Az egyik legrégebben ismert anyag a víz, nélküle elképzelhetetlen az élet. A víz bölcsője is az életnek, melynek első, primitív formáit a sekélyes meleg óceánok dajkálták. Milétoszi Thalész szerint mindennek a víz az alapeleme; ez a gondolat még sokszor visszatér az ókor filozófusainak és a középkor alkimistáinak tanításaiban. Ha a vízről van szó, még a szakember is hajlamos arra, hogy legyintsen; „erről aligha lehet már újat mondani”.
Mindenki iskolai ismereteiből megmaradt a víz közismert képlete, a H2O. A vízmolekula V-alakú. A csúcson az oxigénatom, a V-betű két szárán egy-egy hidrogénatom foglal helyet. Az oxigénatom maga felé igyekszik húzni az elektronokat, így az oxigénatomon elektrontöbblet, vagyis részleges negatív töltés, a hidrogénatomokon pedig részleges pozitív töltés (elektronhiány) jelenik meg. Ezt szaknyelven úgy fejezzük ki, hogy a vízmolekula poláris. A vízmolekulák negatív része, az oxigénatom kapcsolódhat egy másik vízmolekula pozitív végével.
A folyadékmolekulák között fellépő, a fentiekben ismertetett „hidrogénkötések” bizonyos fokú rendezettséget idéznek elő. Így a vízmolekulák egymással kapcsolódva rendezett rajokat (cibotaktikus csoportokat) képeznek, melyek azonban nem állandóak, hanem folytonosan felbomlanak és újraképződnek. Hőenergia hatására a hidrogénkötések felszakadnak, gőzfázisban különböző vízmolekulák jelennek meg.
Az utóbbi évek kutatásai azonban érdekes újdonsággal gazdagították a vízről kialakított elképzeléseinket. Néhány éve jelent meg a Kosmos című tekintélyes stuttgarti ismeretterjesztő folyóiratban dr. H. H. Vogt vegyészkutató cikke az úgynevezett száraz vízről. A „száraz víz” porszerű anyag, mely 90 százalékban közönséges vízből, 10 százalékban pedig egy kovasavból előállított víztaszító (hidrofób) tulajdonságú porból áll. Ezt a port az előállító cég vegyészei, a rheinfeldeni Degussa-művek Aerosil R 972-nek nevezték el. Az Aerosil R 972 szemcséi rendkívül parányi méretűek, 10-30 millimikron (milliomod milliméter) nagyságúak. Így a por felülete rendkívül nagy, 100-300 m2 (!) grammonként.
Az első kísérlet alkalmával 90 százaléknyi vízhez 10 százalék hidrofób Aerosilt kevertek. Azt a meglepő eredményt észlelték, hogy a víz látszólag eltűnt! A keverés folyamán ugyanis a parányi vízcseppeket a finom porszerű anyag védőréteggel vonta be, amely megakadályozta az összefolyást. Voltak éppen a víznek egy emulziója alakult ki, mely külsőleg fehér, porszerű anyagnak tetszett és egyáltalán nem viselkedett folyadékként. Mivel azonban az így nyert termék emulzió, a száraz víz elnevezés nem tudományos.
Az angol fűtési és szellőztetési kutatóintézet Cracknell-i laboratóriumában a tiszta víznél folyékonyabb vízet állítottak elő. Ez azon a megfigyelésen alapult, hogy bizonyos anyagok, például a polietilén-oxid egészen kis mennyiségének a hozzáadásával a vízet „kenni” lehet, ugyanúgy, ahogy a szilárd gépalkatrészeket olajjal kenik. Ez esetben a folyóvíz és a vizet tartalmazó edény között a súrlódás 40 százalékkal csökken. A felismerést valószínűleg hasznosítani lehet majd a központi fűtőberendezésekben és más vízcirkulációs rendszereknél (kisebb átmérőjű, olcsóbb csövek alkalmazhatók, a szivattyúzás meggyorsul, a víz pedig zajtalanul folyik).
Mindezek az érdekességek eltörpülnek azonban az utóbbi évek egyik legérdekesebb problémája, az „anomális víz” rejtélye mellett.
