Имеется ли у Ю. Андреева достаточно убедительный ответ на этот вопрос? На мой взгляд, такого ответа у него нет. Ю. Андреев, как и многие другие авторы, видит причину необыкновенных свойств талой воды в изменении ее кристаллической структуры. Он даже подчеркивает, что при отрицательных температурах практически все 100 % молекул воды преобразуются в единый тип. Да, при замораживании воды образуется кристаллическая структура льда. Эта структура однотипна. Но это же не питьевая вода с упорядоченной структурой, а лед, прочность которому обеспечивают водородные связи.
Образование льда – это самое наглядное проявление водородных связей (рис. 6).
Слово «кристалл» в переводе с греческого означает «лед». Во времена Римской империи в Альпах прозрачный хрусталь был принят за окаменевший лед, откуда и произошло его название – горный хрусталь, то есть горный лед.
В результате рентгенографического изучения структуры льда была установлена его тетраэдрическая структура: каждый атом кислорода связан водородными связями с четырьмя другими атомами кислорода. Эти четыре атома, соответствующие четырем молекулам воды, образуют как бы элементарные ячейки, из которых и выстраивается ажурная решетка кристаллического льда (рис. 7).
Такая картина (см. рис. 7) полного сохранения четверной координации (тетраэдрической структуры) наблюдается только при очень низких температурах (-183 °C), а при более высоких температурах (но отрицательных) наблюдается небольшое искажение ажурной конфигурации тетраэдрического типа тепловым движением некоторых молекул воды.
Одно из главных условий структуры льда – строгая направленность водородных связей, а отклонение от линейности приводит к резкому их ослаблению, равносильному разрыву.
Посмотрим, как происходит таяние льда. При температуре 0 °C жесткие связи между молекулами воды начинают разрываться (тепловое движение молекул воды преодолевает водородные связи), и кристаллическая структура льда, естественно, начинает разрушаться. Но водородные связи между молекулами воды все же остаются, хотя уже и неупорядоченные. Можно сказать так, что долговременных водородных связей между молекулами воды в жидкой фазе не существует, каждая из связей кратковременна, но в любой момент абсолютное большинство молекул воды связаны между собой водородными связями. Таким образом, при таянии льда в воду переходят те молекулы, у которых ослабли водородные связи, и они попросту отрываются от кристаллической решетки льда и приобретают подвижность. От структуры льда в этих молекулах не остается ровным счетом ничего. Но в то же время жидкая вода остается такой субстанцией, которая имеет структуру в виде подвижных водородных связей (с быстрой передислокацией этих связей от одной молекулы воды к другой). И эта структура присуща ей по причине особого устройства ее молекул. Но это обстоятельство не дает нам оснований манипулировать термином «структурированная вода», подразумевая под ним неким образом искусственно создаваемую структуру жидкой воды (ту же талую воду, получаемую при размораживании льда), так как в противном случае мы должны будем признать возможность существования неструктурированной жидкой воды, какой в природе просто нет. Неструктурированной вода может быть только в газообразном состоянии. Каждая молекула воды имеет водородные связи с четырьмя ближайшими своими соседями. Особенности этих связей в жидкой воде таковы, что они могут легче изогнуться, чем разорваться. Кроме того, эти связи создают некоторую ажурность в структуре жидкой воды, что не дает молекулам воды плотно упаковываться, наподобие бильярдных шаров. Но остается ли в жидкой воде хотя бы в какой-то мере льдоподобная структура? На этот вопрос можно уверенно ответить: нет, не остается.
На мой взгляд, неправомочно использование и самого термина «льдоподобная структура» в отношении жидкой воды. И в твердом, и в жидком состояниях воде свойственны водородные связи. Таких связей, повторюсь, нет только у свободной газообразной воды. Поэтому спектров, характерных для частот молекул без водородных связей, в жидкой воде до сих пор не обнаружено. Следовательно, имеет смысл говорить только о силе водородных связей в воде. Эти связи могут быть более или менее прочными. Даже льду для полного сохранения тетраэдрической структуры требуется очень низкая температура (до -183 °C). А в жидкой воде могут быть растворены еще и газы, и соли, и кислоты, которые оказывают существенное влияние на величину водородных связей в ней. На величину водородных связей оказывает влияние и температурный режим.
А теперь рассмотрим несколько примеров, связанных со льдом и с его кристаллической структурой.