Struktura molekula vode, njihove veze i svojstva. Utjecaj vanjskih fizičkih utjecaja na molekule vode? Voda: njen sastav, molekularna struktura, fizička svojstva

dr.sc. O.V. Mosin

Molekul vode je mali dipol koji sadrži pozitivne i negativne naboje na polovima. Pošto je masa i naboj jezgra kiseonika veća od mase jezgra vodonika, elektronski oblak se skuplja prema jezgru kiseonika. U ovom slučaju, jezgra vodonika su "gola". Dakle, elektronski oblak ima neujednačenu gustinu. U blizini jezgara vodika postoji nedostatak elektronske gustine, a na suprotnoj strani molekula, blizu jezgra kiseonika, postoji višak elektronske gustine. Upravo ova struktura određuje polaritet molekula vode. Ako spojite epicentre pozitivnih i negativnih naboja ravnim linijama, dobit ćete volumen geometrijska figura je pravilan tetraedar.

Struktura molekule vode (slika desno)

Zbog prisustva vodoničnih veza, svaki molekul vode formira vodikovu vezu sa 4 susjedna molekula, formirajući otvoren mrežasti okvir u molekulu leda. Međutim, u svom tekućem stanju, voda je neuređena tečnost; ove vodonične veze su spontane, kratkotrajne, brzo pucaju i ponovo se formiraju. Sve to dovodi do heterogenosti u strukturi vode.

Vodikove veze između molekula vode (slika ispod lijevo)

Činjenica da je voda heterogena po svom sastavu odavno je utvrđena. Odavno je poznato da led pluta na površini vode, odnosno da je gustina kristalnog leda manja od gustine tečnosti.

U gotovo svim ostalim supstancama kristal je gušći od tekuće faze. Osim toga, čak i nakon otapanja, kako temperatura raste, gustina vode nastavlja da raste i dostiže maksimum na 4°C. Manje poznata je anomalija kompresibilnosti vode: kada se zagrije od tačke topljenja do 40°C, ona se smanjuje, a zatim povećava. Toplotni kapacitet vode također nemonotono ovisi o temperaturi.

Osim toga, na temperaturama ispod 30°C, s povećanjem tlaka sa atmosferskog na 0,2 GPa, viskoznost vode opada, a koeficijent samodifuzije - parametar koji određuje brzinu kretanja molekula vode jedna u odnosu na drugu - povećava.

Za ostale tečnosti zavisnost je inverzna i gotovo se nikada ne dešava da se neki važan parametar ponaša nemonotono, tj. prvo se povećao, a nakon prolaska kritične vrijednosti temperature ili tlaka smanjio. Postojala je pretpostavka da voda zapravo nije jedna tekućina, već mješavina dviju komponenti koje se razlikuju po svojstvima, kao što su gustoća i viskoznost, a samim tim i po strukturi. Takve ideje su se počele javljati krajem 19. stoljeća, kada se nakupilo mnogo podataka o anomalijama vode.

Ideju da se voda sastoji od dvije komponente prvi je predložio Whiting 1884. Njegovo autorstvo citira E.F. Fritsman u monografiji „Priroda vode. Teška voda”, objavljena 1935. 1891. W. Rengten je uveo koncept dva stanja vode, koja se razlikuju po gustini. Nakon njega pojavila su se mnoga djela u kojima se voda smatra mješavinom suradnika različitog sastava („hidrola“).

Kada je 1920-ih utvrđena struktura leda, pokazalo se da molekuli vode u kristalnom stanju formiraju trodimenzionalnu kontinuiranu mrežu, u kojoj svaki molekul ima četiri najbliža susjeda smještena na vrhovima pravilnog tetraedra. J. Bernal i P. Fowler su 1933. godine sugerirali da slična mreža postoji iu tekućoj vodi. Budući da je voda gušća od leda, vjerovali su da se molekuli u njoj nalaze ne kao u ledu, odnosno kao atomi silicija u mineralu tridimitu, već kao atomi silicija u gušćoj modifikaciji silicijum dioksida - kvarcu. Povećanje gustine vode pri zagrijavanju od 0 do 4°C objašnjeno je prisustvom tridimitne komponente na niskim temperaturama. Tako je Bernal-Fowlerov model zadržao element dvostrukture, ali njihovo glavno dostignuće je ideja kontinuirane tetraedarske mreže. Tada se pojavio čuveni aforizam I. Langmuira: "Okean je jedan veliki molekul." Pretjerana konkretizacija modela nije dodala pristalice teorije objedinjene mreže.

Tek 1951. godine J. Popl je stvorio model kontinuirane mreže, koji nije bio tako specifičan kao Bernal-Fowlerov model. Popl je zamišljao vodu kao nasumične tetraedarske mreže, veze između molekula u kojima su zakrivljene i različite dužine. Poplov model objašnjava zgušnjavanje vode tokom topljenja savijanjem veza. Kada su se 1960-ih i 1970-ih pojavile prve definicije strukture leda II i IX, postalo je jasno kako savijanje veza može dovesti do zbijanja strukture. Popleov model nije mogao objasniti nemonotonost zavisnosti svojstava vode o temperaturi i pritisku, kao ni modeli sa dva stanja. Stoga su mnogi naučnici dugo vremena dijelili ideju o dvije države.

Ali u drugoj polovini 20. veka bilo je nemoguće maštati o sastavu i strukturi "hidrola" koliko je to bilo na početku veka. Već je bilo poznato kako su raspoređeni led i kristalni hidrati, a znali su dosta o vodoničnoj vezi. Pored modela “kontinuuma” (Popleov model), nastale su dvije grupe “mješovitih” modela: klaster i klatrat. U prvoj grupi voda se pojavila kao klasteri molekula povezanih vodikovim vezama, koji su plutali u moru molekula koji ne sudjeluju u takvim vezama. Modeli druge grupe razmatrali su vodu kao kontinuiranu mrežu (koja se u ovom kontekstu obično naziva okvir) vodoničnih veza koja sadrži praznine; sadrže molekule koji ne stvaraju veze s molekulima okvira. Nije bilo teško izabrati takva svojstva i koncentracije dvije mikrofaze modela klastera ili svojstva okvira i stepen ispunjenosti njegovih praznina u klatratnim modelima kako bi se objasnila sva svojstva vode, uključujući i poznate anomalije.

Među klaster modelima, najupečatljiviji je bio model G. Nemethyja i H. Sheragija: njihove slike, koje prikazuju nakupine vezanih molekula kako plutaju u moru nevezanih molekula, uključene su u mnoge monografije.

Prvi model klatratnog tipa predložio je 1946. godine O.Ya. Samoilov: mreža vodikovih veza slična heksagonalnom ledu je očuvana u vodi, čije su šupljine djelomično ispunjene monomernim molekulima. L. Pauling je 1959. godine stvorio drugu verziju, sugerirajući da mreža veza svojstvena nekim kristalnim hidratima može poslužiti kao osnova za strukturu.

U drugoj polovini 1960-ih i početkom 1970-ih uočena je konvergencija svih ovih pogleda. Pojavile su se varijante modela klastera u kojima su molekuli u obje mikrofaze povezani vodikovim vezama. Pristalice klatratnih modela počele su dopuštati stvaranje vodoničnih veza između praznih i okvirnih molekula. Naime, autori ovih modela vodu smatraju kontinuiranom mrežom vodoničnih veza. A govorimo o tome koliko je ova mreža nehomogena (na primjer, po gustoći). Ideja o vodi kao klasteri vezanim vodonikom koji plutaju u moru molekula vode lišenih veza stavljena je na kraj ranih osamdesetih, kada je G. Stanley primijenio teoriju perkolacije na model vode, koji opisuje fazu prelaze vode.

