La structure des molécules d'eau, leurs connexions et propriétés. L'influence des influences physiques externes sur les molécules d'eau ? L'eau : sa composition, sa structure moléculaire, ses propriétés physiques

doctorat O.V. Mosine

Une molécule d'eau est un petit dipôle contenant des charges positives et négatives à ses pôles. Puisque la masse et la charge du noyau d’oxygène sont supérieures à celles des noyaux d’hydrogène, le nuage électronique est attiré vers le noyau d’oxygène. Dans ce cas, les noyaux d’hydrogène sont « exposés ». Ainsi, le nuage électronique a une densité non uniforme. Il y a un manque de densité électronique près des noyaux d'hydrogène, et du côté opposé de la molécule, près du noyau d'oxygène, il y a un excès de densité électronique. C'est cette structure qui détermine la polarité de la molécule d'eau. Si vous connectez les épicentres de charges positives et négatives avec des lignes droites, vous obtenez un volumétrique figure géométrique- tétraèdre régulier.

La structure d'une molécule d'eau (photo de droite)

Du fait de la présence de liaisons hydrogène, chaque molécule d'eau forme une liaison hydrogène avec 4 molécules voisines, formant un cadre maillé ajouré dans la molécule de glace. Cependant, à l’état liquide, l’eau est un liquide désordonné ; Ces liaisons hydrogène sont spontanées, de courte durée, se brisent et se reforment rapidement. Tout cela conduit à une hétérogénéité dans la structure de l’eau.

Liaisons hydrogène entre les molécules d'eau (image en bas à gauche)

Le fait que l’eau soit de composition hétérogène est établi depuis longtemps. On sait depuis longtemps que la glace flotte à la surface de l'eau, c'est-à-dire que la densité de la glace cristalline est inférieure à la densité d'un liquide.

Pour presque toutes les autres substances, le cristal est plus dense que la phase liquide. De plus, même après la fonte, à mesure que la température augmente, la densité de l’eau continue d’augmenter et atteint un maximum à 4°C. Moins connue est l’anomalie de compressibilité de l’eau : lorsqu’elle est chauffée depuis le point de fusion jusqu’à 40°C, elle diminue puis augmente. La capacité calorifique de l’eau dépend également de manière non monotone de la température.

De plus, à des températures inférieures à 30°C, avec une augmentation de la pression atmosphérique à 0,2 GPa, la viscosité de l'eau diminue et le coefficient d'autodiffusion - un paramètre qui détermine la vitesse de déplacement des molécules d'eau les unes par rapport aux autres - augmente.

Pour d'autres liquides, la relation est inverse, et il n'arrive presque nulle part qu'un paramètre important ne se comporte pas de manière monotone, c'est-à-dire a d'abord augmenté, et après avoir dépassé la valeur critique de température ou de pression, elle a diminué. On supposait qu'en fait l'eau n'était pas un liquide unique, mais un mélange de deux composants qui diffèrent par leurs propriétés, telles que la densité et la viscosité, et, par conséquent, par leur structure. De telles idées ont commencé à émerger à la fin du XIXe siècle, alors que de nombreuses données sur les anomalies de l’eau s’étaient accumulées.

L’idée selon laquelle l’eau est composée de deux composants a été proposée pour la première fois par Whiting en 1884. Sa paternité est citée par E.F. Fritsman dans la monographie « La nature de l'eau. Eau lourde », publié en 1935. En 1891, W. Rengten a introduit le concept de deux états de l'eau, qui diffèrent par leur densité. Après cela, de nombreux travaux sont apparus dans lesquels l'eau était considérée comme un mélange d'associés de composition différente (« hydrols »).

Lorsque la structure de la glace a été déterminée dans les années 1920, il s'est avéré que les molécules d'eau à l'état cristallin forment une grille continue tridimensionnelle, dans laquelle chaque molécule a quatre voisins les plus proches situés aux sommets d'un tétraèdre régulier. En 1933, J. Bernal et P. Fowler suggèrent qu'un réseau similaire existe également dans l'eau liquide. Puisque l'eau est plus dense que la glace, ils pensaient que les molécules qu'elle contient ne sont pas disposées de la même manière que dans la glace, c'est-à-dire comme les atomes de silicium dans le minéral tridymite, mais comme les atomes de silicium dans une modification plus dense de la silice - le quartz. L'augmentation de la densité de l'eau lors d'un chauffage de 0 à 4°C s'explique par la présence d'un composant tridymite à basse température. Ainsi, le modèle Bernal-Fowler a conservé l'élément de double structure, mais leur principale réalisation est l'idée d'un réseau tétraédrique continu. Puis apparut le célèbre aphorisme de I. Langmuir : « L'océan est une grosse molécule ». Une spécification excessive du modèle n’a pas augmenté le nombre de partisans de la théorie du maillage unifié.

Ce n'est qu'en 1951 que J. Pople a créé un modèle de grille continue, moins spécifique que le modèle de Bernal-Fowler. Pople a imaginé l'eau comme un réseau tétraédrique aléatoire, dont les liaisons entre les molécules sont courbées et ont des longueurs différentes. Le modèle de Pople explique le compactage de l'eau lors de la fusion par la flexion des liaisons. Lorsque les premières déterminations de la structure des glaces II et IX sont apparues dans les années 60-70, il est devenu évident que la flexion des liaisons pouvait conduire au compactage de la structure. Le modèle de Pople n'a pas pu expliquer la dépendance non monotone des propriétés de l'eau à la température et à la pression, ainsi que les modèles à deux états. Par conséquent, l’idée de deux États a longtemps été partagée par de nombreux scientifiques.

Mais dans la seconde moitié du XXe siècle, il était impossible de fantasmer sur la composition et la structure des « hydrols » comme on le faisait au début du siècle. On savait déjà comment sont disposés la glace et les hydrates cristallins, et ils en savaient beaucoup sur les liaisons hydrogène. Outre les modèles « continuum » (le modèle Pople), deux groupes de modèles « mixtes » sont apparus : le cluster et le clathrate. Dans le premier groupe, l'eau est apparue sous forme d'amas de molécules liées par des liaisons hydrogène, qui flottaient dans une mer de molécules qui ne participent pas à de telles liaisons. Les modèles du deuxième groupe considéraient l'eau comme un réseau continu (généralement appelé cadre dans ce contexte) de liaisons hydrogène contenant des vides ; ils contiennent des molécules qui ne forment pas de liaisons avec les molécules de la charpente. Il n'a pas été difficile de choisir de telles propriétés et concentrations de deux microphases des modèles d'amas ou les propriétés de la charpente et le degré de remplissage de ses vides dans les modèles de clathrates afin d'expliquer toutes les propriétés de l'eau, y compris les fameuses anomalies.

Parmi les modèles de clusters, le plus frappant est celui de G. Némethy et H. Scheraghi.: leurs images, représentant des amas de molécules liées flottant dans une mer de molécules non liées, ont été incluses dans de nombreuses monographies.

Le premier modèle de type clathrate a été proposé en 1946 par O.Ya. Samoilov : un réseau de liaisons hydrogène semblable à la glace hexagonale est conservé dans l'eau dont les cavités sont partiellement remplies de molécules monomères. L. Pauling a créé en 1959 une autre version, suggérant que le réseau de liaisons inhérent à certains hydrates cristallins peut servir de base à la structure.