Vázoljuk röviden az előzményeket;
Az első világháború idején mérgesgázok elleni gázmaszkok előállításával foglalkozott Walter Patrick amerikai vegyész. Többek között a szilikagél abszorpciós (gázlekötő) tulajdonságait vizsgálta és azokat a gázmaszkhoz megfelelőnek találta. A háború után tovább foglalkozott a szilikagél abszorpciós tulajdonságaival. Az üvegszerű szilikagél-spongyák vízgőzből a saját súlyuk felét is képesek voltak abszorbeálni. Az újrafelhasználáshoz a vizet el kellett párologtatni. Patrick észrevette, hogy kis mennyiségű víz a forráspontnál jóval magasabb hőmérsékleten is folyadékállapotban marad vissza. Patrick nagy fontosságot tulajdonított a jelenségnek, egyszer azt is kijelentette, hogy a probléma megoldása fontosságban az elektromosság felfedezésével lesz egyenértékű. A John Hopkins egyetemen Patrick egyik doktorandusa, Shereshefsky folytatta tovább ezt a munkát; tézisében kimutatta, hogy a vékony kapillárisba zárt víz gőznyomása sokkal kisebb, mint a táblázatokban a vízre megadott érték. Shereshefsky disszertációja 1928-ban jelent meg és ezután csaknem 11 évig – nem történt semmi. 1937-ben egy szovjet kutató, Csmutov megismételte Shereshefsky kísérletét és 1949-ben egy másik kísérletről is beszámolt. Csmutov kapilláris helyett üveglencse és síklap közé zárt vizet tanulmányozott. A mérések az ő kísérletei során is azt mutatták, hogy a gőznyomás alacsonyabb. A következő lépés szintén a Szovjetunióban történt. Fegyakin a kosztromi könnyűipari intézet fizikai tanszékén vékony kapillárisokat készített, ezekbe vízet töltött, majd a kapillárisokat leforrasztotta. Hosszabb ideig tartó megfigyelés után az eredeti vízoszlop mellett, attól elválasztva „leány”-oszlopok jelentek meg, amelyeknek anyaga a szokásostól eltérő anomális tulajdonságokkal rendelkezett. Az anomális víz 400-500° hőmérsékleten forr, 600° fölé hevítve már lecsapódáskor elveszti anomális tulajdonságait. A hőmérséklet csökkentésekor -40° C-ig nem fagy meg, bár sűrűbbé válik, megdermed, üvegszerűvé lesz.
Az anomális vizet ezideig csak nagyon kis mennyiségben sikerült előállítani. A szerkezet megismerésére irányuló vizsgálatok közül megemlítjük Lippincottnak és munkatársainak a vizsgálatait. Az anomális víz infravörös és Raman-spektrumát tanulmányozták a marylandi egyetemen. Itt található egyike annak a két létező mikro-spektrofotométernek, mellyel nagyon kis anyagminták is tanulmányozhatók. A Raman-spektrum előállításánál gerjesztésre argonlézert használtak. A spektrumok feltűnően hasonlítottak azoknak a rendszereknek a spektrumaihoz, amelyek nagyon erős „rövid hidrogénkötéseket” tartalmaznak (például a bi-fluorid ion). A közönséges vízben a vízmolekulákat összekapcsoló „hidrogénkötés” jóval hosszabb, mint a vízmolekulán belüli oxigén-hidrogénkötések, amelyeket közös elektronpárok alkotnak (kovalens kötés). Lippincott rámutat arra, hogy az alapvető szerkezeti egység az anomális víz esetében egy rendkívül erős szimmetrikus O–H–O három centrumú kötés. Ez az egység szabályos hatszögű egységek hálózatába rendezhető. Ebben az elrendezésben az elektronok nem egyetlen atomhoz tartoznak, hanem az egész rendszer erőterében mozognak, delokalizáltak. Ez a szerkezet megmagyarázza az anomális viz rendkívüli stabilitását: a kötési energiája több mint háromszázszorosa a normális víz kötési energiájának. Ezt az anomális víz és a bifluorid ion spektrumainak feltűnő hasonlósága igazolja. Az anomális víz tehát egy magas polimerizációs fokú polimér víz. (Az amerikai kutatók egyébként „polywater”-nek nevezték el.) Az anomális víz feltételezett szerkezete tehát ilyen:
Az anomális víz keletkezésének mechanizmusára csak feltevések vannak. Keletkezését mindeddig csak kapillárisokban sikerült megfigyelni. A szovjet tudósok elképzelése szerint a különlegesen összekapcsolódott molekuláknak már gőzfázisban jelen kell lenniük, és csak azután csapódnak le a kapillárisok falára. Amerikai szerzőknél két változat található: mindegyikben a kapillárisok fala játssza a lényeges szerepet. Lippincott szerint a kapilláris fala valamilyen katalitikus hatás folytán strukturálisan átrendezi a rácsapódó molekulákat, Fowkes szerint a fal felszínén levő Na-ionok játsszák ezt a katalizáló szerepet. A szovjet tudósok fő érve az általuk javasolt mechanizmus, a gőzfázisban való keletkezés mellett éppen az, hogy a kapillárisba felszívódó víz esetén a katalizáló hatás nem érvényesül, így nem keletkezik anomális víz.
A döntés további kutatást igényel. Nagyon nehéz elképzelni, hogy anomális víz nem fordul elő a természetben. Ilyen értelemben nehéz megmagyarázni, hogy a víz kutatása során oly hosszú ideig maradt ismeretlen.
Ismeretes a vízzel kapcsolatos néhány megválaszolatlan kérdés, amelyre esetleg az anomális víz tulajdonságainak részletesebb megismerése után derül fény. Ilyen probléma a szilikagélből el nem távolodó víz, az agyagban levő víz sűrűsége, mely 1,5-szerese a normális vízének. Néhány biológiai probléma: az elvetett magok fagyos földben is megőrzik csíraképességüket, egyes rovarokat hibernálni lehet, a sejtvíz mozgása sokkal lassúbb, mint a normális vízé stb.
Természetesen a kérdés még nem megoldott, egyes kutatók kétségbe vonják magának az anomális víznek a létezését is. Nem tudott dönteni az 1970 júniusában a pennsylvaniai Leight-egyetemen tartott nemzetközi értekezlet sem.
Befejezésképpen megemlítjük Sidney M. Edelsteinnak, a Dexter Chemical Corp. Bronx N. Y. elnökének véleményét, aki J. R. Partington monumentális kémiatörténetét idézve megállapítja: „Az új vita egy régi hasonló tárgyú vita felújítása, amely Van Helmont, Boyle, Lavoisier és sok más tudós között zajlott. Ez a vita pár száz évig tartott és most száz éve csendesedett el. most a szereplők és az eszmék megújultak.”
A szovjet tudósok anélkül, hogy tudták volna, Van Helmont elképzeléséből indultak ki. Ez nem más, mint a víz „transzmutációja”, az alkimisták misztikus átalakítási elképzelése. Ez – modern értelemben – a század végéig talán megvalósulhat! A Van Helmont által előállított egy kis mennyiséggel, s amely korábban annyi vitára adott alkalmat – „anomális víz” lett volna? Nehéz, talán megválaszolhatatlan kérdés. De ez nem is lényeges, tudománytörténeti érdekesség csupán. A kérdés sokkal bonyolultabb és szétágazóbb. Akárhogy is oldódik meg az „anomális víz” rejtélye, bizonyos, hogy alapjaiban érinti majd a molekulákról alkotott jelenlegi elképzeléseinket.
Megjelent A Hét IV. évfolyama 22. számában, 1973. június 1-én.
A szerkesztő megjegyzése
Ötven év múltán
Az anyag legfontosabb tulajdonsága rendkívüli gázlekötő képessége. A tesztek szerint a száraz víz háromszor annyi széndioxidot képes magába zárni, mint a természetes víz. Emellett a száraz víz katalizátorként is használható, képes felgyorsítani bizonyos vegyi anyagok reakcióját, ez pedig megtakarított energiát jelent.
