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

dr.sc. O.V. Mosin

Molekula vode je mali dipol koji sadrži pozitivne i negativne naboje na polovima. Budući da su masa i naboj jezgre kisika veći od jezgri vodika, elektronski se oblak skuplja prema jezgri kisika. U ovom slučaju jezgre vodika su "gole". Dakle, elektronski oblak ima nejednoliku gustoću. U blizini jezgri vodika postoji manjak elektronske gustoće, a na suprotnoj strani molekule, u blizini jezgre kisika, postoji višak elektronske gustoće. Upravo ta struktura određuje polaritet molekule vode. Spojite li epicentre pozitivnih i negativnih naboja ravnim linijama, dobit ćete volumen geometrijski lik je pravilan tetraedar.

Struktura molekule vode (slika desno)

Zbog prisutnosti vodikovih veza, svaka molekula vode tvori vodikovu vezu s 4 susjedne molekule, tvoreći ažurni mrežasti okvir u molekuli leda. Međutim, u svom tekućem stanju voda je nesređena tekućina; ove vodikove veze su spontane, kratkotrajne, brzo pucaju i ponovno se formiraju. Sve to dovodi do heterogenosti strukture vode.

Vodikove veze između molekula vode (slika dolje lijevo)

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

U gotovo svim ostalim tvarima kristal je gušći od tekuće faze. Osim toga, čak i nakon otapanja, kako temperatura raste, gustoća vode nastavlja rasti i doseže maksimum na 4°C. Manje je poznata anomalija u stlačivosti vode: kada se zagrijava od tališta do 40°C, ona se smanjuje, a zatim raste. Toplinski kapacitet vode također nemonotono ovisi o temperaturi.

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

Za ostale tekućine ovisnost je obrnuta, te se gotovo nikad ne događa da se neki važan parametar ponaša nemonotono, tj. prvo se povećao, a nakon prolaska kritične vrijednosti temperature ili tlaka smanjio. Postojala je pretpostavka da zapravo voda nije jedna tekućina, već mješavina dviju komponenti koje se razlikuju po svojstvima, kao što su gustoća i viskoznost, a posljedično i po strukturi. Takve su se ideje počele javljati krajem 19. stoljeća, kada se skupilo mnogo podataka o anomalijama vode.

Ideju da se voda sastoji od dvije komponente prvi je predložio Whiting 1884. godine. Njegovo autorstvo navodi E.F. Fritsman u monografiji “Priroda vode. Teška voda”, objavljena 1935. W. Rengten je 1891. uveo koncept dvaju agregatnih stanja vode, koja se razlikuju po gustoći. Nakon nje pojavili su se mnogi radovi u kojima se voda razmatra kao mješavina asocijata različitog sastava („hidroli“).

Kada je 1920-ih utvrđena struktura leda, pokazalo se da molekule vode u kristalnom stanju tvore trodimenzionalnu kontinuiranu mrežu, u kojoj svaka molekula ima četiri najbliža susjeda smještena na vrhovima pravilnog tetraedra. Godine 1933. J. Bernal i P. Fowler sugerirali su da slična mreža postoji iu tekućoj vodi. Budući da je voda gušća od leda, vjerovali su da molekule u njoj nisu raspoređene na isti način kao u ledu, odnosno kao atomi silicija u mineralu tridimitu, već kao atomi silicija u gušćoj modifikaciji silicija - kvarcu. Povećanje gustoće vode pri zagrijavanju od 0 do 4°C objašnjeno je prisutnošću komponente tridimita pri niskim temperaturama. Tako je Bernal-Fowlerov model zadržao element dvostruke strukture, ali njihovo glavno postignuće je ideja kontinuirane tetraedarske mreže. Tada se pojavio poznati aforizam I. Langmuira: "Ocean je jedna velika molekula." Pretjerana konkretizacija modela nije dodala pristaše teorije jedinstvene mreže.