Godine 1999. poznati ruski istraživač vode S.V. Zenin je odbranio doktorsku disertaciju o teoriji klastera na Institutu za biomedicinske probleme Ruske akademije nauka, što je bio značajan korak u promociji ove oblasti istraživanja čiju složenost povećava činjenica da su ukrštanje triju nauka: fizike, hemije i biologije. Na osnovu podataka dobijenih trima fizičko-hemijskim metodama: refraktometrijom (S.V. Zenin, B.V. Tyaglov, 1994), tečnom hromatografijom visokih performansi (S.V. Zenin et al., 1998) i protonskom magnetnom rezonancom (C.V. Zenin, 1993) geometrijska izgrađen je i dokazan model glavne stabilne strukturne formacije molekula vode (strukturirana voda), a zatim je (SV Zenin, 2004) dobijena slika pomoću faznog kontrastnog mikroskopa ovih struktura.

Sada je nauka dokazala da karakteristike fizičkih svojstava vode i brojne kratkotrajne vodikove veze između susjednih atoma vodika i kisika u molekuli vode stvaraju povoljne mogućnosti za formiranje posebnih pridruženih struktura (klastera) koji percipiraju, pohranjuju i prenose širok spektar informacija.

Strukturna jedinica takve vode je klaster koji se sastoji od klatrata, čiju prirodu određuju dalekometne Coulombove sile. Struktura klastera kodira informacije o interakcijama koje su se desile sa ovim molekulima vode. U vodenim klasterima, zbog interakcije između kovalentnih i vodikovih veza između atoma kiseonika i atoma vodonika, može doći do migracije protona (H+) prema relejnom mehanizmu, što dovodi do delokalizacije protona unutar klastera.

Voda, koja se sastoji od mnogih klastera različitih tipova, formira hijerarhijsku prostornu strukturu tekućih kristala koja može percipirati i pohraniti ogromne količine informacija.

Na slici (V.L. Voeikov) prikazani su dijagrami nekoliko jednostavnih struktura klastera kao primjer.

Neke moguće strukture klastera vode

Nosioci informacija mogu biti fizička polja različite prirode. Tako je utvrđena mogućnost daljinske informacione interakcije strukture tečnog kristala vode sa objektima različite prirode uz pomoć elektromagnetnih, akustičkih i drugih polja. Osoba takođe može biti objekat uticaja.

Voda je izvor ultra slabog i slabog naizmjeničnog elektromagnetnog zračenja. Najmanje haotično elektromagnetno zračenje stvara strukturirana voda. U tom slučaju može doći do indukcije odgovarajućeg elektromagnetnog polja, što mijenja strukturne i informacione karakteristike bioloških objekata.

Poslednjih godina dobijeni su važni podaci o svojstvima prehlađene vode. Veoma je interesantno proučavati vodu na niskoj temperaturi, jer može biti prehlađena više od drugih tečnosti. Kristalizacija vode, u pravilu, počinje na nekim nehomogenostima - bilo na zidovima posude, bilo na plutajućim česticama čvrstih nečistoća. Stoga nije lako pronaći temperaturu na kojoj bi prehlađena voda spontano kristalizirala. Ali naučnici su to uspjeli, a sada je temperatura takozvane homogene nukleacije, kada se formiranje kristala leda odvija istovremeno u cijelom volumenu, poznata po pritiscima do 0,3 GPa, odnosno hvatanju područja postojanja leda. II.

Od atmosferskog pritiska do granice koja razdvaja led I i II, ova temperatura pada sa 231 na 180 K, a zatim se lagano povećava na 190 K. Ispod ove kritične temperature tečna voda je u principu nemoguća.

Struktura leda (slika desno)

Međutim, postoji jedna misterija povezana s ovom temperaturom. Sredinom osamdesetih otkrivena je nova modifikacija amorfnog leda - led velike gustine, što je pomoglo da se oživi ideja o vodi kao mješavini dvaju stanja. Kao prototipovi nisu razmatrane kristalne strukture, već strukture amorfnog leda različite gustoće. U najrazumljivijem obliku ovaj koncept je formulisao E.G. Poniatovsky i V.V. Sinjicin, koji je 1999. napisao: “Voda se smatra regularnim rješenjem dvije komponente, lokalne konfiguracije u kojima odgovaraju kratkom dometu modifikacija amorfnog leda.” Štaviše, proučavajući poredak kratkog dometa u prehlađenoj vodi pod visokim pritiskom koristeći metode neutronske difrakcije, naučnici su uspeli da pronađu komponente koje odgovaraju ovim strukturama.

Kao rezultat polimorfizma amorfnog leda, postojale su i pretpostavke o raslojavanju vode na dvije komponente koje se ne miješaju na temperaturi ispod hipotetičke niskotemperaturne kritične tačke. Nažalost, prema istraživačima, ova temperatura pri pritisku od 0,017 GPa je 230 K, što je ispod temperature nukleacije, tako da još niko nije mogao da uoči odvajanje tekuće vode. Dakle, oživljavanje modela dva stanja pokrenulo je pitanje nehomogenosti mreže vodoničnih veza u tekućoj vodi. Ova heterogenost se može razumjeti samo uz pomoć kompjuterskih simulacija.

Govoreći o kristalnoj strukturi vode, treba napomenuti da 14 modifikacije leda, od kojih većina nije pronađena u prirodi, u kojoj molekule vode zadržavaju svoju individualnost i povezane su vodikovim vezama. S druge strane, postoje mnoge varijante mreže vodoničnih veza u klatratnim hidratima. Energije ovih mreža (ledova pod visokim pritiskom i klatratnih hidrata) nisu mnogo veće od energija kubnog i heksagonalnog leda. Stoga se fragmenti takvih struktura mogu pojaviti i u tekućoj vodi. Moguće je dizajnirati bezbroj različitih neperiodičnih fragmenata, molekuli u kojima imaju četiri najbliža susjeda smještena približno duž vrhova tetraedra, ali njihova struktura ne odgovara strukturama poznatih modifikacija leda. Brojni proračuni su pokazali da će energije interakcije molekula u takvim fragmentima biti bliske jedna drugoj, i nema razloga da se kaže da bi neka struktura trebala prevladati u tekućoj vodi.

