Большинство явлений в природе являются настолько привычными, что мы не обращаем внимания на физику этих процессов. Вода – самое распространенное вещество на Земле, но и самое загадочное. Это жидкость, на основе которой построены все биологические процессы в живых организмах. Вода – это растворитель и проводник для обменных процессов в клетках.
У воды есть одно странное свойство, которое так и не объяснено в физике – это способность расширяться при охлаждении и при кристаллизации.
Как и любое другое вещество при охлаждении вода сжимается, но это происходит лишь до значения 3,98 гр. Но при дальнейшем охлаждении ее объем увеличивается примерно по такой же кривой. А при замерзании (кристаллизации), объем воды (льда) стремительно увеличивается.
Все знают, что лед может разорвать не только хрупкие стеклянные сосуды, но и прочные герметичные металлические трубы и емкости.
В природе лед образуется на поверхности водоемов и рек и является теплозащитой этих водоемов. Представьте, что было бы, если вода не обладала такой странностью. Тогда охлаждающиеся массы воды в мороз будут опускаться на дно, перемешиваться с более теплыми слоями, лед не будет образовываться бы до тех пор, пока весь объем воды в озере не достигнет 0 гр.
В холодные периоды водоемы промерзали бы насквозь. В них исчезла бы рыба и другие живые организмы, не способные переносить заморозку. Нарушилась бы экосистема, животный мир водоемов был бы более примитивным в холодных регионах. Это отразилось бы и на наземных обитателях.
С чем связано такое странное поведение воды? Физика не дает четкого ответа, существуют только модели, которые еще не подтверждены экспериментально.
Общепринятой теорией, отвечающей на вопрос, почему вода увеличивает свой объем при понижении температуры, является модель смеси двух компонент воды - «нормальной» и «льдоподобной». Впервые эта теория была предложена в XIX веке Гарольдом Витингом. Нагревание переохлажденной воды приводит к плавлению этих наноструктур и к появлению двух видов воды: с большей и меньшей плотностью. Но экспериментально эта модель так и не нашла подтверждения.
Не так давно японский физик Масакадзу Мацумото выдвинул новую теорию.
Согласно его модели, вода содержит некие «витриты», представляющие собой выпуклые пустотелые многогранники, в вершинах которых находятся молекулы воды, а ребрами служат водородные связи. При повышении температуры между собой конкурируют эти два явления: удлинение водородных связей между молекулами воды и деформация витритов, приводящая к уменьшению их полостей. В диапазоне температур от 0 до 3,98°Cуменьшение их полостей доминирует над эффектом удлинения водородных связей, что в итоге дает наблюдаемое сжатие воды.
Более подробно эта модель описана в статье:
Модель так же не подтверждена экспериментально и все они остаются гипотезами, а не теориями. Т.е. в физике четко не получен ответ: почему вода расширяется при охлаждении.
Это необычное свойство расширяться при охлаждении имеет не только вода, но и ряд других веществ: германий, кремний, галлий, сурьма, висмут, церий. Но при обычных условиях это твердые вещества. А в расплавленном состоянии при повышенных температурах находятся только в недрах. Вернемся к воде.
Такое свойство воды дает почву для размышлений креационистам. Что у нашего мира есть Творец и все в нем продумано, свои свойства материя имеет не просто так. Что случайнойти не случайны.
Есть еще одна интересная особенность у воды – это точка на шкале температур с минимальной удельной теплоемкостью. Минимальное значение теплоемкости (способность запасать тепловую энергию) вода имеет при +37 гр.
Не просто так тело человека имеет температуру +36,6 гр. При этом значении вода быстрее нагревается и быстрее остывает, т.е. происходит более динамичный процесс терморегуляции организма с минимальными затратами энергии.
Про память воды, про влияние на рисунок кристаллизации звуков тоже можно упомянуть, но наука этими экспериментами не занимается.