J. Popl je tek 1951. godine stvorio kontinuirani mrežni model, koji nije bio tako specifičan kao Bernal-Fowlerov model. Popl je zamislio vodu kao nasumičnu tetraedarsku mrežu, veze između molekula u kojoj su zakrivljene i imaju različite duljine. Poplov model objašnjava zgušnjavanje vode tijekom taljenja 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 ovisnosti svojstava vode o temperaturi i tlaku kao ni modeli s dva stanja. Stoga su ideju o dvije države dugo dijelili mnogi znanstvenici.

Ali u drugoj polovici 20. stoljeća nije se moglo toliko maštati o sastavu i strukturi "hidrola" kao što je to bilo početkom stoljeća. Već se znalo kako su raspoređeni led i kristalni hidrati, a znali su i mnogo o vodikovom vezivanju. Uz modele “kontinuuma” (model Pople) nastale su dvije skupine “mješovitih” modela: klasterski i klatratni. U prvoj skupini voda se pojavila kao nakupine molekula povezanih vodikovim vezama koje plutaju u moru molekula koje ne sudjeluju u takvim vezama. Modeli druge skupine smatrali su vodu kontinuiranom mrežom (koja se u ovom kontekstu obično naziva okvirom) vodikovih veza koja sadrži praznine; sadrže molekule koje ne tvore veze s molekulama okvira. Nije bilo teško odabrati takva svojstva i koncentracije dviju mikrofaza klaster modela ili svojstva okvira i stupanj ispunjenosti njegovih šupljina u klatratnim modelima kako bi se objasnila sva svojstva vode, uključujući i poznate anomalije.

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

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

Tijekom druge polovice 1960-ih i početkom 1970-ih uočeno je približavanje svih ovih pogleda. Pojavile su se varijante modela klastera u kojima su molekule u obje mikrofaze povezane vodikovim vezama. Pobornici klatratnih modela počeli su dopuštati stvaranje vodikovih veza između praznih i okvirnih molekula. To jest, zapravo, autori ovih modela vodu smatraju kontinuiranom mrežom vodikovih veza. A govorimo o tome koliko je ta mreža nehomogena (na primjer, po gustoći). Ideja o vodi kao klasterima vezanim vodikom koji plutaju u moru vodenih molekula bez veza prekinuta je ranih osamdesetih, kada je G. Stanley primijenio teoriju perkolacije na model vode, koja opisuje fazu prijelazi vode.

Godine 1999. poznati ruski istraživač vode S.V. Zenin je obranio doktorsku disertaciju na Institutu za biomedicinske probleme Ruske akademije znanosti o teoriji klastera, što je bio značajan korak u promicanju ovog područja istraživanja čijoj složenosti pridonosi i činjenica da su na sjecište triju znanosti: fizike, kemije i biologije. Na temelju podataka dobivenih trima fizikalno-kemijskim metodama: refraktometrijom (S.V. Zenin, B.V. Tyaglov, 1994.), tekućinskom kromatografijom visoke učinkovitosti (S.V. Zenin i sur., 1998.) i protonskom magnetskom rezonancijom (C.V. Zenin, 1993.) konstruiran je i dokazao je geometrijski model glavne stabilne strukturne formacije molekula vode (strukturirana voda), a zatim (S.V. Zenin, 2004.) dobivena je slika pomoću fazno kontrastnog mikroskopa tih struktura.

Sada je znanost dokazala da osobitosti fizičkih svojstava vode i brojne kratkotrajne vodikove veze između susjednih atoma vodika i kisika u molekuli vode stvaraju povoljne mogućnosti za stvaranje posebnih suradničkih struktura (klastera) koje percipiraju, pohranjuju i prenijeti široku paletu informacija.

Strukturna jedinica takve vode je klaster koji se sastoji od klatrata, čija je priroda određena Coulombovim silama dugog dometa. Struktura klastera kodira informacije o interakcijama koje su se dogodile s tim molekulama vode. U klasterima vode, zbog interakcije između kovalentnih i vodikovih veza između atoma kisika i atoma vodika, migracija protona (N+) može se dogoditi prema relejnom mehanizmu, što dovodi do delokalizacije protona unutar klastera.