Studije strukture vode mogu se proučavati različitim metodama; spektroskopija protonske magnetne rezonance, infracrvena spektroskopija, difrakcija rendgenskih zraka, itd. Na primjer, difrakcija rendgenskih zraka i neutrona u vodi je proučavana mnogo puta. Međutim, ovi eksperimenti ne mogu dati detaljne informacije o strukturi. Nehomogenosti koje se razlikuju po gustoći mogu se vidjeti iz malog ugla rendgenskih zraka i raspršivanja neutrona, ali takve nehomogenosti moraju biti velike, sastoje se od stotina molekula vode. Bilo bi ih moguće vidjeti i istražiti rasipanje svjetlosti. Međutim, voda je izuzetno bistra tečnost. Jedini rezultat difrakcijskih eksperimenata su funkcije radijalne raspodjele, odnosno udaljenosti između atoma kisika, vodika i kisika-vodika. Iz njih se vidi da u rasporedu molekula vode ne postoji daljinski poredak. Ove funkcije propadaju mnogo brže za vodu nego za većinu drugih tekućina. Na primjer, raspodjela udaljenosti između atoma kisika na temperaturi bliskoj sobnoj daje samo tri maksimuma, na 2,8, 4,5 i 6,7 Å. Prvi maksimum odgovara udaljenosti do najbližih susjeda, a njegova vrijednost je približno jednaka dužini vodonične veze. Drugi maksimum je blizu prosječne dužine ivice tetraedra - zapamtite da se molekuli vode u heksagonalnom ledu nalaze na vrhovima tetraedra koji je opisan oko centralnog molekula. I treći maksimum, izražen vrlo slabo, odgovara udaljenosti do trećih i udaljenijih susjeda u vodoničnoj mreži. Ovaj maksimum sam po sebi nije baš sjajan, a o daljim vrhovima ne treba govoriti. Bilo je pokušaja da se dobiju detaljnije informacije iz ovih distribucija. Tako je 1969. I.S. Andrianov i I.Z. Fisher je pronašao udaljenosti do osmog susjeda, dok se pokazalo da je petom susjedu 3 Å, a šestom susjedu 3,1 Å. Ovo omogućava da se naprave podaci o udaljenom okruženju molekula vode.

Druga metoda za proučavanje strukture - difrakcija neutrona na kristalima vode provodi se na potpuno isti način kao i difrakcija rendgenskih zraka. Međutim, zbog činjenice da se dužine raspršenja neutrona ne razlikuju toliko za različite atome, metoda izomorfne supstitucije postaje neprihvatljiva. U praksi se obično radi s kristalom čija je molekularna struktura već približno utvrđena drugim metodama. Intenzitet difrakcije neutrona se zatim mjeri za ovaj kristal. Na osnovu ovih rezultata vrši se Fourierova transformacija pri kojoj se koriste izmjereni neutronski intenziteti i faze, izračunate uzimajući u obzir ne-vodonikove atome, tj. atoma kiseonika čiji je položaj u modelu strukture poznat. Zatim, na Fourierovoj karti dobijenoj na ovaj način, atomi vodika i deuterijuma su predstavljeni sa mnogo velike težine nego na mapi elektronske gustine, jer doprinos ovih atoma rasejanju neutrona je veoma velik. Iz ove mape gustoće može se, na primjer, odrediti položaj atoma vodika (negativna gustina) i atoma deuterija (pozitivna gustina).

Moguća je varijacija ove metode koja se sastoji u tome da se kristal formiran u vodi prije mjerenja drži u teškoj vodi. U ovom slučaju, neutronska difrakcija ne samo da omogućava određivanje gdje se nalaze atomi vodika, već otkriva i one od njih koji se mogu zamijeniti za deuterijum, što je posebno važno u proučavanju izmjene izotopa (H-D). Takve informacije pomažu da se potvrdi ispravnost uspostavljanja strukture.

Druge metode također omogućavaju proučavanje dinamike molekula vode. To su eksperimenti kvazielastičnog raspršivanja neutrona, ultrabrza IR spektroskopija i proučavanje difuzije vode pomoću NMR ili obilježenih atoma deuterija. Metoda NMR spektroskopije zasniva se na činjenici da jezgro atoma vodika ima magnetni moment - spin koji je u interakciji sa magnetnim poljima, konstantnim i promjenjivim. Prema NMR spektru može se suditi o okruženju u kojem se ti atomi i jezgra nalaze, čime se dobija informacija o strukturi molekula.

Kao rezultat eksperimenata kvazielastičnog raspršenja neutrona u kristalima vode, mjeren je najvažniji parametar, koeficijent samodifuzije, pri različitim pritiscima i temperaturama. Da bi se sudio koeficijent samodifuzije na osnovu kvazielastičnog raspršenja neutrona, potrebno je napraviti pretpostavku o prirodi molekularnog kretanja. Ako se kreću u skladu sa Ya.I. Frenkel (poznati domaći teoretski fizičar, autor Kinetičke teorije tečnosti, klasične knjige prevedene na mnoge jezike), naziva se i modelom skok-čekaj, zatim vreme „sređenog“ života (vreme između skokova) molekula je 3,2 pikosekunde. Najnovije metode femtosekundne laserske spektroskopije omogućile su procjenu životnog vijeka prekinute vodonične veze: potrebno je 200 fs da proton pronađe partnera. Međutim, sve su to prosjeci. Proučiti detalje strukture i prirode kretanja molekula vode moguće je samo uz pomoć kompjuterske simulacije, koja se ponekad naziva i numerički eksperiment.

Ovako izgleda struktura vode prema rezultatima kompjuterske simulacije (prema podacima doktora hemijskih nauka G. G. Malenkova). Opća neuređena struktura može se podijeliti na dvije vrste regija (prikazanih tamnim i svijetlim kuglicama), koje se razlikuju po svojoj strukturi, na primjer, u zapremini Voronojevog poliedra (a), stepenu tetraedralnosti najbližeg okruženja ( b), vrijednost potencijalne energije (c), kao i prisustvo četiri vodonične veze u svakom molekulu (d). Međutim, ova područja će doslovno u trenutku, nakon nekoliko pikosekundi, promijeniti svoju lokaciju.

Simulacija se radi ovako. Struktura leda se uzima i zagrijava dok se ne otopi. Zatim, nakon nekog vremena da voda "zaboravi" na kristalno porijeklo, prave se trenutne mikrofotografije.

Za analizu strukture vode biraju se tri parametra:
- stepen odstupanja lokalnog okruženja molekula od vrhova pravilnog tetraedra;
-potencijalna energija molekula;
je zapremina takozvanog Voronojevog poliedra.

Da bi se konstruisao ovaj poliedar, uzima se ivica od date molekule do najbliže, deli se na pola i kroz ovu tačku povlači ravan okomitu na ivicu. Ovo je zapremina po molekulu. Volumen poliedra je gustina, tetraedralnost je stepen izobličenja vodoničnih veza, energija je stepen stabilnosti konfiguracije molekula. Molekuli sa bliskim vrijednostima svakog od ovih parametara teže grupiranju u zasebne klastere. Regioni niske i velike gustine imaju različite vrijednosti energije, ali mogu imati iste vrijednosti. Eksperimenti su pokazali da regije sa različitim strukturama, klasterima, nastaju spontano i spontano se raspadaju. Cijela struktura vode živi i stalno se mijenja, a vrijeme tokom kojeg se te promjene dešavaju je vrlo malo. Istraživači su pratili kretanje molekula i otkrili da prave nepravilne oscilacije sa frekvencijom od oko 0,5 ps i amplitudom od 1 angstrom. Uočeni su i rijetki spori skokovi angstroma, koji traju pikosekunde. Generalno, za 30 ps molekul se može pomjeriti za 8-10 angstroma. Životni vek lokalne sredine je takođe mali. Područja sastavljena od molekula sa bliskim vrijednostima volumena Voronojevog poliedra mogu se raspasti za 0,5 ps, a mogu živjeti nekoliko pikosekundi. Ali raspodjela životnog vijeka vodoničnih veza je vrlo velika. Ali ovo vrijeme ne prelazi 40 ps, ​​a prosječna vrijednost je nekoliko ps.

