанием дейтерия задерживала появление первых узелков
на месте перевивки рака шейки матки. Однако, на время возникновения узелков других
типов опухоли облегченная вода не действовала. Но во всех опытных группах с тяжёлой
водой, начиная с первого дня измерений и практически до завершения эксперимента,
объем опухолей был меньше, чем в контрольной группе. К сожалению, хотя тяжёлая вода
и тормозит развитие всех исследованных опухолей, жизнь экспериментальным мышам
она не продлевает.
Как это всё происходит на уровне метаболизма? При попадании клеток в
дейтерированную тяжёловодородную среду из них не только исчезает протонированная
вода за счет реакции обмена Н2О-D2О, но и происходит быстрый H±D обмен в
гидроксильных, сульфгидрильных и аминогруппах всех органических соединений,
включая белки, нуклеиновые кислоты, липиды, сахара. Только С—Н-связь не
подвергается обмену и соединения типа С—D синтезируются «de поvo».
Интересно, что после обмена H±D ферменты не прекращают своей функции
(Themson et al., 1966; Денько, 1974), но изменения в результате изотопного замещения за
счет первичного и вторичного изотопных эффектов (Thomson, 1963; Halevy, 1963), а также
действие тяжёлой воды как растворителя (большая структурированность и вязкость по
сравнению с обычной водой) приводят к изменению скоростей (замедлению) и
специфичности ферментативных реакций в тяжёлой воде.
Присутствие дейтерия в биологических системах приводит к изменениям
структуры и свойствам жизненно-важных макромолекул таких как
дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК) и белки. При этом различают первичные и
вторичные изотопные эффекты дейтерия в зависимости от того, какое положение
занимает атом дейтерия в молекуле. Наиболее важными для структуры макромолекулы
связи являются динамические короткоживущие водородные (дейтериевые) связи. Они
формируются между соседними атомами дейтерия (водорода) и гетероатомами кислорода,
углерода, азота, серы и т.д. и играют главную роль в поддержании пространственной
структуры макромолекулярных цепей и как эти структуры взаимодействуют с другими
соседними макромолекулярными структурами, а также с тяжелой водной окружающей
среды.
Структурно-динамические свойства клеточной мембраны, которые в большинстве
зависят от качественного и количественного состава липидов, также могут изменяться в
присутствии тяжёлой воды. Полученный результат объясняется тем, что клеточная
мембрана является одной из первых органелл клетки, которая испытывает воздействие
тяжёлой воды, и тем самым компенсирует реалогические параметры мембраны (вязкость,
текучесть, структурированность) изменением количественного и качественного состава
липидов.
Возможно эффекты, наблюдаемые при адаптации к тяжёлой воде связаны с
образованием в тяжёлой воде конформаций молекул с иными структурно-динамическими
свойствами, чем конформаций, образованных с участием водорода, и поэтому имеющих
другую активность и биологические свойства. Так, по теории абсолютных скоростей
разрыв СH-связей может происходить быстрее, чем СD-связей, подвижность иона D+
меньше, чем подвижность Н+, константа ионизации тяжёлой воды меньше константы
ионизации обычной воды. Всё это отражается на кинетике химической связи и скорости
хим. реакций в тяжёлой воде.
Связи, образованные атомами углерода с дейтерием немного прочнее, чем СН-
связи из-за того, что частота колебания дейтерона, имеющего большую массу (в два раза
большую, чем протон) и размер меньше частоты колебания протона и тем самым, это
стабилизирует связь.
Другое важное свойство определяется самой пространственной структурой
тяжёлой воды, которая имеет тенденцию сближать гидрофобные группы макромолекулы,
чтобы минимизировать их эффект на водородную (дейтериевую) связь в присутствии
молекул тяжёлой воды. Так что структура спирали, каковой является ДНК в присутствии
тяжёлой воды стабилизируется. Кроме этого, отмечены радиопротекторные свойства
тяжёлой воды на клетки печени обезьяны, в которой экспонировались эти клетки. Также