Durant la seconde moitié des années 60 et le début des années 70, une convergence de tous ces points de vue a été observée. Des variantes de modèles de cluster sont apparues dans lesquelles les molécules des deux microphases sont reliées par des liaisons hydrogène. Les partisans des modèles clathrates ont commencé à admettre la formation de liaisons hydrogène entre les molécules vides et les molécules de charpente. Autrement dit, les auteurs de ces modèles considèrent l'eau comme un réseau continu de liaisons hydrogène. Et nous parlons de l'hétérogénéité de cette grille (par exemple, en densité). L'idée de l'eau sous forme d'amas liés à l'hydrogène flottant dans une mer de molécules d'eau non liées a pris fin au début des années 80, lorsque G. Stanley a appliqué la théorie de la percolation, qui décrit les transitions de phase de l'eau, à la modèle d'eau.

En 1999, le célèbre chercheur russe en eau S.V. Zenin a soutenu sa thèse de doctorat à l'Institut des problèmes médicaux et biologiques de l'Académie des sciences de Russie sur la théorie des clusters, ce qui a constitué une étape importante dans l'avancement de ce domaine de recherche, dont la complexité est renforcée par le fait qu'ils sont à l'intersection de trois sciences : la physique, la chimie et la biologie. Sur la base des données obtenues par trois méthodes physicochimiques : la réfractométrie (S.V. Zenin, B.V. Tyaglov, 1994), la chromatographie liquide à haute performance (S.V. Zenin et al., 1998) et la résonance magnétique protonique (C S.V. Zenin, 1993) ont construit et prouvé une géométrie géométrique. modèle de la principale formation structurelle stable des molécules d'eau (eau structurée), puis (S.V. Zenin, 2004) une image de ces structures a été obtenue à l'aide d'un microscope à phase contrastée.

La science a maintenant prouvé que les particularités des propriétés physiques de l'eau et les nombreuses liaisons hydrogène de courte durée entre les atomes d'hydrogène et d'oxygène voisins dans une molécule d'eau créent des opportunités favorables pour la formation de structures associées spéciales (clusters) qui perçoivent, stockent et transmettent un une grande variété d'informations.

L'unité structurelle de cette eau est un amas constitué de clathrates dont la nature est déterminée par les forces coulombiennes à longue portée. La structure des clusters code des informations sur les interactions qui ont eu lieu avec ces molécules d'eau. Dans les amas d'eau, en raison de l'interaction entre les liaisons covalentes et hydrogène entre les atomes d'oxygène et les atomes d'hydrogène, la migration d'un proton (H+) peut se produire via un mécanisme de relais, conduisant à une délocalisation du proton au sein de l'amas.

L'eau, composée de nombreux amas de différents types, forme une structure spatiale hiérarchique de cristaux liquides capable de percevoir et de stocker d'énormes quantités d'informations.

La figure (V.L. Voeikov) montre à titre d'exemple des diagrammes de plusieurs structures de cluster simples.

Quelques structures possibles de clusters d'eau

Des champs physiques de nature très différente peuvent être porteurs d'informations. Ainsi, la possibilité d'une interaction informationnelle à distance de la structure des cristaux liquides de l'eau avec des objets de diverses natures en utilisant des champs électromagnétiques, acoustiques et autres a été établie. L'objet d'influence peut aussi être une personne.

L'eau est une source de rayonnement électromagnétique alternatif ultra-faible et faible. Le rayonnement électromagnétique le moins chaotique est créé par l’eau structurée. Dans ce cas, l'induction du champ électromagnétique correspondant peut se produire, ce qui modifie les caractéristiques structurelles et informationnelles des objets biologiques.

Pendant dernières années Des données importantes sur les propriétés de l'eau surfondue ont été obtenues. Il est très intéressant d’étudier l’eau à basse température, car elle peut être plus surfondue que d’autres liquides. En règle générale, la cristallisation de l'eau commence sur certaines inhomogénéités - soit sur les parois du récipient, soit sur des particules flottantes d'impuretés solides. Par conséquent, il n’est pas facile de trouver la température à laquelle l’eau surfondue cristalliserait spontanément. Mais les scientifiques ont réussi à le faire, et maintenant la température de la nucléation dite homogène, lorsque la formation de cristaux de glace se produit simultanément dans tout le volume, est connue pour des pressions allant jusqu'à 0,3 GPa, c'est-à-dire couvrant les régions d'existence de glace II.

De la pression atmosphérique jusqu'à la frontière séparant les glaces I et II, cette température descend de 231 à 180 K, puis augmente légèrement jusqu'à 190 K. En dessous de cette température critique, l’eau liquide est en principe impossible.

Structure de glace (photo de droite)

Cependant, il existe un mystère associé à cette température. Il a été ouvert au milieu des années quatre-vingt nouvelle modification la glace amorphe est de la glace à haute densité, ce qui a contribué à raviver l'idée de l'eau comme un mélange de deux états. Ce ne sont pas des structures cristallines, mais des structures de glace amorphe de différentes densités qui ont été considérées comme prototypes. Ce concept a été formulé sous la forme la plus claire par E.G. Poniatovsky et V.V. Sinitsin, qui écrivait en 1999 : « L’eau est considérée comme une solution régulière de deux composants, dont les configurations locales correspondent à l’ordre de modification à courte distance de la glace amorphe. » De plus, en étudiant l’ordre à courte distance dans l’eau surfondue à haute pression à l’aide de méthodes de diffraction de neutrons, les scientifiques ont pu trouver des composants correspondant à ces structures.

Une conséquence du polymorphisme de la glace amorphe a également conduit à des hypothèses sur la séparation de l'eau en deux composants non miscibles à des températures inférieures au point critique hypothétique de basse température. Malheureusement, selon les chercheurs, cette température à une pression de 0,017 GPa est égale à 230 K - en dessous de la température de nucléation, donc personne n'a encore pu observer la stratification de l'eau liquide. Ainsi, la renaissance du modèle à deux états pose la question de l’hétérogénéité du réseau de liaisons hydrogène dans l’eau liquide. Cette hétérogénéité ne peut être comprise qu’à l’aide de modélisation informatique.

Parlant de la structure cristalline de l'eau, il convient de noter que 14 modifications de la glace, dont la plupart ne se trouvent pas dans la nature, dans laquelle les molécules d'eau conservent leur individualité et sont reliées par des liaisons hydrogène. D’autre part, il existe de nombreuses variantes du réseau de liaisons hydrogène dans les clathrates hydratés. Les énergies de ces grilles (glaces haute pression et clathrates hydratés) ne sont pas beaucoup plus élevées que les énergies de la glace cubique et hexagonale. Par conséquent, des fragments de telles structures peuvent également apparaître dans l’eau liquide. Il est possible de construire d'innombrables fragments non périodiques différents, dont les molécules ont quatre voisins les plus proches situés approximativement aux sommets du tétraèdre, mais leur structure ne correspond pas aux structures des modifications connues de la glace. Comme de nombreux calculs l'ont montré, les énergies d'interaction des molécules dans de tels fragments seront proches les unes des autres, et il n'y a aucune raison de dire qu'une structure quelconque devrait prévaloir dans l'eau liquide.