U zaključku treba naglasiti da Teorija klastera strukture vode ima mnogo zamki. Na primjer, Zenin sugerira da je glavni strukturni element vode klaster od 57 molekula nastalih fuzijom četiri dodekaedra. Imaju zajednička lica, a njihovi centri formiraju pravilan tetraedar. Činjenica da molekuli vode mogu biti locirani na vrhovima pentagonalnog dodekaedra je odavno poznata; takav dodekaedar je osnova gasnih hidrata. Stoga nema ništa iznenađujuće u pretpostavci da takve strukture postoje u vodi, iako je već rečeno da nijedna određena struktura ne može biti dominantna i postojati dugo vremena. Stoga je čudno što se pretpostavlja da je ovaj element glavni i da u njega ulazi tačno 57 molekula. Od kuglica, na primjer, moguće je sastaviti iste strukture koje se sastoje od dodekaedara koji se nalaze jedan uz drugi i koji sadrže 200 molekula. Zenin, s druge strane, tvrdi da se proces trodimenzionalne polimerizacije vode zaustavlja na 57 molekula. Veći saradnici, po njegovom mišljenju, ne bi trebali biti. Međutim, da je to slučaj, heksagonalni kristali leda, koji sadrže ogroman broj molekula povezanih vodikovim vezama, ne bi mogli taložiti iz vodene pare. Potpuno je nejasno zašto se rast Zenin klastera zaustavio na 57 molekula. Da bi izbjegao kontradikcije, Zenin također pakuje klastere u složenije formacije - romboedre - od skoro hiljadu molekula, a početni klasteri ne formiraju vodonične veze jedni s drugima. Zašto? Po čemu se molekuli na njihovoj površini razlikuju od onih unutra? Prema Zeninu, uzorak hidroksilnih grupa na površini romboedra pruža pamćenje vode. Posljedično, molekuli vode u ovim velikim kompleksima su kruto fiksirani, a sami kompleksi su čvrste tvari. Takva voda neće teći, a njena tačka topljenja, koja je povezana sa molekulskom težinom, mora biti prilično visoka.

Koja svojstva vode objašnjava Zeninov model? Budući da je model baziran na tetraedarskim strukturama, može biti manje-više konzistentan sa podacima rendgenske i neutronske difrakcije. Međutim, malo je vjerovatno da model može objasniti smanjenje gustine tokom topljenja - pakovanje dodekaedara je manje gusto od leda. Ali najteže se složiti sa modelom sa dinamičkim svojstvima - fluidnošću, velikom vrijednošću koeficijenta samodifuzije, kratkim korelacijskim i dielektričnim relaksacijskim vremenima, koja se mjere u pikosekundama.

dr.sc. O.V. Mosin

Reference:
G.G. Malenkov. Napredak u fizičkoj hemiji, 2001
S.V. Zenin, B.M. Polanuer, B.V. Tyaglov. Eksperimentalni dokaz prisustva vodenih frakcija. G. Homeopatska medicina i akupunktura. 1997. br. 2. str. 42-46.
S.V. Zenin, B.V. Tyaglov. Hidrofobni model strukture suradnika molekula vode. Zh.Phys.chemistry.1994.T.68.No.4.S.636-641.
S.V. Zenin Istraživanje strukture vode metodom protonske magnetne rezonancije. Dokl.RAN.1993.T.332.No.3.S.328-329.
S.V.Zenin, B.V.Tyaglov. Priroda hidrofobne interakcije. Pojava orijentacijskih polja u vodenim rastvorima. J.Phys.chemistry.1994.T.68.No.3.S.500-503.
S.V. Zenin, B.V. Tjaglov, G.B. Sergejev, Z.A. Shabarova. Proučavanje intramolekularnih interakcija u nukleotidnim amidima NMR. Materijali 2. svesavezne konf. Po dinamici Stereohemija. Odessa.1975.p.53.
S.V. Zenin. Strukturirano stanje vode kao osnova za upravljanje ponašanjem i sigurnošću živih sistema. Teza. Doktor bioloških nauka. Državni naučni centar "Institut za biomedicinske probleme" (SSC "IMBP"). Odbranjena 1999. 05. 27. UDK 577.32:57.089.001.66.207 str.
IN AND. Slesarev. Izvještaj o napretku istraživanja

Voda - neorganske materije, čiji se molekuli sastoje od dva atoma vodika i jednog atoma kisika. Količina vode nije ista u različitim organizmima. Najveći dio vode sadrži tijelo meduza (95-98%), alge (više od 80%), najmanje u insektima (40-50%), talus lišajeva (5-7%). U tijelu sisara, u prosjeku, 75% vode, uključujući i ljude - 60-65% tjelesne težine. Količina vode nije ista u različitim tkivima i organima istog organizma. Na primjer, kod ljudi sadržaj vode u tkivima i organima je sljedeći: krv (83,0%), bubrezi (82,7%), srce (79,2%), pluća (79,0%), mišići (75,6%), mozak ( 74,8%), koža (72,0%), skelet (22,0%), masno tkivo (10,0%).

Većina vode (70% zapremine) nalazi se u ćelijama tela u slobodnom i vezanom obliku, manji deo (30% zapremine) kreće se u vanćelijskom prostoru tela i nalazi se u slobodnom stanju. vezanu vodu(4 5%) je osmotski vezan (voda u vezama sa ionima i niskomolekularnim jedinjenjima), koloidno vezan (voda u vezama sa unutrašnjim i površinskim hemijskim grupama jedinjenja visoke molekulske težine) i strukturno vezan (voda u zatvorenom prostoru od biopolimeri visoke molekularne težine složene strukture). besplatna voda(95-96%) je univerzalni rastvarač.

Vrijednost vode . Kvantitativno, voda je na prvom mjestu među hemijskim jedinjenjima bilo koje ćelije. Prisustvo vode je preduslov za život organizama. Koje funkcije ova najčešća supstanca na Zemlji obavlja u biosistemima?

Voda je univerzalni rastvarač za jonska i mnoga kovalentna jedinjenja, osigurava tok hemijskih reakcija, transport supstanci u i iz ćelije.

Voda - reagens, uz učešće kojih se u ćelijama javljaju reakcije hidrolize i hidratacije, redoks i acidobazne reakcije.

Voda - regulator toplote, održava optimalni termički režim organizama i osigurava ravnomjernu distribuciju topline u živim sistemima.

Voda - osmoregulator, koji daje oblik ćelija, transport nije organska materija.

Voda - podrška, osigurava elastično stanje stanica (turgor), djeluje kao amortizer od mehaničkih utjecaja na tijelo, obavlja funkciju hidroskeleta kod mnogih životinja.

Voda - prevozno sredstvo, ostvaruje komunikaciju u ćelijama, između ćelija, tkiva, organa i obezbeđuje homeostazu i funkcionisanje organizma u celini.

Voda - stanište za vodene organizme u njoj se odvija pasivno kretanje, vanjska oplodnja, raspršivanje sjemena, gameta i larvalni stadijum kopnenih organizama.

Voda - konformer, je od velikog značaja u organizaciji prostorne strukture (konformacije) biopolimera.

Svojstva vode. Uloga vode u biosistemima određena je njenim fizičko-hemijskim svojstvima.

■ Čistu vodu karakteriše prozirnost, nedostatak ukusa, boje, mirisa. Prirodna voda uvijek sadrži razne nečistoće: otopljene tvari u obliku jona, neotopljene tvari u obliku suspenzije. Voda je jedina supstanca na Zemlji koja se javlja istovremeno iu velikim količinama u tečnom, čvrstom i gasovitom stanju.

■ Gustina vode na 4°C je maksimalna i iznosi 1g/cm3. Kako temperatura pada, gustoća se smanjuje, pa led pliva na površini vode.