было показано, что жизненный цикл плоских червей, выращенных на тяжёлой воде
увеличивается в 1.5 раза по-сравнению с червями, выращенными на обычной воде
(М.Шепенинов, 2006).
Вероятно, клетка реализует лабильные адаптивные механизмы, которые
способствуют функциональной реорганизации работы жизненно-важных систем в
тяжёлой воде. Так, например, нормальному биосинтезу и функционированию в тяжёлой
воде таких биологически активных соединений, как нуклеиновые кислоты и белки
способствует поддержание их структуры посредством формирования водородных
(дейтериевых) связей в молекулах.
Связи, сформированные атомами дейтерия различаются по прочности и энергии от
аналогичных водородных связей. Различия в нуклеарной массе атома водорода и дейтерия
косвенно могут служить причиной различий в синтезах нуклеиновых кислот, которые
могут приводить в свою очередь к структурным различиям и, следовательно, к
функциональным изменениям в клетке.
Ферментативные функции и структура синтезируемых белков также изменяются
при росте клеток на тяжёлой воде, что может отразиться на процессах метаболизма и
деления клетки.
Изменения соотношения основных метаболитов в процессе адаптации к
тяжеловодородной среде также может являться причинами гибели клеток. Клетки высших
организмов погибают при содержании тяжёлой воды в составе тела свыше 30%, но
микроорганизмы, легко приспосабливающиеся к резким изменениям среды обитания,
способны жить и размножаться даже в 98%-ной тяжёлой воды (Мосин О.В, 1996).
Давно замечено, что адаптация к тяжёлой воде проходит легче при постепенном
увеличении содержания дейтерия в среде (Денько Е.И, 1970), так как чувствительность к
тяжёлой воде разных ключевых систем различна. Практически даже
высокодейтерированные среды содержат протоны от 0,2—10%. Возможно, что
остаточные протоны в момент адаптации к тяжёлой воде облегчают перестройку к
изменившимся условиям, встраиваясь именно в те участки, которые наиболее
чувствительны к замене. Если это так, то встраивание протонов должно приводить к
накоплению легкого изотопа в органическом материале клеток и соответственно к
обогащению тяжелым изотопом среды культивирования.
Способность к адаптации в высоких концентрациях тяжёлой воды связана с
эволюционным уровнем организации, т. е. чем ниже уровень развития живого, тем выше
способность к адаптации (О.В. Мосин, Д.А. Складнев, В.И. Швец, 1996).
Дейтерированные клетки адаптированных к максимальной концентрации тяжёлой
воды в среде микроорганизмов – весьма удобные объекты для исследования. В процессе
роста клеток на тяжёлой воде в них синтезируются макромолекулы, в которых атомы
водорода в углеродном скелете почти полностью замещены на дейтерий. Такие
дейтерированные макромолекулы претерпевают структурно-адаптационные
модификации, необходимые для нормального функционирования клетки в тяжёлой воде.
Эти факты позволяют видеть некоторую аналогию между адаптацией к тяжёлой
воде и адаптации к низким температурам. Ещё Юнг (Jung, 1967) на клетках Escherichia
coli, помещенных в 98,6%-ную тяжёлую воду, показал, что эффект торможения роста
тяжелой воды может быть компенсирован повышением температуры роста. Аналогия с
охлаждением позволяет рассматривать адаптацию к тяжёлой воде, как адаптацию к
неспецифическому фактору, действующему одновременно на функциональное состояние
большого числа систем: превращение энергии, биосинтетические процессы, транспорт
веществ, структуру и функции макромолекул. Возможно, что наиболее чувствительными
к замене Н+ на D+ оказываются именно те системы, которые используют высокую
подвижность протонов и высокую скорость разрыва протонных связей. Такими системами
в клетке могут быть дыхательная цепь и аппарат биосинтеза макромолекул, которые
располагаются в цитоплазматической мембране или находятся под ее контролем.
Аналогия между адаптацией к тяжёлой воде и температурной адаптацией очень
важна для конструирования дейтерированных ферментов, которые смогут
функционировать в условиях высоких температур. Такие стабильные дейтерированные
ферменты необходимы в биотехнологии, медицине и сельском хозяйстве.