Les études structurelles de l'eau peuvent être étudiées en utilisant différentes méthodes ; spectroscopie de résonance magnétique du proton, spectroscopie infrarouge, diffraction des rayons X, etc. Par exemple, la diffraction des rayons X et des neutrons dans l'eau a été étudiée à de nombreuses reprises. Cependant, ces expériences ne peuvent pas fournir d’informations détaillées sur la structure. Des inhomogénéités de densité différente pourraient être observées par la diffusion de rayons X et de neutrons sous de petits angles, mais ces inhomogénéités doivent être importantes, constituées de centaines de molécules d'eau. Il serait possible de les observer en étudiant la diffusion de la lumière. Or, l’eau est un liquide extrêmement transparent. Le seul résultat des expériences de diffraction est la fonction de distribution radiale, c'est-à-dire la distance entre les atomes d'oxygène, d'hydrogène et d'oxygène-hydrogène. Il ressort clairement d’eux qu’il n’y a pas d’ordre à long terme dans la disposition des molécules d’eau. Ces fonctions se dégradent beaucoup plus rapidement pour l’eau que pour la plupart des autres liquides. Par exemple, la distribution des distances entre les atomes d'oxygène à des températures proches de la température ambiante ne donne que trois maxima, à 2,8, 4,5 et 6,7 Å. Le premier maximum correspond à la distance aux voisins les plus proches, et sa valeur est approximativement égale à la longueur de la liaison hydrogène. Le deuxième maximum est proche de la longueur moyenne du bord d'un tétraèdre - rappelez-vous que les molécules d'eau dans la glace hexagonale sont situées le long des sommets d'un tétraèdre décrit autour de la molécule centrale. Et le troisième maximum, très faiblement exprimé, correspond à la distance aux troisièmes voisins et plus éloignés du réseau hydrogène. Ce maximum en lui-même n'est pas très brillant et il n'est pas nécessaire de parler d'autres pics. Des tentatives ont été faites pour obtenir des informations plus détaillées à partir de ces distributions. Ainsi, en 1969, I.S. Andrianov et I.Z. Fisher a trouvé des distances jusqu'au huitième voisin, tandis que pour le cinquième voisin, elle s'est avérée être de 3 Å et pour le sixième de 3,1 Å. Cela permet d'obtenir des données sur l'environnement lointain des molécules d'eau.

Une autre méthode d'étude de la structure, la diffraction des neutrons sur les cristaux d'eau, s'effectue exactement de la même manière que la diffraction des rayons X. Cependant, étant donné que les longueurs de diffusion des neutrons ne diffèrent pas tellement entre les différents atomes, la méthode de substitution isomorphe devient inacceptable. En pratique, on travaille généralement avec un cristal dont la structure moléculaire a déjà été déterminée approximativement par d'autres méthodes. Les intensités de diffraction des neutrons sont ensuite mesurées pour ce cristal. Sur la base de ces résultats, une transformée de Fourier est réalisée, au cours de laquelle sont utilisées les intensités et phases neutroniques mesurées, calculées en tenant compte des atomes non hydrogène, c'est-à-dire atomes d'oxygène dont la position dans le modèle de structure est connue. Ensuite, dans la carte de Fourier ainsi obtenue, les atomes d'hydrogène et de deutérium sont représentés avec beaucoup de détails. grandes échelles, que sur la carte de densité électronique, car la contribution de ces atomes à la diffusion des neutrons est très importante. Grâce à cette carte de densité, vous pouvez par exemple déterminer la position des atomes d'hydrogène (densité négative) et de deutérium (densité positive).

Une variante de cette méthode est possible, qui consiste dans le fait que le cristal formé dans l'eau est conservé dans de l'eau lourde avant les mesures. Dans ce cas, la diffraction des neutrons permet non seulement de déterminer où se trouvent les atomes d'hydrogène, mais également d'identifier ceux d'entre eux qui peuvent être échangés contre du deutérium, ce qui est particulièrement important lors de l'étude des échanges isotopiques (H-D). Ces informations permettent de confirmer que la structure a été correctement établie.

D'autres méthodes permettent également d'étudier la dynamique des molécules d'eau. Celles-ci incluent des expériences sur la diffusion quasi-élastique des neutrons, la spectroscopie IR ultrarapide et l'étude de la diffusion de l'eau à l'aide de RMN ou d'atomes de deutérium marqués. La méthode de spectroscopie RMN est basée sur le fait que le noyau d'un atome d'hydrogène possède un moment magnétique - spin, qui interagit avec des champs magnétiques constants et variables. À partir du spectre RMN, on peut juger dans quel environnement se trouvent ces atomes et noyaux, obtenant ainsi des informations sur la structure de la molécule.

À la suite d'expériences sur la diffusion quasi-élastique des neutrons dans les cristaux d'eau, le paramètre le plus important a été mesuré : le coefficient d'autodiffusion à différentes pressions et températures. Pour juger du coefficient d'autodiffusion à partir de la diffusion quasiélastique des neutrons, il est nécessaire de faire une hypothèse sur la nature du mouvement moléculaire. S'ils se déplacent conformément au Ya.I. Frenkel (célèbre physicien théoricien russe, auteur de la « Théorie cinétique des liquides » - livre classique, traduit dans de nombreuses langues), également appelé modèle « saut-attente », alors la durée de vie « réglée » (temps entre les sauts) de la molécule est de 3,2 picosecondes. Les dernières méthodes de spectroscopie laser femtoseconde ont permis d'estimer la durée de vie d'une liaison hydrogène rompue : il faut à un proton 200 fs pour trouver un partenaire. Cependant, ce sont toutes des valeurs moyennes. Il est possible d'étudier les détails de la structure et de la nature du mouvement des molécules d'eau uniquement à l'aide d'une simulation informatique, parfois appelée expérience numérique.

Voici à quoi ressemble la structure de l'eau selon les résultats de la modélisation informatique (selon le docteur en sciences chimiques G. G. Malenkov). La structure générale désordonnée peut être divisée en deux types de régions (représentées par des boules sombres et claires), qui diffèrent par leur structure, par exemple par le volume du polyèdre de Voronoï (a), le degré de tétraédralité de l'environnement immédiat ( b), la valeur de l'énergie potentielle (c), et également en présence de quatre liaisons hydrogène dans chaque molécule (d). Cependant, ces zones changeront littéralement d'emplacement en un instant, après quelques picosecondes.

La simulation s'effectue ainsi. La structure de glace est prélevée et chauffée jusqu'à ce qu'elle fonde. Puis, après un certain temps pour que l'eau « oublie » son origine cristalline, des microphotographies instantanées sont prises.

Pour analyser la structure de l'eau, trois paramètres sont sélectionnés :
- degré de déviation de l'environnement local de la molécule par rapport aux sommets d'un tétraèdre régulier ;
-énergie potentielle des molécules ;
-le volume du polyèdre dit de Voronoï.

Pour construire ce polyèdre, prenez une arête d'une molécule donnée à la plus proche, divisez-la en deux et tracez un plan passant par ce point perpendiculaire à l'arête. Cela donne le volume par molécule. Le volume d'un polyèdre est la densité, la tétraédralité est le degré de distorsion des liaisons hydrogène, l'énergie est le degré de stabilité de la configuration moléculaire. Les molécules ayant des valeurs similaires pour chacun de ces paramètres ont tendance à se regrouper en groupes distincts. Les zones à faible et à forte densité ont différentes significationsénergie, mais peuvent avoir les mêmes valeurs. Des expériences ont montré que des zones avec des structures différentes, des clusters apparaissent spontanément et se désintègrent spontanément. La structure entière de l’eau est vivante et en constante évolution, et la durée pendant laquelle ces changements se produisent est très courte. Les chercheurs ont surveillé les mouvements des molécules et ont constaté qu'elles effectuaient des vibrations irrégulières avec une fréquence d'environ 0,5 ps et une amplitude de 1 angström. De rares sauts lents d’angströms qui durent des picosecondes ont également été observés. En général, en 30 ps, ​​une molécule peut se déplacer de 8 à 10 angströms. La durée de vie de l'environnement local est également courte. Les régions composées de molécules avec des valeurs de volume similaires au polyèdre de Voronoi peuvent se désintégrer en 0,5 ps, ou elles peuvent vivre plusieurs picosecondes. Mais la répartition des durées de vie des liaisons hydrogène est très large. Mais ce temps ne dépasse pas 40 ps, ​​et la valeur moyenne est de plusieurs ps.

