Компьютерра PDA 28.08.2009-04.09.2009

О строении воды учёные спорят уже более века. И эти споры позволяют шарлатанам спекулировать на "заряженной" или "структурированной" воде, рассуждать о воде с "памятью", обещая быстрое излечение от всех болезней. Порой даже серьёзные учёные попадаются на эту удочку.

Зато хорошо известно, как устроен обычный лёд. В нём молекулы воды организованы в плотную решётку из тетраэдров, в которых каждая молекула связана с четырьмя соседними. При плавлении кристаллов или замерзании жидкостей взаимное расположение соседних молекул, как правило, остается практически неизменным. В жидкости нарушается лишь так называемый дальний порядок - далекие друг от друга молекулы расположены беспорядочно за счет того, что хаотические смещения соседних молекул постепенно накапливаются с увеличением расстояния. Большинство химиков считало, что примерно так же ведет себя и вода: структура тетраэдров там приблизительно сохраняется, хотя некоторые связи между молекулами рвутся, и тем сильнее, чем выше температура.

Однако недавние исследования большой международной команды учёных, вероятно, заставят переписать учебники. Оказывается, свойства воды во многом определяются её поведением на наномасштабах. Структуру воды при нормальных условиях и вплоть до кипения изучали с помощью мощных рентгеновских лучей, сгенерированных на синхротронах в Стэнфордском центре синхротронного излучения (Stanford Synchrotron Radiation Lightsource) и комплексе SPring8 в Японии. Выяснилось, что независимо от температуры в воде одновременно существуют как бы две перемешанные и постоянно превращающиеся друг в друга структуры. Одна - с похожим на лёд менее плотным строением - образует небольшие кластеры размером около нанометра примерно из сотни молекул, выстроенных в тетраэдры. Кластеры соседствуют с другой, более плотной и сильно разупорядоченной структурой. Кластеры продолжают существовать вплоть до температуры кипения - по мере роста температуры их число уменьшается, а беспорядок в неупорядоченной части воды возрастает.

Такая сложная структура H2O помогает объяснить её странные свойства. Тетраэдральная организация молекул в кластерах почти не меняется с колебаниями температуры, тогда как неупорядоченные и более плотные области по мере роста температуры становятся менее плотными и ещё более неупорядоченными. На "плавление" кластеров требуется значительная энергия, что объясняет высокую теплоёмкость воды. А сильные водородные связи между молекулами являются причиной её сравнительно большой поверхностной энергии.

Любопытно, что открытая учёными флуктуирующая кластерная наноструктура воды плохо поддается компьютерному моделированию методами молекулярной динамики. А такие прямые вычисления поведения каждой молекулы лежат в основе многих практических расчётов - например, свойств мембран топливных элементов. Теперь придётся покорпеть над адекватным описанием взаимодействия молекул воды между собой и с другими молекулами.

А пока фундаментальная наука разбирается с тонкостями наноструктуры воды, учёные из Гонконгского политехнического университета работают над более утилитарными задачами. Ежегодно миллионы людей страдают от ожогов горячими жидкостями. В последние годы было предложено несколько тканей и покрытий, которые могли бы решить эту проблему, копируя водоотталкивающие свойства листьев лотоса. Те имеют гидрофобный воскоподобный слой и пупырышки, которые удерживают капли на расстоянии от поверхности.

Применяемые сегодня водоотталкивающие материалы рассчитаны на холодные жидкости, и от горячей воды с температурой выше 50 градусов они защитить не могут. Поверхностное натяжение воды по мере нагрева уменьшается, а защитные покрытия плавятся и теряют гидрофобные свойства. Проникая во впадины рифленой поверхности, кипяток быстро её нагревает, и ожог получается только сильнее. Чтобы решить эту проблему, учёные предложили новую ткань с водоотталкивающим слоем из покрытых тефлоном углеродных нанотрубок. Она прекрасно справляется с защитой от горячей воды, и остается поработать только над тем, чтобы сделать ткань более мягкой.

Из еженедельника "Компьютерра" № 31 (795)

Nokia World: странный праздник

Автор: Антон Нехаенко

Опубликовано 03 сентября 2009 года

Ну вот и отстрелялась Nokia своими анонсами, сегодня, 3 сентября, будут всякие партнерские выступления, поэтому можно уже подводить некоторые итоги, а к подведению, если честно, энтузиазма нет никакого - впечатление от набора новостей остается вяло-раздражённое. Хочется даже не ругаться, а так, побурчать - чем сейчас и займусь. Нет, проблески, конечно же, есть... Впрочем, не стоит воспринимать это ворчание всерьёз - всего лишь ещё одно частное мнение. Теперь, когда все дисклеймеры расставлены, можно начинать "бомбить" анонсы по очереди.