Это привело бы к ускорению обменных процессов в организме человека, а,
следовательно, к увеличению его физической и интеллектуальной активности. Но вскоре
возникли опасения, что полное изъятие из воды дейтерия приведет к сокращению общей
длительности человеческой жизни. Ведь известно, что наш организм почти на 70%
состоит из воды. И в этой воде 0,015% дейтерия. По количественному содержанию (в
атомных процентах) он занимает 12-е место среди химических элементов, из которых
состоит организм человека. В этом отношении его следует отнести к разряду
микроэлементов. Содержание таких микроэлементов как медь, железо, цинк, молибден,
марганец в нашем теле в десятки и сотни раз меньше, чем дейтерия. Что же случится, если
удалить весь дейтерий? На этот вопрос науке еще предстоит ответить. Пока же
несомненным является тот факт, что, меняя количественное содержание дейтерия в
растительном или животном организме, мы можем ускорять или замедлять ход
жизненных процессов.
Литературные источники:
Денько Е.И. Влияние тяжелой воды D2O на клетки животных, растений и
микроорганизмы. Успехи совр. биол., 1970, т. 20. - № 1 (4). - с. 41 - 85.
Лобышев В.Н., Калиниченко Л.П. Изотопные эффекты D2O в биологических
системах. М.: Наука, 1978. – 215 с.
Ерёмин В. А., Чекулаева Л. Н. Выращивание бактерий Micrococcus Lysodeikticus на
дейтерированной среде, Микробиология, 1978
Crespi H. L. Biosynthesis and uses of per-deuterated proteins. in: Synt. and Appl. of Isot.
Label. Compd. // Ed. R. R. Muccino. - Elsevier. - Amsterdam, 1986 - P. 111-112.
Katz J, Crespi H.L. // Pure Appl. Chem. - 1972. - V.32. - P. 221-250.
Daboll H. F., Crespi H. L., Katz J. J. // Biotechnology and Bioengineering. - 1962. - V. 4. -
P. 281-297.
Jung K. // Studia Biophysica. - 1967 – V. 4. - 125
Мосин О. В., Карнаухова Е. Н., Пшеничникова А. Б., Складнев Д. А., Акимова О. Л. //
Биотехнология. - 1993. - N 9. - С. 16-20.
Мосин О. В., Складнев Д. А., Егорова Т. А., Юркевич А. М., Швец В. И. //
Биотехнология. - 1996. - N 3. - С. 3-12.
Мосин О. В., Складнев Д. А., Егорова Т. А., Юркевич А. М., Швец В. И. // Биотехнология.
- 1996. - N 4. - С. 27-35.
Складнев Д. А., Мосин О. В., Егорова Т. А., Ерёмин С. В., Швец В. И. // Биотехнология. -
1996. - N 5. - С. 25-34.
Мосин О. В., Складнев Д. А., Егорова Т. А., Швец В. И. // Биоорганическая химия. - 1996.
- Т. 22. - N 10-11. - С. 856-869.
Мосин О.В., Складнев Д.А., Швец. Исследование физиологической адаптации бактерий
на тяжёловодородной среде. Биотехнология. 2000 г. N 8.
Бадьин В. И., Дробышевский Ю. В. и др. Отчет о НИР «Разработка препарата и
способа его получения для стимуляции жизнедеятельности организма», Фирма «Мед-
Чернобыль», 1993 г.
Бердышев Г.Д., Варнавский И.Н., Прилипенко В.Д. Аквабиотика – наука о роли воды в
жизненных процессах. В кн.: Информоенергетика ІІІ-го тисячоліття: соціолого-
синергетичні та медично-екологічні підходи. Київ – Кривий Ріг: ЗАТ “ЗТНВФ “Коло”,
2003, с. 22 – 28.
Варнавский И.Н., Бердышев Г.Д., Прилипенко В.Д. Целебная реликтовая вода –
открытие третьего тысячелетия. Вопросы химии и химической технологии, 2002, № 5,
с. 168 – 174.
#17 | Елена »» | 11.06.2015 00:40 | ответ на: #9 ( Анатолий ) »»
  
0
"И вот на границе протерозоя и мезозоя (250—300 млн. лет назад) " - между протерозоем и мезозоем был ещё палеозой, причём, верхний и нижний, т. е. в нем было 6 периодов, тогда как в мезозое и кайнозое по 3.
"Затем, неизвестно по каким причинам, он треснул, и части его начали расползаться, «уплывать» друг от друга" - с таким подходом можно выдвинуть сотню гипотез не заботясь о научной аргументации.
  
#18 | Анатолий »» | 11.06.2015 01:05 | ответ на: #17 ( Елена ) »»
  
0
Да Елена, там не один ляпсус именно в этой статье. Это в общем то популярная статья, и подобные статьи многие грешат "свободой мысли"
Добавлять комментарии могут только
зарегистрированные пользователи!
 
Имя или номер: Пароль:
Регистрация » Забыли пароль?
 
© decoder.ru 2003 - 2019, создание портала - Vinchi Group & MySites
ЧИСТЫЙ ИНТЕРНЕТ - logoSlovo.RU