En conclusion, il convient de souligner que La théorie de la structure amas de l’eau comporte de nombreux pièges. Par exemple, Zenin suggère que le principal élément structurel de l'eau est un amas de 57 molécules formées par la fusion de quatre dodécaèdres. Ils ont des faces communes et leurs centres forment un tétraèdre régulier. On sait depuis longtemps que les molécules d’eau peuvent être localisées aux sommets d’un dodécaèdre pentagonal ; un tel dodécaèdre est à la base des hydrates de gaz. Il n’y a donc rien d’étonnant à supposer l’existence de telles structures dans l’eau, même s’il a déjà été dit qu’aucune structure spécifique ne peut être prédominante et exister pendant longtemps. Il est donc étrange que cet élément soit supposé être le principal et qu'il contienne exactement 57 molécules. À partir de boules, par exemple, vous pouvez assembler les mêmes structures, constituées de dodécaèdres adjacents les uns aux autres et contenant 200 molécules. Zenin affirme que le processus de polymérisation tridimensionnelle de l'eau s'arrête à 57 molécules. Selon lui, il ne devrait pas y avoir de plus grands associés. Cependant, si tel était le cas, les cristaux de glace hexagonaux, qui contiennent un grand nombre de molécules liées entre elles par des liaisons hydrogène, ne pourraient pas précipiter à partir de la vapeur d'eau. On ne sait absolument pas pourquoi la croissance du cluster Zenin s'est arrêtée à 57 molécules. Pour éviter les contradictions, Zenin regroupe les amas en formations plus complexes - des rhomboèdres - de près d'un millier de molécules, et les amas d'origine ne forment pas de liaisons hydrogène entre eux. Pourquoi? En quoi les molécules à leur surface sont-elles différentes de celles à l’intérieur ? Selon Zenin, la configuration des groupes hydroxyles à la surface des rhomboèdres assure la mémoire de l'eau. Par conséquent, les molécules d’eau dans ces grands complexes sont fixées de manière rigide et les complexes eux-mêmes sont des solides. Cette eau ne coulera pas et son point de fusion, qui est lié au poids moléculaire, devrait être très élevé.

Quelles propriétés de l'eau le modèle de Zenin explique-t-il ? Puisque le modèle est basé sur des structures tétraédriques, il peut être plus ou moins cohérent avec les données de diffraction des rayons X et des neutrons. Cependant, il est peu probable que le modèle puisse expliquer la diminution de la densité lors de la fonte - l'emballage des dodécaèdres est moins dense que la glace. Mais le plus difficile à accepter est le modèle aux propriétés dynamiques - fluidité, valeur élevée du coefficient d'auto-diffusion, temps de corrélation court et de relaxation diélectrique, qui se mesurent en picosecondes.

doctorat O.V. Mosine

Les références:
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Eau - substance inorganique, dont les molécules sont constituées de deux atomes d’hydrogène et d’un atome d’oxygène. La quantité d'eau varie selon les organismes. Le corps des méduses contient le plus d'eau (95 à 98 %), d'algues (plus de 80 %), la plus petite quantité se trouve dans les insectes (40 à 50 %) et les thalles de lichens (5 à 7 %). En moyenne, le corps des mammifères contient 75 % d'eau, dont 60 à 65 % du poids corporel de l'homme. La quantité d’eau n’est pas la même dans les différents tissus et organes d’un même organisme. Par exemple, chez l'homme, la teneur en eau des tissus et organes est la suivante : sang (83,0 %), reins (82,7 %), cœur (79,2 %), poumons (79,0 %), muscles (75,6 %), cerveau (74,8 %). %), peau (72,0 %), squelette (22,0 %), tissu adipeux (10,0 %).

La majeure partie de l'eau (70 % du volume) se trouve dans les cellules du corps sous forme libre et liée, une plus petite partie (30 % du volume) se déplace dans l'espace extracellulaire du corps et est à l'état libre. . eau liée(4 à 5 %) peuvent être liés osmotiquement (eau en liaison avec des ions et des composés de faible poids moléculaire), liés de manière colloïdale (eau en liaison avec des groupes chimiques internes et de surface de composés de haut poids moléculaire) et liés structurellement (eau dans un espace fermé de composés biopolymères de haut poids moléculaire et de structure complexe). Eau gratuite(95-96%) est un solvant universel.

Signification de l'eau . Quantitativement, l’eau occupe la première place parmi les composés chimiques de toute cellule. La présence d'eau est une condition préalable à la vie des organismes. Quelles fonctions cette substance la plus courante sur Terre remplit-elle dans les biosystèmes ?

L'eau est un solvant universel pour les composés ioniques et de nombreux composés covalents, assure l'apparition de réactions chimiques, le transport de substances vers et hors de la cellule.

Eau - réactif, avec la participation desquelles des réactions d'hydrolyse et d'hydratation, des réactions redox et acido-basiques se produisent dans les cellules.

Eau - régulateur de chaleur, maintient le régime thermique optimal des organismes et assure une répartition uniforme de la chaleur dans les systèmes vivants.

Eau - osmorégulateur, qui donne la forme aux cellules, le transport n'est pas matière organique.

Eau - soutien, assure l'état élastique des cellules (turgor), agit comme un amortisseur des influences mécaniques sur le corps et remplit la fonction d'hydrosquelette chez de nombreux animaux.

Eau - moyens de transport, communique dans les cellules, entre cellules, tissus, organes et assure l'homéostasie et le fonctionnement de l'organisme dans son ensemble.

Eau - habitat Pour les organismes aquatiques, il effectue des mouvements passifs, la fécondation externe, la distribution de graines, de gamètes et de stades larvaires d'organismes terrestres.

Eau - conformateur, est d'une grande importance dans l'organisation de la structure spatiale (conformation) des biopolymères.

Propriétés de l'eau. Le rôle de l'eau dans les biosystèmes est déterminé par ses propriétés physico-chimiques.

■ L'eau pure se caractérise par sa transparence, son absence de goût, de couleur et d'odeur. L'eau naturelle contient toujours diverses impuretés : substances dissoutes sous forme d'ions, substances non dissoutes sous forme de suspension. L'eau est la seule substance sur Terre qui se trouve simultanément et en grande quantité à l'état liquide, solide et gazeux.

■ La densité de l'eau à une température de 4°C est maximale et est de 1 g/cm3. À mesure que la température diminue, la densité diminue et la glace flotte à la surface de l’eau.

■ L'eau a une capacité thermique spécifique anormalement élevée (4,17 J/GC), une chaleur d'évaporation (à une température de 100°C - 2253 J/g), une chaleur de fusion (à une température de 0°C - 333,98 J/g ).

■ L'eau a une tension superficielle exceptionnellement élevée en raison forces puissantes adhésion (cohésion) associée à la formation de liaisons hydrogène entre les molécules.

■ Pour l'eau propriété caractéristique adhésion (adhésion), qui se manifeste lorsqu'elle est soulevée contre les forces gravitationnelles.

■ L'eau à l'état liquide se caractérise par sa fluidité et sa non-compression, ce qui provoque les phénomènes osmose Et turgescence.

■ L'eau a des propriétés amphotères, c'est-à-dire qu'elle présente les propriétés à la fois d'un acide et d'une base et participe aux réactions acido-basiques.

■ L'eau peut agir à la fois comme agent réducteur et comme agent oxydant, réalisant des réactions métaboliques redox biologiquement importantes.

