Владимир Кучин - Вода, активированная гиперзвуком

Так в самом начале 19-го века для исследования состава воды частично случайно впервые была использована электрическая батарея постоянного тока.

В 1805 г. французский физик Жозеф Гей-Люссак (1778—1850) и немецкий натуралист Александр фон Гумбольт (1769—1859) устанавливают закон кратных объемов при химическом взаимодействии газов и находят, что два объема водорода соединяются с одним объемом кислорода в воду.

В 1815 г. удивительную и революционную гипотезу выдвинул английский химик Уильям Праут (1785—1850). Он утверждал, что первичной материей является водород, а все остальные элементы «сделаны» из него. Идея Праута базировалась на том, что если атомный вес водорода принять за 1, то атомные веса всех известных к тому времени элементов будут выражаться целыми числами, в частности кислород будет иметь атомный вес 16. Гипотезу Праута опровергли тем, что хлор уже имел при таком исчислении атомный вес 35,5. И все же Праут оказался прав – атомы всех элементов действительно имели в составе своего ядра – ядра водорода и нейтроны, имеющие практически такую же массу, как ядро водорода. Частицу, образующую ядро водорода, в честь Праута назвали «протон», а загадка хлора была разгадана – в его атомном весе наряду со стабильным изотопом Cl-35 большую роль сыграл стабильный изотоп Cl-37, о существовании которого в 19-м веке не знали. Так завершились поиски основного элемента нашего мира – это оказалась не вода, а ядро атома водорода, следовательно, древние философы оказались правы в своих воззрениях ровно наполовину.

В 1843 г. французский химик Жан Батист Дюма (1800—1884) занимался определением состава воды, и установил, что отношение весов водорода и кислорода в воде составляет 2:16.

В 1846 г. французский физик Эдмон Беккерель (1820—1891) провел измерение электропроводности жидкостей.

В 1847 г. немецкий химик Роберт Бунзен (1811—1899) исследует в длинных трубках воду исландских гейзеров и показывает, что чистая вода, кажется синей. Это было первое правильное использование спектра воды для определения ее чистоты (напомним, что Ньютон считал цвет воды зеленым). Впрочем, с давних времен люди знали, что свежевыпавший снег – кристаллы воды – имеют голубоватый оттенок.

В 1847 г. английский физик Майкл Фарадей (1791—1867) и независимо от него немецкий физик Юлиус Плюккер (1801—1868) занимались изучением магнитных свойств газов, и установили, что все газы – в т.ч. водород и водяной пар – диамагнитные. Исключение составил кислород, обладающий существенным парамагнетизмом. Термин «диамагнетизм» в сентябре 1848 г. предложил Фарадей. В научном плане диамагнетизм означает возникновение силы отталкивания у вещества от внешнего магнитного поля. В практическом плане невесомый магнит, например, кольцевой ток в невесомом сверхпроводнике будет отталкиваться от поверхности воды, т.е. явление левитации – хождения по воде – не является чудом, а имеет строгое научное объяснение.

В начале 20-го века знания о воде стабилизировались, и ничего не предвещало новых достижений.

В 1909 году датский биохимик Сёрен Сёренсен (1868—1939), возглавлявший лабораторию в пивной компании «Карлсберг» в Копенгагене, разработал методы определения концентрации ионов водорода в растворах, и ввел водородный показатель Рн (который называют и кислотностью) и шкалу Рн. Рн-метры, – приборы, работающие по шкале Сёренсена, используются и в настоящее время для контроля воды и пищевых продуктов на ее основе.

Прошло 10 лет и свою огромную лепту в изучение воды стали вносить физики-ядерщики.

В 1920 г. британский физик Эрнест Резерфорд (1871—1937) и независимого от него американский физик Уильям Харкинс (1873—1951) предсказали существование стабильного изотопа водорода, имеющего атомную массу 2 – 2Н.

В 1929 г. американские физики Херрик Джонстон (1898—1965) и Уильям Джиок (1895—1982) экспериментами доказали существование стабильных изотопов кислорода с атомными массами 17 и 18 – 17О, 18О. До этого открытия химики считали, что кислород существует только в виде стабильного изотопа с массой 16 – 16О. От массы изотопа 16О были рассчитаны массы всех известных к 1929 г. химических элементов. И неожиданно оказалось, что масса кислорода О в «Таблице Менделеева» не 16,0, а 16,0035. Открытие Джонстона и Джиока было очень значительным, оно заставило пересчитать все атомные массы. Кроме того, пошатнулась сама идея вписать все изотопы химического элемента в одну «клеточку» таблицы Менделеева. Особенно ярко это проявилось в 1932 г.

Сегодня за опорную массу принята масса изотопа углерода 12С. А «табличная» масса кислорода О = 15,9994 рассчитана с учетом распространенности его стабильных изотопов на Земле: 16О – 99,759%, 17О – 0,037%, 18О – 0,204%. Химия, казавшаяся в 19-м веке точной наукой, превратилась в оценочную науку, где масса элемента зависит от статистики нахождения тех или иных изотопов элемента на Земле, а «Таблица Менделеева», которую в будущем создадут, к примеру, для Марса будет отличаться от нашей «земной» таблицы.

В 1931 г. американский физик Гарольд Юри (1893—1981) теоретически обосновал существование стабильного изотопа водорода 2Н и назвал его дейтерием, а в 1932 г. практически получил его окись – тяжелую воду, ее формула имела такой вид: ( 2Н) 2 16О. Параллельно с Юри существование дейтерия в 1931 г. доказал американский физик Фрэд Аллисон (1882—1974) и предсказал американский физик Раймонд Бёрдж (1887—1980).

В 1933 г. американский физик Гилберт Льюис (1875—1946) методом многократного электролиза первым получил тяжелую воду из обычной воды и выделил из нее дейтерий 2Н. Он же обнаружил, что существует полутяжелая вода, имеющая в своем составе два разных изотопа водорода, т.е. такую формулу – ( 2Н) ( 1Н) 16О.

Американские физики несколько лет изучали тяжелую воду ( 2Н) 2 16О и обнаружили, что она химически существенно отличается от обычной воды – имеет другую массу, другие температуры замерзания и кипения, сладковатый вкус. Тяжелая вода стабильна и присутствует повсеместно – в речной воде на тонну воды приходится около 150 мл. тяжелой воды, в морской воде около 165 мл. тяжелой воды. Радиоактивной опасности тяжелая вода не представляет.

В 1934 году австралийский физик Маркус Олифант (1901—2000), работавший в Англии с Резерфордом, при проведении ядерной реакции получил полустабильный (период полураспада до 14 дней) изотоп водорода 3Н, названный тритием. Тритий может образовывать супертяжелую воду ( 3Н) 2 16О, которая радиационно опасна, но накопиться в водоемах не может, ввиду быстрого распада трития.

В настоящее время известны три изотопа водорода Н и три стабильных изотопа кислорода О (всего у кислорода 14 изотопов). Считается, что тонна речной воды может содержать: 2 литра воды ( 1Н) 2 18О, 300 мл. воды ( 1Н) 2 17О, 300 мл. полутяжелой воды ( 2Н) ( 1Н) 16О, 150 мл. тяжелой воды ( 2Н) 2 16О, и остальное это обычная вода ( 1Н) 2 16О. Следовательно, в 500 мл. воды в вашем чайнике может быть около 2,5 мл. «другой» воды, в которой около 0,4 мл. тяжелой и полутяжелой воды.