■ Voda ima nenormalno visoku specifičnu toplotu (4,17 J/GC), toplotu isparavanja (na 100°C - 2253 J/g), toplotu topljenja (na 0°C - 333,98 J/g).

■ Voda ima izuzetno visoku površinsku napetost zbog snažnih sila kohezije (kohezije) povezanih sa stvaranjem vodoničnih veza između molekula.

■ Za vodu karakteristično svojstvo lepljenje (adhezija), koje se manifestuje u slučaju podizanja protiv gravitacionih sila.

■ Voda u tečnom stanju karakteriše tečnost, ne stiskanje, što izaziva pojave osmoza I turgor.

■ Voda ima amfoterna svojstva, odnosno ispoljava svojstva i kiseline i baze i učestvuje u kiselo-baznim reakcijama.

■ Voda može djelovati i kao redukcijsko i kao oksidacijsko sredstvo, provodeći biološki važne redoks reakcije metabolizma.

■ Molekuli vode su polarni, zbog čega učestvuju u reakcijama hidratacije, osiguravajući rastvaranje mnogih hemijskih jedinjenja.

■ Voda je uključena u biološki važne reakcije razgradnje – reakcije hidroliza.

■ Molekuli vode mogu se disocirati na jone: H2O = H + + OH.

Osobine strukture molekula vode. Jedinstvena svojstva voda je određena strukturom njenih molekula.

U molekuli vode, svaki atom vodika nalazi se na atomu kisika. kovalentna veza,čija je energija skoro 110 kcal/mol. Zbog toga je voda veoma stabilno hemijsko jedinjenje. Vodena para počinje da se razlaže na O i H na temperaturama iznad 1000°C.

U molekulu vode, dva para elektrona od četiri formirana su kovalentnom vezom i pomaknuta su na jednu od strana molekula uz formiranje dva pozitivno nabijena pola. A druga dva para ostaju nepodijeljena i pomaknuta su u odnosu na jezgro atoma kisika na suprotnu stranu, gdje formiraju dva negativno nabijena pola.

Dakle, molekuli vode su polarni.

Zbog polariteta, susjedni molekuli vode mogu međusobno djelovati i sa molekulima polarnih tvari formirati vodonične veze, uzrokujući jedinstvenu fizička svojstva i biološke funkcije vode. Energija ove veze, u poređenju sa energijom kovalentne veze, je mala. To je samo 4,5 kcal/mol, a zahvaljujući termičkom kretanju, ove veze između molekula vode se neprestano stvaraju i prekidaju. Vodikove veze - to su veze između dva kovalentno vezana atoma sa visokom vrijednošću elektronegativnosti (Oh, N, F) kroz atom vodonika H. Obično se vodikova veza označava sa tri tačke i to označava , da je mnogo slabiji ; nego kovalentna veza (oko 15-20 puta).

Vodikove veze igraju odlučujuću ulogu u formiranju specifične kvazi i kristalne strukture vode. Prema savremenim konceptima, osnova strukture vode je kristalna ćelija sa dijelom slobodnih molekula vode razmazanim toplinskim kretanjem. Vodu u čvrstom stanju karakteriziraju molekularne kristalne rešetke, budući da su kristali građeni od molekula povezanih jedni s drugima vodoničnim vezama. Prisustvo elemenata kristalne rešetke, kao i dipolna priroda molekula vode, određuju vrlo visoku vrijednost relativne permitivnosti vode.

Molekule tekuće vode su sposobne za polimerizaciju ili povezivanje sa formiranjem asociata (N2O) n. Do formiranja gustih asociata dolazi na +4 C, što objašnjava veliku gustinu vode na ovoj temperaturi. Kada se zagrije, vodikove veze se razaraju i saradnici se počinju cijepati, jer energija toplinskog kretanja postaje veća od energije ovih veza. Za prekid veza potrebno je mnogo energije, pa stoga visoka tačka ključanja i specifični toplotni kapacitet vode. Ovo je neophodno za organizme tokom fluktuacija temperature okoline.

Rentgenskom difrakcijskom analizom vode utvrđeno je da u tekućoj vodi ostaju fragmenti ledene strukture. Na temperaturi od 20°C, oko 70% molekula nalazi se u vodi u obliku agregata koji sadrže u prosjeku po 57 molekula. Takve jedinice se nazivaju klasteri. Molekule vode koje čine klaster su vezane i metabolički inertne. Samo slobodne molekule vode igraju aktivnu ulogu u metaboličkim reakcijama. Ako postoji mnogo klastera, to dovodi do imobilizacije vode, odnosno do isključenja slobodne vode, ograničavanja enzimskih procesa i smanjenja funkcionalne aktivnosti ćelije.

BIOLOGIJA +Tokom disocijacije određenih elektrolita, uključujući vodu, nastaju H ioni + i on - , čija koncentracija određuje kiselost ili bazičnost rastvora i, shodno tome, strukturne karakteristike i aktivnost mnogih biomolekula i životnih procesa. Ova koncentracija se mjeri pomoću pH indikator - pH. pH je negativni decimalni logaritam koncentracije

H joni + . U čistoj vodi ova koncentracija je 1-10 -7 mol/l (-log 10 -7 = 7 ) . Dakle, neutralna reakcija vode odgovara pH 7, kiseli-pH<7 и основной -pH>7. Dužina pH skale je od 0 do 14. pH vrijednost u ćelijama je blago alkalna. Promjena za jednu ili dvije jedinice je štetna za ćeliju. Konstantnost pH u ćelijama održavaju puferski sistemi koji sadrže mešavinu elektrolita. Sastoje se od slabih kiselina. (donator H +) i pripadajuću bazu (akceptor H +) , koji u skladu sa tim vezuju jone H + i OH veze - , zbog čega se pH reakcija unutar ćelije gotovo ne mijenja.

hidrofilna i hidrofobna jedinjenja. U molekulima vode dva para zglobnih elektrona su pomaknuta prema kiseoniku, tako da električni naboj unutar molekula je neravnomjerno raspoređen: H + protoni uzrokuju pozitivan naboj na jednom polu, a parovi elektrona kisika uzrokuju negativan naboj na suprotnom polu. Ovi naboji su jednaki po veličini i nalaze se na određenoj udaljenosti jedan od drugog. Dakle, molekul vode je konstanta dipol, koji mogu komunicirati sa nosiocima pozitivnih i negativnih naboja. Prisustvo polova u molekulima vode objašnjava sposobnost vode da hemijske reakcije hidratacija.

Zbog svog polariteta, molekuli vode se mogu vezati za molekule ili jone tvari topivih u vodi i formirati hidrate (spojevi vode s otopljenom tvari). Ove reakcije su egzotermne i, za razliku od reakcija hidrolize, hidratacija nije praćena stvaranjem vodikovih ili hidroksidnih jona.

Kada molekuli vode stupaju u interakciju s molekulima polarnih tvari, privlačenje molekula vode na drugu tvar premašuje energiju privlačenja između molekula vode. Stoga su molekuli ili joni takvih spojeva ugrađeni u opći sistem vodoničnih veza vode. hidrofilne supstance - To su polarne tvari koje se mogu dobro otopiti u vodi. To su rastvorljive kristalne soli, monosaharidi, određene aminokiseline, nukleinske kiseline itd.