■ Les molécules d'eau sont polaires, c'est pourquoi elles participent aux réactions d'hydratation, assurant la dissolution de nombreux composés chimiques.

■ L'eau est impliquée dans des réactions de décomposition biologiquement importantes - réactions hydrolyse.

■ Les molécules d'eau sont capables de se dissocier en ions : H2O = H + + OH.

Caractéristiques de la structure des molécules d'eau. Propriétés uniques l'eau est déterminée par la structure de ses molécules.

Dans une molécule d'eau, chaque atome d'hydrogène est contenu par un atome d'oxygène une liaison covalente dont l'énergie est de près de 110 kcal/mol. Grâce à cela, l’eau est un composé chimique très stable. La vapeur d'eau commence à se décomposer en O et H à des températures supérieures à 1000°C.

Dans une molécule d'eau, deux paires d'électrons sur quatre sont formées par une liaison covalente et sont décalées vers l'un des côtés de la molécule, formant deux pôles chargés positivement. Et les deux autres paires restent inséparées et sont décalées par rapport au noyau de l'atome d'oxygène vers le côté opposé, où elles forment deux pôles chargés négativement.

Les molécules d’eau sont donc polaires.

En raison de la polarité, les molécules d'eau voisines peuvent interagir entre elles et avec des molécules de substances polaires pour former les liaisons hydrogène, provoquant un unique propriétés physiques et les fonctions biologiques de l'eau. L'énergie de cette liaison, comparée à l'énergie d'une liaison covalente, est faible. Elle n'est que de 4,5 kcal/mol, et grâce au mouvement thermique, ces liaisons entre les molécules d'eau se forment et se rompent constamment. Liaisons hydrogène - ce sont des liaisons entre deux atomes liés de manière covalente avec une valeur d'électronégativité élevée (Oh, N, F) à travers l'atome d'hydrogène H. Généralement, une liaison hydrogène est indiquée par trois points et est utilisée pour marquer , qu'il est beaucoup plus faible ; qu'une liaison covalente (environ 15 à 20 fois).

Les liaisons hydrogène jouent un rôle déterminant dans la formation de la structure quasi-cristalline spécifique de l'eau. Selon les idées modernes, la base de la structure de l'eau est cellule de cristal avec une partie des molécules d’eau libres brouillées par le mouvement thermique. L'eau à l'état solide est caractérisée par des réseaux cristallins moléculaires, puisque les cristaux sont construits à partir de molécules reliées les unes aux autres par des liaisons hydrogène. C'est la présence d'éléments du réseau cristallin, ainsi que la dipolarité des molécules d'eau, qui déterminent la valeur très élevée de la constante diélectrique relative de l'eau.

Les molécules d'eau liquide sont capables de polymérisation ou d'association pour former des associés (H2O) n. La formation d'associés denses se produit à +4 C, ce qui explique la forte densité de l'eau à cette température. Lorsqu'elles sont chauffées, les liaisons hydrogène sont détruites et les liaisons commencent à se diviser, car l'énergie du mouvement thermique augmente à partir de l'énergie de ces liaisons. Rompre les liaisons nécessite beaucoup d’énergie, d’où le point d’ébullition élevé et la chaleur spécifique de l’eau. Ceci est essentiel pour les organismes lors des fluctuations de la température ambiante.

L'analyse structurelle aux rayons X de l'eau a révélé que des fragments de la structure de la glace restent dans l'eau liquide. A une température de 20°C, environ 70 % des molécules se trouvent dans l'eau sous forme d'agrégats contenant en moyenne 57 molécules chacun. De telles unités sont appelées groupes. Les molécules d’eau qui composent l’amas sont contraintes et métaboliquement inertes. Seules les molécules d’eau libres jouent un rôle actif dans les réactions métaboliques. S'il existe de nombreux amas, cela conduit à l'immobilisation de l'eau, c'est-à-dire à l'exclusion de l'eau libre, à une limitation des processus enzymatiques et à une diminution de l'activité fonctionnelle de la cellule.

BIOLOGIE +Lorsque certains électrolytes, dont l'eau, se dissocient, des ions H se forment + et il - , dont la concentration détermine l'acidité ou la basicité des solutions et, par conséquent, les caractéristiques structurelles et l'activité de nombreuses biomolécules et processus vitaux. Cette concentration est mesurée à l'aide indice d'hydrogène - pH. pH - dixième logarithme négatif de concentration

Ions H + . Dans l'eau pure, cette concentration est de 1 à 10 -7 mole/l (-journal 10 -7 = 7 ) . Par conséquent, la réaction neutre de l'eau correspond au pH 7, acide - pH<7 и основной -pH>7. La longueur de l'échelle de pH va de 0 à 14. La valeur du pH dans les cellules est légèrement alcaline. Le modifier d'une ou deux unités est préjudiciable à la cellule. Le pH constant des cellules est maintenu par des systèmes tampons contenant un mélange d’électrolytes. Ils sont composés d'un acide faible (donneur SUBST +) et la base associée (accepteur H +) , qui lient les ions H en conséquence + et obligations ON - , grâce à quoi la réaction du pH à l’intérieur de la cellule reste presque inchangée.

Composés hydrophiles et hydrophobes. Dans les molécules d'eau, deux paires d'électrons partagés sont déplacées vers l'oxygène, donc charge électriqueà l'intérieur des molécules, il est réparti inégalement : les protons H + provoquent une charge positive sur un pôle et les paires d'électrons d'oxygène provoquent une charge négative sur le pôle opposé. Ces charges sont de taille égale et situées à une certaine distance les unes des autres. Ainsi, une molécule d'eau est une constante dipôle, qui peut interagir avec des porteurs de charges positives et négatives. La présence de pôles dans les molécules d'eau explique la capacité de l'eau à réactions chimiques hydratation.

En raison de leur polarité, les molécules d’eau peuvent s’attacher à des molécules ou à des ions de substances hydrosolubles pour former des hydrates (composés d’eau avec un soluté). Ces réactions sont exothermiques et, contrairement aux réactions d'hydrolyse, l'hydratation ne s'accompagne pas de formation d'ions hydrogène ou hydroxyle.

Lorsque les molécules d'eau interagissent avec des molécules de substances polaires, l'attraction des molécules d'eau vers la substance séparée dépasse l'énergie d'attraction entre les molécules d'eau. Par conséquent, les molécules ou les ions de ces composés sont intégrés dans le système général de liaisons hydrogène de l'eau. Substances hydrophiles - Ce sont des substances polaires qui peuvent bien se dissoudre dans l'eau. Il s'agit de sels cristallins solubles, de monosaccharides, de certains acides aminés, d'acides nucléiques, etc.

Dans le cas de l'interaction de molécules d'eau avec des molécules de substances non polaires, l'énergie d'attraction des molécules d'eau qu'elles contiennent sera inférieure à l'énergie des liaisons hydrogène. Les molécules apolaires tentent de s'isoler des molécules d'eau ; elles se regroupent et sont expulsées de la solution aqueuse. Substances hydrophobes - Ce sont des substances apolaires qui ne se dissolvent pas dans l'eau. Il s'agit de sels minéraux insolubles, de lipides, de polysaccharides, de certaines protéines, etc. Certaines molécules organiques ont des propriétés doubles : les groupes polaires sont concentrés dans certaines zones, et les groupes apolaires dans d'autres. Ce sont de nombreuses protéines, des phospholipides. elles sont appelées substances amphiphiles.

Là où il y a du Carbone, il y a une variété de substances organiques ; là où il y a du Carbone, il y a les structures les plus diverses en termes d'architecture moléculaire.