Voda, koja se sastoji od mnogih klastera različitih vrsta, tvori hijerarhijsku prostornu strukturu tekućeg kristala koja može percipirati i pohraniti ogromne količine informacija.

Slika (V.L. Voeikov) prikazuje dijagrame nekoliko jednostavnih struktura klastera kao primjer.

Neke moguće strukture vodenih klastera

Nositelji informacija mogu biti fizička polja različite prirode. Time je utvrđena mogućnost daljinske informacijske interakcije strukture tekućeg kristala vode s objektima različite prirode pomoću elektromagnetskih, akustičnih i drugih polja. Osoba također može biti objekt utjecaja.

Voda je izvor ultraslabog i slabog izmjeničnog elektromagnetskog zračenja. Najmanje kaotično elektromagnetsko zračenje stvara strukturirana voda. U tom slučaju može doći do indukcije odgovarajućeg elektromagnetskog polja, što mijenja strukturne i informacijske karakteristike bioloških objekata.

Tijekom zadnjih godina dobiveni su važni podaci o svojstvima prehlađene vode. Vrlo je zanimljivo proučavati vodu na niskoj temperaturi, jer ona može biti više prehlađena od drugih tekućina. Kristalizacija vode, u pravilu, počinje na nekim nehomogenostima - bilo na stijenkama posude, bilo na plutajućim česticama čvrstih nečistoća. Stoga nije lako pronaći temperaturu na kojoj bi se prehlađena voda spontano kristalizirala. Ali znanstvenici su to uspjeli učiniti, a sada je poznata temperatura takozvane homogene nukleacije, kada se formiranje kristala leda događa istovremeno u cijelom volumenu, za tlakove do 0,3 GPa, odnosno hvatanje područja postojanja leda II.

Od atmosferskog tlaka do granice koja razdvaja led I i II, ova temperatura pada s 231 na 180 K, a zatim blago raste na 190 K. Ispod ove kritične temperature tekuća voda je načelno nemoguća.

Struktura leda (slika desno)

Međutim, postoji jedna misterija povezana s ovom temperaturom. Otvoren sredinom osamdesetih nova izmjena amorfni led - led velike gustoće, a to je pomoglo da se oživi ideja o vodi kao mješavini dva stanja. Kao prototipovi nisu razmatrane kristalne strukture, već strukture amorfnog leda različite gustoće. U najrazumljivijem obliku ovaj je koncept formulirao E.G. Poniatovsky i V.V. Sinitsin, koji je 1999. napisao: "Voda se smatra redovitom otopinom dviju komponenti, lokalne konfiguracije u kojima odgovaraju kratkom redu modifikacija amorfnog leda." Štoviše, proučavajući poredak kratkog dometa u prehlađenoj vodi pri visokom tlaku koristeći metode difrakcije neutrona, znanstvenici su uspjeli pronaći komponente koje odgovaraju ovim strukturama.

Kao posljedica polimorfizma amorfnog leda, pojavile su se i pretpostavke o razdvajanju vode na dvije komponente koje se ne miješaju na temperaturi ispod hipotetske niskotemperaturne kritične točke. Nažalost, prema istraživačima, ova temperatura pri tlaku od 0,017 GPa je 230 K, što je ispod temperature nukleacije, tako da nitko još nije uspio promatrati odvajanje tekuće vode. Stoga je oživljavanje modela dvaju stanja otvorilo pitanje nehomogenosti mreže vodikovih veza u tekućoj vodi. Ova se heterogenost može razumjeti samo uz pomoć računalnih 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 vodikovih veza u klatratnim hidratima. Energije ovih rešetki (ledova visokotlačni i klatratni hidrati) nešto je veća od energija kubičnih i heksagonalnih ledova. Stoga se fragmenti takvih struktura mogu pojaviti iu tekućoj vodi. Moguće je dizajnirati bezbroj različitih neperiodičnih fragmenata, molekule u kojima imaju četiri najbliža susjeda smještena približno duž vrhova tetraedra, ali njihova struktura ne odgovara strukturama poznatih modifikacija leda. Brojni izračuni pokazali su da će energije međudjelovanja molekula u takvim fragmentima biti blizu jedna drugoj i nema razloga reći da bi neka struktura trebala prevladati u tekućoj vodi.