U slučaju interakcije molekula vode s molekulima nepolarnih tvari, energija privlačenja molekula vode u njima bit će manja od energije vodikovih veza. Nepolarni molekuli pokušavaju da se izoluju od molekula vode, grupišu se i ističu se iz vodenog rastvora. Hidrofobne supstance - To su nepolarne tvari koje se ne otapaju u vodi. To su nerastvorljive mineralne soli, lipidi, polisaharidi, određeni proteini itd. Neki organski molekuli imaju dvostruka svojstva: polarne grupe su koncentrisane u nekim svojim područjima, a nepolarne u drugim. To su mnogi proteini, fosfolipidi. oni se nazivaju amfifilne supstance.

Tamo gdje ima ugljika, tu su i razne organske tvari, gdje ima ugljika, tu su najrazličitije strukture u smislu molekularne arhitekture.

Enciklopedija mladog hemičara

Sastav vode može se odrediti reakcijom razlaganja električnom strujom. Na jednu zapreminu kiseonika formiraju se dve zapremine vodika (volumen gasa je proporcionalan količini supstance):

2H 2 O \u003d 2H 2 + O 2

Voda se sastoji od molekula. Svaki molekul sadrži dva atoma vodika povezana kovalentnom vezom s jednim atomom kisika. Ugao između veza je oko 105°:
O-H
H

Pošto je kiseonik elektronegativniji element (jako oksidaciono sredstvo), zajednički elektronski par kovalentne veze se pomera ka atomu kiseonika, na njemu se formira parcijalni negativni naboj δ−, a delimični pozitivni naboj δ+ na atomi vodonika. Susjedne molekule privlače jedna drugoj suprotnim nabojima - to uzrokuje relativno visoke temperature ključala voda.

Voda na sobnoj temperaturi je bezbojna prozirna tečnost. Tačka topljenja 0ºC, tačka ključanja na atmosferskom pritisku - 100°C. Čista voda ne provodi struju.

Zanimljiva karakteristika vode je da ima najveću gustoću od 1 g/cm 3 na temperaturi od oko 4°C. Kako temperatura dalje opada, gustina vode se smanjuje. Stoga, s početkom zime, gornji ledeni slojevi vode postaju lakši i ne tonu. Na površini se stvara led. Zamrzavanje rezervoara do dna obično ne dolazi (osim toga, led ima i gustinu manje vode i pluta na površini).

Hemijska svojstva :

do velikih zagađivača prirodna voda uključuju otpadne vode iz industrijskih preduzeća koje sadrže jedinjenja žive, arsena i drugih toksičnih elemenata. Otpad iz stočnih kompleksa i gradova može sadržavati otpad koji uzrokuje brzi razvoj bakterija. Velika opasnost za prirodna vodna tijela je nepravilno skladištenje (koje ne pruža zaštitu od padavine) ili korištenje đubriva i pesticida ispranih u vodena tijela. Transport, posebno voda, zagađuje vodena tijela naftnim proizvodima i kućni otpad bacaju beskrupulozni ljudi direktno u vodu.

Za zaštitu voda potrebno je uvesti zatvoreno vodosnabdijevanje industrijskih preduzeća, složenu preradu sirovina i otpada, izgradnju postrojenja za prečišćavanje i ekološku edukaciju stanovništva.

* Za elektrolizu vode koriste se rastvori soli

2. Iskustvo. Prepoznavanje soli ugljične kiseline među tri predložene soli.

Kvalitativna reakcija na karbonate je interakcija s kiselinama, praćena brzim oslobađanjem ugljičnog dioksida:

CaCO 3 + 2HCl \u003d CaCl 2 + H 2 O + CO 2

ili, u jonskom obliku:

CO 3 2− + 2H + = H 2 O + CO 2

Moguće je dokazati da se radi o ugljičnom monoksidu (IV) koji se oslobađa prolaskom kroz otopinu vapnene vode, što uzrokuje zamućenje:

CO 2 + Ca (OH) 2 \u003d CaCO 3 ↓ + H 2 O

Da biste prepoznali so ugljične kiseline, dodajte malo kiseline u sve tri epruvete (da se ne bi prelila pri „ključanju“). Tamo gdje će se osloboditi bezbojni plin bez mirisa, nalazi se karbonat.

Voda je najčešća i najčešća supstanca u našem životu. Ljudsko tijelo se sastoji od 70% vode, a prirodno okruženje oko nas također sadrži 70% vode.

Od školski udžbenici znamo da se molekul vode sastoji od atoma kiseonika i dva atoma vodika, tj. jedan od najmanjih i najlakših molekula. Uz svu rutinu i za nas očiglednost onih svojstava vode koja stalno koristimo, postoje paradoksi tekuće vode koji čak određuju i oblike života na Zemlji.

Tečna voda ima gustinu veću od gustine leda. Stoga, kada se smrzava, volumen leda se povećava, led pluta na površini vode.

Gustoća vode je maksimalna na 4°C, a ne na tački topljenja, smanjuje se i desno i lijevo od ove temperature.

Viskoznost vode opada sa povećanjem pritiska.

Tačka ključanja vode je izvan opšte zavisnosti tačke ključanja od molekulske mase supstanci (slika 1.1). Inače, ne bi trebalo da bude viša od 60 o C.

Toplotni kapacitet vode je najmanje dvostruko veći od bilo koje druge tekućine.

Toplota isparavanja (~ 2250 kJ/kg) je najmanje tri puta veća od toplote bilo koje druge tečnosti, 8 puta veća od toplote etanola.

Razmotrite ovo posljednje svojstvo vode. Toplina isparavanja je energija potrebna za prekid veza između molekula kada pređu iz kondenzirane faze u plinovitu. To znači da je razlog svih paradoksalnih svojstava u prirodi međumolekularnih veza vode, a to je, pak, određeno strukturom molekula vode.

Sl.1.1. Raspon omjera molekulske mase različitih jedinjenja i njihovih tačaka ključanja.

1. Šta je molekul vode?

Godine 1780 Lavoisier je eksperimentalno utvrdio da se voda sastoji od kisika i vodonika, da dvije zapremine vodonika djeluju u interakciji s jednom zapreminom kisika i da je omjer masa vodonika i kisika u vodi 2:16. Do 1840. godine postalo je jasno da je molekularna formula vode H 2 O.

Tri jezgra u molekulu formiraju jednakokraki trougao sa dva protona u osnovi (slika 1.2). Elektronska formula molekuli vode [(1S 2)] [(1S 2)(2S 2)(2P 4)].

Sl.1.2.Formiranje sistema vezivanja m.o. od 2p orbitala atoma kiseonika i 1s-orbitale atoma kiseonika i 1s-orbitale atoma vodonika.

Zbog sudjelovanja dva elektrona vodonika 1s u vezi sa dva elektrona 2p kisika, dolazi do sp hibridizacije i formiraju se hibridne sp 3 orbitale s karakterističnim uglom između njih od 104,5°, kao i dva pola suprotnih naboja. Dužina O-N konekcije je 0,95Å (0,095 nm), udaljenost između protona je 1,54Å (0,154 nm). Slika 1.3 prikazuje elektronski model molekula vode.

Sl.1.3. Elektronski model H molekula 2 O.

Osam elektrona rotira u parovima u četiri orbitale koje se nalaze u tri ravni (uglovi 90 o ) koji se uklapaju u kocku. 1, 2 - usamljeni parovi elektrona.

Najvažnija posljedica ovog razmatranja: asimetrija raspodjele naboja pretvara molekulu H 2 O u dipol: protoni se nalaze na dva pozitivna kraja, a nepodijeljeni parovi p-elektrona kisika nalaze se na dva negativna kraja.