Encyclopédie d'un jeune chimiste

La composition de l’eau peut être déterminée à l’aide d’une réaction de décomposition électrique. Deux volumes d'hydrogène sont formés par volume d'oxygène (le volume de gaz est proportionnel à la quantité de substance) :

2H 2 O = 2H 2 + O 2

L'eau est constituée de molécules. Chaque molécule contient deux atomes d'hydrogène reliés par des liaisons covalentes à un atome d'oxygène. L'angle entre les liaisons est d'environ 105° :
OH
H

Étant donné que l'oxygène est un élément plus électronégatif (un agent oxydant puissant), la paire d'électrons commune d'une liaison covalente est déplacée vers l'atome d'oxygène, une charge partielle négative δ− se forme dessus et une charge partielle positive δ+ se forme sur les atomes d'hydrogène. Les molécules voisines sont attirées les unes vers les autres par des charges opposées - cela provoque relativement haute température eau bouillante.

L'eau à température ambiante est un liquide transparent incolore. Point de fusion 0º C, point d'ébullition à pression atmosphérique- 100°C. L'eau pure ne conduit pas l'électricité.

Une caractéristique intéressante de l’eau est qu’elle a la densité la plus élevée de 1 g/cm3. à une température d'environ 4°C. À mesure que la température diminue, la densité de l’eau diminue. Par conséquent, avec le début de l'hiver, les couches supérieures d'eau glaciale deviennent plus légères et ne coulent pas. De la glace se forme à la surface. Le gel d'un réservoir jusqu'au fond ne se produit généralement pas (en outre, la glace a également une densité moins d'eau et flotte à la surface).

Propriétés chimiques :

Aux principaux polluants eau naturel inclure les eaux usées des entreprises industrielles contenant des composés de mercure, d'arsenic et d'autres éléments toxiques. Les égouts des fermes d'élevage et des villes peuvent contenir des déchets qui provoquent un développement rapide de bactéries. Un stockage inapproprié (qui n’offre pas de protection contre précipitations atmosphériques) ou l'utilisation d'engrais et de pesticides rejetés dans les plans d'eau. Les transports, en particulier le transport fluvial, polluent les plans d'eau avec des produits pétroliers et déchets ménagers, jeté directement à l’eau par des personnes sans scrupules.

Pour protéger l'eau, il est nécessaire d'introduire un approvisionnement en eau fermé pour les entreprises industrielles, un traitement complet des matières premières et des déchets, la construction d'installations de traitement et une éducation environnementale de la population.

* Les solutions salines sont utilisées pour l'électrolyse de l'eau

2. Expérience. Reconnaissance du sel d'acide carbonique parmi les trois sels proposés.

Une réaction qualitative aux carbonates est une interaction avec les acides, accompagnée de la libération rapide de dioxyde de carbone :

CaCO 3 + 2HCl = CaCl 2 + H 2 O + CO 2

ou, sous forme ionique :

CO 3 2− + 2H + = H 2 O + CO 2

Vous pouvez prouver que c'est du monoxyde de carbone (IV) qui est libéré en le faisant passer dans une solution d'eau de chaux, ce qui le rend trouble :

CO 2 + Ca(OH) 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O

Pour reconnaître le sel d'acide carbonique, ajoutez un peu d'acide dans les trois tubes à essai (afin qu'il ne déborde pas lors de « l'ébullition »). Là où un gaz incolore et inodore sera libéré, il y a du carbonate.

L'eau est la substance la plus courante et la plus courante dans notre vie. Le corps humain est composé à 70 % d’eau, et l’environnement naturel qui nous entoure contient également 70 % d’eau.

Depuis manuels scolaires nous savons qu'une molécule d'eau est constituée d'un atome d'oxygène et de deux atomes d'hydrogène, c'est-à-dire l'une des molécules les plus petites et les plus légères. Même si les propriétés de l’eau que nous utilisons constamment sont banales et évidentes pour nous, il existe des paradoxes de l’eau liquide qui déterminent même les formes de vie sur Terre.

L'eau liquide a une densité supérieure à celle de la glace. Par conséquent, lors de la congélation, le volume de glace augmente et la glace flotte à la surface de l’eau.

La densité de l'eau est maximale à 4°C, et non au point de fusion ; elle diminue aussi bien à droite qu'à gauche de cette température.

La viscosité de l'eau diminue avec l'augmentation de la pression.

Le point d'ébullition de l'eau est indépendant de la dépendance générale du point d'ébullition sur le poids moléculaire des substances (Fig. 1.1). Sinon, elle ne doit pas dépasser 60°C.

La capacité calorifique de l’eau est au moins deux fois supérieure à celle de tout autre liquide.

La chaleur de vaporisation (~2 250 kJ/kg) est au moins trois fois supérieure à celle de tout autre liquide, 8 fois supérieure à celle de l'éthanol.

Considérons cette dernière propriété de l'eau. La chaleur d'évaporation est l'énergie nécessaire pour rompre les liaisons entre molécules lors de leur passage de la phase condensée à la phase gazeuse. Cela signifie que la raison de toutes les propriétés paradoxales réside dans la nature des liaisons intermoléculaires de l'eau, et celle-ci, à son tour, est déterminée par la structure de la molécule d'eau.

Figure 1.1. L'éventail des relations entre les poids moléculaires de divers composés et leurs points d'ébullition.

1. De quel type de molécule d’eau s’agit-il ?

En 1780 Lavoisier a établi expérimentalement que l'eau est composée d'oxygène et d'hydrogène, que deux volumes d'hydrogène interagissent avec un volume d'oxygène et que le rapport massique de l'hydrogène et de l'oxygène dans l'eau est de 2:16. En 1840, il devint clair que la formule moléculaire de l’eau était H2O.

Les trois noyaux de la molécule forment un triangle isocèle avec deux protons à la base (Fig. 1.2). Formule électronique molécules d'eau [(1S 2)] [(1S 2)(2S 2)(2P 4)].

Figure 1.2.Formation d'un système de connexion m.o. des orbitales 2p de l'atome d'oxygène et 1s-orbitales de l'atome d'oxygène et 1s-orbitales d'atomes d'hydrogène.

En raison de la participation de deux électrons d'hydrogène 1s en relation avec deux électrons d'oxygène 2p, une hybridation sp se produit et des orbitales hybrides sp 3 se forment avec un angle caractéristique entre elles de 104,5 o, ainsi que deux pôles de charges opposées. Longueur Connexions O-N est de 0,95Å (0,095 nm), la distance entre les protons est de 1,54Å (0,154 nm). La figure 1.3 montre le modèle électronique d'une molécule d'eau.

Fig.1.3. Modèle électronique de la molécule H 2 À PROPOS DE.

Huit électrons tournent par paires sur quatre orbitales situées dans trois plans (angles 90 Ô ), s'insérant dans un cube. 1, 2 – paires isolées d'électrons.

La conséquence la plus importante de cette considération : l'asymétrie de la répartition des charges transforme la molécule H 2 O en un dipôle : les protons sont situés aux deux extrémités positives et les paires libres d'électrons p de l'oxygène sont situées aux deux extrémités négatives.

Ainsi, une molécule d'eau peut être considérée comme une pyramide triangulaire - un tétraèdre, aux coins de laquelle se trouvent quatre charges - deux positives et deux négatives.

Ces charges forment leur environnement immédiat, transformant les molécules d'eau voisines d'une manière strictement définie, de sorte qu'entre deux atomes d'oxygène, il n'y a toujours qu'un seul atome d'hydrogène. La manière la plus simple d’imaginer et d’étudier une telle structure intermoléculaire est de travailler sur l’eau à l’état solide. La figure 1.4 montre la structure de la glace.