Strukturne studije vode mogu se proučavati različitim metodama; spektroskopija protonske magnetske rezonancije, infracrvena spektroskopija, difrakcija X-zraka itd. Na primjer, difrakcija X-zraka i neutrona u vodi proučavana je mnogo puta. Međutim, ovi pokusi ne mogu dati detaljne informacije o strukturi. Nehomogenosti različite gustoće mogu se vidjeti iz malog kuta X-zraka i raspršenja neutrona, ali takve nehomogenosti moraju biti velike, sastoje se od stotina molekula vode. Bilo bi ih moguće vidjeti i istražiti raspršenje svjetlosti. Međutim, voda je iznimno bistra tekućina. Jedini rezultat difrakcijskih pokusa su radijalne funkcije raspodjele, odnosno udaljenosti između atoma kisika, vodika i kisik-vodika. Iz njih se vidi da ne postoji dalekosežni red u rasporedu molekula vode. Ove funkcije propadaju mnogo brže kod vode nego kod većine 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 je vrijednost približno jednaka duljini vodikove veze. Drugi maksimum blizu je prosječne duljine ruba tetraedra - zapamtite da se molekule vode u heksagonalnom ledu nalaze na vrhovima tetraedra opisanog oko središnje molekule. A treći maksimum, vrlo slabo izražen, odgovara udaljenosti do trećih i daljih susjeda u mreži vodika. Ovaj maksimum sam po sebi nije baš sjajan, a o daljnjim vrhuncima ne treba govoriti. Bilo je pokušaja da se iz ovih distribucija dobiju detaljnije informacije. Tako je 1969. godine I.S. Andrianov i I.Z. Fisher je pronašao udaljenosti do osmog susjeda, dok je do petog susjeda ispalo 3 Å, a do šestog 3,1 Å. To omogućuje izradu podataka o udaljenom okruženju molekula vode.

Druga metoda za proučavanje strukture - difrakcija neutrona na kristalima vode provodi se na potpuno isti način kao i difrakcija X-zraka. Međutim, zbog činjenice da se duljine 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. Zatim se za ovaj kristal mjere intenziteti difrakcije neutrona. Na temelju tih rezultata provodi se Fourierova transformacija, tijekom koje se koriste izmjereni intenziteti i faze neutrona, izračunati uzimajući u obzir atome koji nisu vodik, tj. atomi kisika čiji je položaj u modelu strukture poznat. Tada su na tako dobivenoj Fourierovoj karti atomi vodika i deuterija prikazani s mnogo velike težine nego na karti gustoće elektrona, jer doprinos ovih atoma raspršenju neutrona je vrlo velik. Iz ove karte gustoće može se, primjerice, odrediti položaj atoma vodika (negativna gustoća) i atoma deuterija (pozitivna gustoća).

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

Druge metode također omogućuju proučavanje dinamike molekula vode. Riječ je o eksperimentima kvazielastičnog raspršenja neutrona, ultrabrze IR spektroskopije i proučavanja difuzije vode pomoću NMR-a ili obilježenih atoma deuterija. Metoda NMR spektroskopije temelji se na činjenici da jezgra vodikovog atoma ima magnetski moment – ​​spin koji djeluje u interakciji s magnetskim poljima, konstantnim i promjenjivim. Iz NMR spektra može se prosuditi okolina u kojoj se ti atomi i jezgre nalaze, čime se dobiva informacija o strukturi molekule.