Dakle, molekul vode se može posmatrati kao trokutna piramida - tetraedar, na čijim uglovima su postavljena četiri naboja - dva pozitivna i dva negativna.

Ovi naboji formiraju svoje neposredno okruženje okretanjem susjednih molekula vode na strogo definiran način - tako da uvijek postoji samo jedan atom vodika između dva atoma kisika. Takvu međumolekularnu strukturu na vodi u čvrstom stanju najlakše je zamisliti i proučavati. Slika 1.4 prikazuje strukturu leda.

Rice. 1.4. Heksagonalna struktura leda

Strukturu drže zajedno O-H...O veze. Takva veza dva atoma kisika susjednih molekula vode posredovana jednim atomom vodika naziva se vodikova veza.

Vodikova veza nastaje iz sljedećih razloga:

1 - proton ima samo jedan elektron, tako da je odbijanje elektrona dva atoma minimalno. Proton jednostavno uranja u elektronsku ljusku susjednog atoma, smanjujući udaljenost između atoma za 20-30% (do 1 Å);

2 - susjedni atom mora imati veliku vrijednost elektronegativnosti. U konvencionalnim terminima (prema Paulingu), elektronegativnost F je 4,0; O - 3,5, N - 3,0, Cl - 3,0, C - 2,5, S - 2,5.

Molekul vode može imati četiri vodikove veze, u dvije djeluje kao donor elektrona, u dvije djeluje kao akceptor elektrona. A te veze mogu nastati i sa susjednim molekulima vode i sa drugim supstancama.

Dakle, dipolni moment ugao H-O-H i O-N…O vodonična veza određuju jedinstvena svojstva vode i igraju glavnu ulogu u oblikovanju svijeta oko nas.

Zadatak koji obavlja Meyerova ćelija je "lako" razlaganje molekula vode pod djelovanjem električne struje praćene elektromagnetnim zračenjem.

Da bismo to riješili, hajde da shvatimo šta je voda? Kakva je struktura molekula vode? Šta se zna o molekulima vode i njihovim vezama? U članku sam koristio razne publikacije koje su dostupne u dovoljnim količinama na internetu, ali se reproduciraju u velikom broju, tako da mi nije jasno ko je njihov autor i glupo je sa moje strane pozivati ​​se na izvor. Štaviše, ove publikacije su „zbunjujuće“ do sramote, što otežava percepciju, a značajno produžava vrijeme proučavanja. Analizirajući članke izdvojio sam nešto što vas može uputiti u razumijevanje čime ćemo se baviti u procesu ekstrakcije jeftine energije, odnosno u procesu razbijanja molekula vode na komponente - vodonik i kisik.

Dakle, razmotrimo najznačajnije koncepte o strukturi molekula vode!

Voda je tvar čija je glavna strukturna jedinica molekula H 2 O, koja se sastoji od jednog atoma kisika i dva atoma vodika.

Molekula vode ima strukturu jednakokračnog trokuta, takoreći: na vrhu ovog trokuta nalazi se atom kisika, a u njegovoj bazi dva atoma vodika. Ugao vrha je 104°27, a dužina stranice je 0,096 nm. Ovi parametri se odnose na hipotetičko stanje ravnoteže molekule vode bez njenih oscilacija i rotacija. Geometrija molekule vode i njene elektronske orbite prikazane su na slici.

Molekul vode je dipol koji sadrži pozitivne i negativne naboje na polovima. Ako se “slobodna” molekula vode, koja nije vezana za druge molekule, stavi u električno polje, tada će se “okrenuti” svojim negativnim polovima prema pozitivnoj ploči električnog polja, a pozitivnim polovima prema negativnoj ploči. Upravo je ovaj proces prikazan na slici 1, pozicija - 3B, objašnjavajući rad Mayer ćelije u članku "Voda umjesto benzina".

Ako epicentre pozitivnih i negativnih naboja povežete ravnim linijama, dobit ćete trodimenzionalni geometrijski lik - pravilni tetraedar. Ovo je struktura same molekule vode.

Zbog prisustva vodoničnih veza, svaki molekul vode formira vodikovu vezu sa 4 susjedna molekula, formirajući otvoren mrežasti okvir u molekulu leda. To je uređeno stanje molekula vode koje se može nazvati "strukturom". Svaki molekul može istovremeno formirati četiri vodonične veze s drugim molekulima pod strogo određenim uglovima jednakim 109°28′, usmjerene na tetraedarske vrhove, koji ne dozvoljavaju stvaranje guste strukture nakon smrzavanja.

Kada se led topi, njegova tetragonalna struktura se urušava i formira se mješavina polimera koja se sastoji od tri-, tetra-, penta- i heksamera vode i slobodnih molekula vode.

U svom tečnom stanju, voda je neuređena tečnost. Ove vodonične veze su spontane, kratkotrajne, brzo se kidaju i ponovo formiraju.

Grupirani, tetraedri molekula vode formiraju različite prostorne i planarne strukture.

A od čitave raznolikosti struktura u prirodi, osnova je heksagonalna (heksagonalna) struktura, kada je šest molekula vode (tetraedra) spojeno u prsten.

Ovakav tip strukture karakterističan je za led, snijeg i otopljenu vodu, koja se zbog prisustva takve strukture naziva „strukturirana voda“. Mnogo se piše o korisnim svojstvima strukturirane vode, ali to nije tema našeg članka. Bilo bi logično da je strukturirana voda, koja formira heksagonalne strukture, najgora verzija strukture vode koja se može koristiti za razlaganje na vodik i kisik. Dozvolite mi da objasnim zašto: Molekule vode, koje grupišu šest u heksamer, imaju električni neutralni sastav - heksameri nemaju pozitivne i negativne polove. Ako stavite heksamer strukturirane vode u električno polje, on na to neće reagirati ni na koji način. Stoga se logično može zaključiti da je neophodno da u vodi bude što manje uređenih struktura. U stvari, tačno je suprotno, heksamer nije potpuna struktura, postoji još zanimljiviji koncept - klaster.

Strukture kombinovanih molekula vode nazivaju se klasteri, a pojedinačni molekuli vode nazivaju se kvanti. Klaster je masivno jedinjenje molekula vode, uključujući heksamere, koje ima i pozitivne i negativne polove.

U destiliranoj vodi klasteri su praktički električno neutralni, jer su uslijed isparavanja klasteri uništeni, a uslijed kondenzacije nisu se pojavile jake veze između molekula vode. Međutim, njihova električna provodljivost se može promijeniti. Ako se destilirana voda miješa magnetskom miješalicom, veze između elemenata klastera će se djelomično obnoviti i električna provodljivost vode će se promijeniti. Drugim riječima, Destilirana voda je voda koja ima minimalan broj veza između molekula . U njemu su dipoli molekula u pogrešno orijentisanom stanju, pa je dielektrična konstanta destilovane vode veoma visoka, a ona je i loš provodnik električne struje. Istovremeno, kako bi se povećala upravljivost klastera vode, u njega se dodaju kiseline ili alkalije, koje, sudjelujući u molekularnim vezama, ne dopuštaju molekulima vode da formiraju heksagonalne strukture, stvarajući tako elektrolite. Destilirana voda je suprotnost strukturiranoj vodi, u kojoj postoji ogroman broj veza između molekula vode u klasterima.