Riz. 1.4. Structure de glace hexagonale

La structure est maintenue par des obligations O-H...O. Cette connexion de deux atomes d’oxygène de molécules d’eau voisines par l’intermédiaire d’un atome d’hydrogène est appelée liaison hydrogène.

La liaison hydrogène se produit pour les raisons suivantes :

1 – un proton n’a qu’un seul électron, donc la répulsion électronique de deux atomes est minime. Le proton plonge simplement dans la couche électronique d'un atome voisin, réduisant ainsi la distance entre les atomes de 20 à 30 % (jusqu'à 1 Å) ;

2 – l’atome voisin doit avoir une valeur d’électronégativité plus élevée. En valeurs conventionnelles (selon Pauling) électronégativité F– 4,0 ; O – 3,5 ; N – 3,0 ; Cl – 3,0 ; C – 2,5 ; S – 2,5.

Une molécule d'eau peut avoir quatre liaisons hydrogène, dans deux elle agit comme donneur d'électrons, dans deux elle agit comme accepteur d'électrons. Et ces liaisons peuvent naître aussi bien avec des molécules d'eau voisines qu'avec d'autres substances.

Le moment dipolaire vaut donc angle H-O-H et la liaison hydrogène O-H...O déterminent les propriétés uniques de l'eau et jouent un rôle majeur dans le façonnement du monde qui nous entoure.

La tâche accomplie par la cellule Mayer est la décomposition « facile » des molécules d’eau sous l’influence d’un courant électrique accompagné d’un rayonnement électromagnétique.

Pour le résoudre, voyons ce qu’est l’eau ? Quelle est la structure des molécules d’eau ? Que sait-on des molécules d’eau et de leurs liaisons ? Dans l'article, j'ai utilisé diverses publications disponibles en quantité suffisante sur Internet, mais elles sont reproduites en grande quantité, donc je ne sais pas qui est leur auteur et c'est stupide pour moi de citer une source. De plus, ces publications sont « confuses » jusqu’à la honte, ce qui rend leur compréhension difficile et augmente considérablement le temps d’étude. En analysant les articles, j'ai extrait quelque chose qui peut vous aider à comprendre à quoi nous serons confrontés dans le processus d'extraction d'énergie bon marché, ou plus précisément dans le processus de décomposition des molécules d'eau en composants - l'hydrogène et l'oxygène.

Examinons donc les concepts les plus importants sur la structure des molécules d’eau !

L'eau est une substance dont l'unité structurelle principale est la molécule H 2 O, constituée d'un atome d'oxygène et de deux atomes d'hydrogène.

La molécule d'eau a la structure d'un triangle isocèle : au sommet de ce triangle se trouve un atome d'oxygène, et à sa base se trouvent deux atomes d'hydrogène. L'angle au sommet est de 104°27 et la longueur du côté est de 0,096 nm. Ces paramètres font référence à l’état d’équilibre hypothétique d’une molécule d’eau sans ses vibrations et rotations. La géométrie de la molécule d'eau et ses orbites électroniques sont représentées sur la figure.

Une molécule d'eau est un dipôle contenant des charges positives et négatives à ses pôles. Si une molécule d'eau « libre », non connectée à d'autres molécules, est placée dans un champ électrique, alors elle « tournera » avec ses pôles négatifs vers la plaque positive du champ électrique, et avec ses pôles positifs vers la plaque négative. C'est ce processus qui est représenté sur la figure 1, position 3B, expliquant le fonctionnement de la Cellule Mayer dans l'article « De l'eau au lieu de l'essence ».

Si vous reliez les épicentres des charges positives et négatives avec des lignes droites, vous obtenez une figure géométrique tridimensionnelle - un tétraèdre régulier. C'est la structure de la molécule d'eau elle-même.

Du fait de la présence de liaisons hydrogène, chaque molécule d'eau forme une liaison hydrogène avec 4 molécules voisines, formant un cadre maillé ajouré dans la molécule de glace. C’est cet état ordonné des molécules d’eau que l’on peut appeler « structure ». Chaque molécule peut former simultanément quatre liaisons hydrogène avec d'autres molécules selon des angles strictement définis égaux à 109°28', dirigés vers les sommets du tétraèdre, qui ne permettent pas la création d'une structure dense lors de la congélation.

Lorsque la glace fond, sa structure tétragonale se décompose et un mélange de polymères se forme, composé de tri-, tétra-, penta- et hexamères d'eau et de molécules d'eau libres.

A l’état liquide, l’eau est un liquide désordonné. Ces liaisons hydrogène sont spontanées, de courte durée, se brisent et se reforment rapidement.

Lorsqu'ils sont regroupés, les tétraèdres des molécules d'eau forment diverses structures spatiales et planaires.

Et parmi toute la variété des structures dans la nature, la structure fondamentale est la structure hexagonale (à six côtés), lorsque six molécules d'eau (tétraèdres) sont combinées en un anneau.

Ce type de structure est caractéristique de la glace, de la neige et de l'eau de fonte, qui, en raison de la présence d'une telle structure, est appelée « eau structurée ». On a beaucoup écrit sur les propriétés bénéfiques de l’eau structurée, mais ce n’est pas le sujet de notre article. Il serait logique que l’eau structurée – formant des structures hexagonales – soit la pire option pour la structure de l’eau, qui peut être utilisée pour la décomposition en hydrogène et oxygène. Laissez-moi vous expliquer pourquoi : les molécules d'eau, regroupées par six dans un hexamère, ont une composition électriquement neutre - les hexamères n'ont pas de pôles positifs et négatifs. Si vous placez un hexamère d'eau structurée dans un champ électrique, il n'y réagira en aucune façon. On peut donc logiquement conclure qu’il est nécessaire que l’eau ait le moins de structures organisées possible. En fait, c'est l'inverse : un hexamère n'est pas une structure complète ; il existe un concept encore plus intéressant : un cluster.

Les structures des molécules d’eau réunies sont appelées clusters, et les molécules d’eau individuelles sont appelées quanta. Un cluster est une combinaison volumétrique de molécules d’eau, y compris des hexamères, qui possède à la fois des pôles positifs et négatifs.

Dans l'eau distillée, les amas sont pratiquement électriquement neutres, car à la suite de l'évaporation, les amas ont été détruits et, à la suite de la condensation, des liaisons fortes entre les molécules d'eau ne sont pas apparues. Cependant, leur conductivité électrique peut être modifiée. Si l'eau distillée est agitée avec un agitateur magnétique, les connexions entre les éléments des grappes seront partiellement rétablies et la conductivité électrique de l'eau changera. Autrement dit, l'eau distillée est de l'eau qui présente un nombre minimum de liaisons entre les molécules . Dans celui-ci, les dipôles des molécules sont dans un état mal orienté, de sorte que la constante diélectrique de l'eau distillée est très élevée et qu'elle est un mauvais conducteur du courant électrique. Dans le même temps, pour augmenter la contrôlabilité des amas d'eau, on y ajoute des acides ou des alcalis qui, en participant aux liaisons moléculaires, ne permettent pas aux molécules d'eau de former des structures hexagonales, formant ainsi des électrolytes. L'eau distillée est à l'opposé de l'eau structurée, dans laquelle il existe un grand nombre de connexions entre les molécules d'eau regroupées en amas.

Sur mon site Web, il y a et continuera à apparaître des articles qui, à première vue, sont « séparés » et n'ont aucun rapport avec d'autres articles. En fait, la plupart des articles du site sont interconnectés en un tout. Dans ce cas, pour décrire les propriétés de l'eau distillée, j'utilise la théorie dipolaire du courant électrique, il s'agit d'un concept alternatif du courant électrique, qui est mieux confirmé à la fois par la science et par la pratique que le concept classique.

