В 30-х годах 20века Д. Бернал и Р. Фаулер, исследуя строение воды, установили, что ее молекула окружена по тетраэдру четырьмя другими. То есть жидкая вода имеет сложное строение, а отдельные молекулы ее связаны дополнительными связями. Это явление и называется структурой воды. Но полного тождества с кристаллической решеткой минералов нет: жидкая вода
является смесью мономерных и полимерных молекул; связи между отдельными мономерами динамичны, т.е. они постоянно появляются, разрушаются, усиливаются, ослабевают. Это динамическое равновесие выражается равенством, предложенным Армстронгом Н2nОn ↔nН2О.
Структура воды обусловлена главным образом существованием водородных связей, которые имеют электростатическую природу, но они слабее нормальной валентной связи между атомами О и Н. В основе структуры воды лежит диполь Н+-ОН-, который может создавать агрегаты (ассоциаты) из нескольких молекул Н2О (рис.18).
Существует несколько моделей структуры воды. Д. Бернал и Р. Фаулер предположили существование трех типов расположения молекул
а) структуры кристаллической решетки льда (О0С - 40С)
б) структуры типа кварца (4-2000С)
в) структуры с плотной упаковкой, почти лишенные водородных связей (>2000С).
На основании квантово-механических представлений итальянский ученый М. Аджено считает, что каждая молекула Н2О может участвовать не более чем в двух коллективных связях, образующих звенья различных типов (цепочки, кольца, и др.). Кольца из 6-ти молекул приближаются к структуре льда.
Рис.18. Аномалии вод
Рис. 17. Структура воды
Рис.19. Ассоциаты молекул (диполей) воды
С позиций структурного строения воды объясняются и ее аномальные свойства. Поскольку структура воды формируется электростатическими связями, на нее воздействуют различные поля (температурное, геодинамическое, магнитное, электрическое), с повышением температуры структура воды начинает разрушаться и при критической точке 3740С (абсолютно чистая вода) полностью разрушается. Повышение давления приводит не к увеличению вязкости, как у других жидкостей, а к уменьшению и только при ~100МПа вязкость повышается.
Воздействие электрического поля приводит к увеличению скорости испарения (на 11-18%).
Положительно влияет на организм человека «намагниченная» вода, а также в магнитном поле уменьшается накипеобразование, увеличивается всхожесть семян многих сельскохозяйственных культур при замачивании их «магнитной» водой.
В 60-х годах Н.Н. Федякиным открыта вода -2. Образуется она при конденсировании паров воды в тонких кварцевых капиллярах диаметром 5-20μ. Ее свойства изучались многими отечественными и зарубежными учеными. Оказалось, что это вязкая жидкость с плотностью около 1 г/см3 и показателем преломления 1,49 (против 1,33).
Замерзает при – 35 - – 400С без скачка объема, Т0кип. ~ 2500С.
Модификационное состояние полученного вещества устойчиво и сохраняется при перегонке. Вода – 2 строго отвечает формуле Н2О. Кварц капилляров видимо выполняет роль катализатора при синтезе воды – 2.