Na mom sajtu postoje i pojaviće se članci koji su na prvi pogled „zasebni“ i nemaju nikakve veze sa drugim člancima. U stvari, većina članaka na stranici su međusobno povezani u jednu cjelinu. U ovom slučaju, opisujući svojstva destilovane vode, koristim dipolnu teoriju električne struje, ovo je alternativni koncept električne struje, što je potvrđeno i u nauci i u praksi bolje od klasičnog koncepta.

Kada su izloženi energiji izvora električne struje, svi se dipoli atoma vode (kao provodnik) okreću, orijentirajući svoje istoimene polove u jednom smjeru. Ako su molekule vode stvorile klastersku (međusobno orijentiranu) strukturu prije pojave vanjskog električnog polja, tada je za orijentaciju u vanjskom električnom polju potrebna minimalna količina energije izvora električne struje. Ako struktura nije bila organizirana (kao destilovana voda), onda veliki broj energije.

Imajte na umu da postoji mišljenje „među ljudima“ da destilovana voda i otopljena voda treba da imaju ista električna provodljiva svojstva, jer jedna i druga nemaju hemijske nečistoće (obično soli), oni hemijski sastav je ista, a struktura molekula vode je ista u otopljenoj vodi i u destilovanoj vodi.

Zapravo, sve izgleda suprotno, odsustvo nečistoća uopće ne ukazuje na svojstva električne provodljivosti vode. Ne shvaćajući to, neki ljudi “ubijaju” baterije u fazi punjenja elektrolitom, zamjene destilovane vode otopljenom vodom ili jednostavno pročišćene kroz ugljični filter. U pravilu, napunjena baterija koja se kupuje na tržištu automobila traje kraće od one koju ste kupili suho napunjenu i razrijeđenu sumporna kiselina destilovanu vodu, napunite sami. Ovo samo zato što je "gotovi" elektrolit, odnosno napunjena baterija, danas sredstvo za zaradu, a da bi se utvrdilo kakva je voda korištena, potrebno je obaviti skup pregled, niko se ne zamara. ovo. Trgovcu nije bitno koliko dugo traje baterija na vašem automobilu, a ne želite se ni petljati s kiselinom. Ali, uvjeravam vas, baterija nad kojom se znojite bit će mnogo veselija na temperaturama ispod nule od one napunjene gotovim elektrolitom iz boce.

Nastavimo!

U vodi se grozdovi povremeno uništavaju i ponovo formiraju. Vrijeme skoka je 10-12 sekundi.

Budući da je struktura molekule vode asimetrična, težišta njenih pozitivnih i negativnih naboja se ne poklapaju. Molekule imaju dva pola - pozitivan i negativan, stvarajući, poput magneta, polja molekularne sile. Takvi molekuli se nazivaju polarni ili dipoli, a kvantitativna karakteristika polariteta određena je električnim momentom dipola, izraženim kao proizvod udaljenosti l između električnih centara gravitacije pozitivnih i negativnih naboja molekula po naboju e u apsolutnim elektrostatičkim jedinicama: p = l e

Za vodu je dipolni moment vrlo visok: p = 6,13·10 -29 C·m.

Klasteri vode na granicama faza (tečnost-vazduh) nižu se određenim redosledom, dok svi klasteri osciluju istom frekvencijom, dobijajući jednu zajedničku frekvenciju. Kod ovakvog kretanja klastera, s obzirom da su molekule vode uključene u klaster polarne, odnosno da imaju veliki dipolni moment, treba očekivati ​​pojavu elektromagnetnog zračenja. Ovo zračenje se razlikuje od zračenja slobodnih dipola, jer su dipoli vezani i osciliraju zajedno u klaster strukturi.

Frekvencija oscilacija klastera vode i, shodno tome, frekvencija elektromagnetskih oscilacija može se odrediti sljedećom formulom:

gdje a je površinski napon vode na datoj temperaturi; M
je masa klastera.

Gdje V je veličina klastera.

Volumen klastera se određuje uzimajući u obzir dimenzije fraktalne zatvorene strukture klastera ili po analogiji sa dimenzijama proteinske domene.
Na sobnoj temperaturi 18°C, frekvencija vibracije klastera f jednaka 6,79 10 9 Hz, odnosno talasna dužina u slobodnom prostoru treba da bude λ = 14,18 mm.

Ali šta će se dogoditi kada voda bude izložena vanjskom elektromagnetnom zračenju? Budući da je voda samoorganizirana struktura i sadrži i grupisane elemente i slobodne molekule, sljedeće će se dogoditi kada je izložena vanjskom elektromagnetnom zračenju. Kada se molekuli vode međusobno približavaju (razdaljina se mijenja od R 0 do R 1 ), energija interakcije se mijenja za veću količinu nego kada se udaljavaju jedna od druge (razdaljina se mijenja od R 0 do R 2 ).

ali, budući da molekuli vode imaju veliki dipolni moment, u slučaju vanjskog elektromagnetnog polja, osciliraju (na primjer, od R 1 do R 2 ). U ovom slučaju, zbog navedene zavisnosti, primenjeno elektromagnetno polje će više doprineti privlačenju molekula, a samim tim i organizaciji sistema u celini, tj. formiranje heksagonalne strukture.

U prisustvu nečistoća u vodena sredina, prekriveni su hidratnom ljuskom na način da ukupna energija sistema teži da poprimi minimalnu vrijednost. A ako je ukupni dipolni moment heksagonalne strukture jednak nuli, tada se u prisustvu nečistoća heksagonalna struktura u njihovoj blizini narušava na takav način da sistem poprima minimalnu vrijednost, u nekim slučajevima se heksagoni pretvaraju u pentagoni, a hidratantna ljuska ima oblik blizak lopti. Nečistoće (na primjer, ioni Na +) mogu stabilizirati strukturu, čineći je otpornijom na uništavanje.

Samoorganizovani vodni sistem pod uticajem elektromagnetnog zračenja neće se kretati kao celina, već svaki heksagonalni element, a u slučaju primesa lokalno i drugačijeg tipa, struktura će se pomerati, tj. doći će do izobličenja geometrije konstrukcije, tj. nastaju tenzije. Ovo svojstvo vode je vrlo slično polimerima. Ali polimerne strukture imaju velika vremena opuštanje, koje nije 10 -11 -10 -12 s, već minuta ili više. Zbog toga Energija kvanta elektromagnetnog zračenja, koja kao rezultat njenog izobličenja prelazi u unutrašnju energiju organizovane vodene strukture, akumuliraće se dok ne dostigne energiju vodikove veze, koja je 500-1000 puta veća od energije elektromagnetne polje. Kada se ova vrijednost dostigne, vodikova veza se prekida, a struktura se uništava.

Ovo se može porediti sa snježna lavina kada dolazi do postepenog, sporog nagomilavanja mase, a zatim do brzog kolapsa. U slučaju vode, ne prekida se samo slaba veza između klastera, već i jače veze – u strukturi molekula vode. Kao rezultat ovog jaza, mogu se formirati H +, OH - i hidratizirani elektron e -. Plava boja čiste vode nastaje zbog prisustva ovih elektrona, a ne samo zbog raspršivanja prirodne svjetlosti.

Zaključak

Dakle, kada je izložena elektromagnetskom zračenju sa vodom, energija se akumulira u strukturi klastera do određene kritične vrijednosti, zatim se prekidaju veze između klastera i drugih, dolazi do lavinskog oslobađanja energije, koja se potom može transformirati u drugu vrste.