Lorsqu'ils sont exposés à l'énergie d'une source de courant électrique, tous les dipôles des atomes d'eau (en tant que conducteur) tournent, orientés avec leurs pôles similaires dans une direction. Si les molécules d'eau ont créé une structure en grappe (orientée mutuellement) avant l'apparition d'un champ électrique externe, alors pour s'orienter dans un champ électrique externe, une quantité minimale d'énergie provenant d'une source de courant électrique sera nécessaire. Si la structure n’était pas organisée (comme l’eau distillée), alors vous aurez besoin un grand nombre deénergie.

Veuillez noter qu'« il existe une opinion populaire » selon laquelle l'eau distillée et l'eau de fonte devraient avoir les mêmes propriétés conductrices électriques, car l'une et l'autre ne contiennent pas d'impuretés chimiques (généralement des sels), leur composition chimique est la même et la structure des molécules d’eau est la même dans l’eau de fonte et dans l’eau distillée.

En fait, tout est inversé : l'absence d'impuretés n'indique en rien les propriétés de conductivité électrique de l'eau. Sans comprendre cela, certaines personnes « tuent » les batteries même au stade de leur remplissage d'électrolyte, de remplacement de l'eau distillée par de l'eau de fonte, ou simplement de purification à travers un filtre à charbon. En règle générale, une batterie rechargée achetée sur le marché automobile dure moins longtemps qu'une batterie achetée à sec, chargée et diluée. acide sulfurique eau distillée, nous l'avons remplie nous-mêmes. C'est uniquement parce qu'un électrolyte « prêt » ou une batterie rechargée est un moyen de gagner de l'argent à notre époque, et afin de déterminer quel type d'eau a été utilisé, un examen coûteux doit être effectué, personne ne s'en soucie . Le concessionnaire ne se soucie pas de la durée de vie de la batterie de votre voiture, et vous n’avez pas non plus vraiment envie de vous embêter avec de l’acide. Mais je vous assure que la batterie sur laquelle vous transpirez sera beaucoup plus vigoureuse à des températures inférieures à zéro qu'une batterie remplie d'électrolyte en bouteille prêt à l'emploi.

Nous allons continuer!

Dans l'eau, les amas s'effondrent périodiquement et se reforment. Le temps de saut est de 10 à 12 secondes.

La structure de la molécule d'eau étant asymétrique, les centres de gravité de ses charges positives et négatives ne coïncident pas. Les molécules ont deux pôles : positif et négatif, créant, comme un aimant, des champs de force moléculaire. De telles molécules sont appelées polaires ou dipôles, et la caractéristique quantitative de la polarité est déterminée par le moment électrique du dipôle, exprimé comme le produit de la distance je entre les centres de gravité électriques des charges positives et négatives d'une molécule par charge e en unités électrostatiques absolues : p = l e

Pour l'eau, le moment dipolaire est très élevé : p = 6,13·10 -29 C m.

Les amas d'eau aux limites de phase (liquide-air) sont disposés dans un certain ordre, tous les amas oscillant à la même fréquence, acquérant une fréquence commune. Avec un tel mouvement d'amas, étant donné que les molécules d'eau incluses dans l'amas sont polaires, c'est-à-dire qu'elles ont un moment dipolaire important, il faut s'attendre à l'apparition d'un rayonnement électromagnétique. Ce rayonnement diffère du rayonnement des dipôles libres, car les dipôles sont couplés et oscillent ensemble dans une structure en cluster.

La fréquence des oscillations des amas d'eau et, par conséquent, la fréquence des oscillations électromagnétiques peuvent être déterminées par la formule suivante :

Où un — la tension superficielle de l'eau à une température donnée ; M
— masse de l'amas.

Où V — le volume du cluster.

Le volume du cluster est déterminé en tenant compte des dimensions de la structure fractale fermée du cluster ou par analogie avec les dimensions du domaine protéique.
À température ambiante de 18°C, la fréquence d'oscillation du cluster F égale à 6,79 10 9 Hz, c'est-à-dire que la longueur d'onde dans l'espace libre doit être λ = 14,18 mm.

Mais que se passera-t-il lorsque l’eau sera exposée à un rayonnement électromagnétique externe ? Étant donné que l’eau est une structure auto-organisée et contient à la fois des éléments ordonnés en amas et des molécules libres, les événements suivants se produiront lorsqu’elle sera exposée à un rayonnement électromagnétique externe. Lorsque les molécules d'eau se rapprochent (la distance passe de R 0 à R 1 ), l'énergie d'interaction change plus que lorsqu'elles s'éloignent les unes des autres (la distance passe de R 0 à R 2 ).

Mais, puisque les molécules d'eau ont un moment dipolaire important, dans le cas d'un champ électromagnétique externe, elles effectueront des mouvements oscillatoires (par exemple, de R 1 à R 2 ). Dans ce cas, en raison de la dépendance ci-dessus, le champ électromagnétique appliqué contribuera davantage à l'attraction des molécules et donc à l'organisation du système dans son ensemble, c'est-à-dire formation d'une structure hexagonale.

S'il y a des impuretés dans Environnement aquatique, ils sont recouverts d'une coque d'hydratation de telle sorte que l'énergie totale du système tend à prendre une valeur minimale. Et si le moment dipolaire total de la structure hexagonale est nul, alors en présence d'impuretés, la structure hexagonale à proximité est perturbée de telle manière que le système prend une valeur minimale ; dans certains cas, les hexagones se transforment en pentagones, et la coque d'hydratation a une forme proche d'une boule. Les impuretés (par exemple les ions Na +) peuvent stabiliser la structure, la rendant plus résistante à la destruction.

Un système d'eau auto-organisé, lorsqu'il est exposé à un rayonnement électromagnétique, ne se déplacera pas comme un tout, mais chaque élément de la structure hexagonale, et dans le cas d'impuretés localement d'un autre type, se déplacera, c'est-à-dire la géométrie de la structure sera déformée, c'est-à-dire des tensions apparaissent. Cette propriété de l’eau est très similaire à celle des polymères. Mais les structures polymères ont de grands moments relaxation, qui ne dure pas 10 -11 -10 -12 s, mais des minutes ou plus. C'est pourquoi l'énergie des quanta de rayonnement électromagnétique, se transformant en énergie interne d'une structure aquatique organisée en raison de ses distorsions, sera accumulée par celle-ci jusqu'à ce qu'elle atteigne l'énergie de la liaison hydrogène, qui est 500 à 1 000 fois supérieure à l'énergie du rayonnement électromagnétique. champ. Lorsque cette valeur est atteinte, la liaison hydrogène se rompt et la structure s'effondre.

Cela peut être comparé à avalanche de neige lorsqu'il y a une accumulation graduelle et lente de masse, puis un effondrement rapide. Dans le cas de l’eau, non seulement le lien faible entre les amas est rompu, mais également les liens plus forts dans la structure des molécules d’eau. En raison de cet espace, H +, OH - et un électron hydraté e - peuvent être formés. La couleur bleue de l’eau pure est due à la présence de ces électrons, et pas seulement à la diffusion de la lumière naturelle.

Conclusion

Ainsi, lorsqu'elle est exposée à un rayonnement électromagnétique avec de l'eau, l'énergie s'accumule dans la structure de l'amas jusqu'à une certaine valeur critique, puis les liaisons sont rompues entre les amas et les autres, une libération d'énergie semblable à une avalanche se produit, qui peut ensuite être transformée en d'autres. les types.