Kao rezultat pokusa kvazielastičnog raspršenja neutrona u kristalima vode, izmjeren je najvažniji parametar, koeficijent samodifuzije, pri različitim tlakovima i temperaturama. Kako bi se procijenio koeficijent samodifuzije iz kvazielastičnog raspršenja neutrona, potrebno je napraviti pretpostavku o prirodi molekularnog gibanja. Ako se kreću u skladu s Ya.I. Frenkel (poznati domaći teorijski fizičar, autor "Kinetičke teorije tekućina" - klasična knjiga, prevedeno na mnoge jezike), koji se također naziva modelom "skok-čekaj", tada je "stabilno" vrijeme života (vrijeme između skokova) molekule 3,2 pikosekunde. Najnovije metode femtosekundne laserske spektroskopije omogućile su procjenu životnog vijeka prekinute vodikove veze: protonu je potrebno 200 fs da pronađe partnera. Međutim, sve su to prosjeci. Proučiti detalje strukture i prirode kretanja molekula vode moguće je samo uz pomoć računalne simulacije, koja se ponekad naziva i numerički eksperiment.

Ovako izgleda struktura vode prema rezultatima računalne simulacije (prema podacima doktora kemijskih znanosti G. G. Malenkova). Opća neuredna struktura može se podijeliti u dvije vrste područja (prikazanih tamnim i svijetlim kuglicama), koje se razlikuju po svojoj strukturi, na primjer, po volumenu Voronoijevog poliedra (a), stupnju tetraedralnosti najbližeg okruženja ( b), vrijednost potencijalne energije (c), kao i prisutnost četiri vodikove veze u svakoj molekuli (d). Međutim, ta će područja doslovno u trenutku, nakon nekoliko pikosekundi, promijeniti svoj položaj.

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

Za analizu strukture vode odabrana su tri parametra:
- stupanj odstupanja lokalnog okruženja molekule od vrhova pravilnog tetraedra;
-potencijalna energija molekula;
je volumen takozvanog Voronoijevog poliedra.

Da bi se konstruirao ovaj poliedar, uzme se rub od dane molekule do najbliže, podijeli se na pola i povuče ravnina okomita na rub kroz tu točku. Ovo je volumen po molekuli. Volumen poliedra je gustoća, tetraedralnost je stupanj iskrivljenja vodikovih veza, energija je stupanj stabilnosti konfiguracije molekula. Molekule s bliskim vrijednostima svakog od ovih parametara imaju tendenciju grupiranja u zasebne klastere. Regije niske i visoke gustoće imaju različite vrijednosti energije, ali mogu imati iste vrijednosti. Eksperimenti su pokazali da regije različite strukture, klasteri, nastaju spontano i spontano propadaju. Cjelokupna struktura vode živi i stalno se mijenja, a vrijeme u kojem se te promjene događaju vrlo je malo. Istraživači su pratili kretanje molekula i otkrili da prave nepravilne oscilacije s frekvencijom od oko 0,5 ps i amplitudom od 1 angstroma. Također su primijećeni rijetki spori skokovi u angstremima koji traju pikosekunde. Općenito, za 30 ps molekula se može pomaknuti 8-10 angstrema. Životni vijek lokalne sredine također je mali. Regije sastavljene od molekula s bliskim vrijednostima volumena Voronoijevog poliedra mogu se raspasti za 0,5 ps, a mogu živjeti nekoliko pikosekundi. Ali distribucija vremena života vodikovih veza je vrlo velika. Ali ovo vrijeme ne prelazi 40 ps, ​​a prosječna vrijednost je nekoliko ps.

Zaključno treba naglasiti da Teorija klaster strukture vode ima mnogo zamki. Na primjer, Zenin sugerira da je glavni strukturni element vode skup od 57 molekula nastalih spajanjem četiri dodekaedra. Imaju zajednička lica, a njihova središta čine pravilan tetraedar. Činjenica da se molekule vode mogu nalaziti na vrhovima peterokutnog dodekaedra odavno je poznata; takav dodekaedar je osnova plinskih hidrata. Stoga nema ničeg čudnog u pretpostavci da takve strukture postoje u vodi, iako je već rečeno da niti jedna određena struktura ne može biti dominantna i postojati dugo vremena. Stoga je čudno da se ovaj element uzima kao glavni i da u njega ulazi točno 57 molekula. Od kuglica je, na primjer, moguće sastaviti iste strukture koje se sastoje od dodekaedra koji se nalaze jedan uz drugi i sadrže 200 molekula. Zenin, pak, tvrdi da se proces trodimenzionalne polimerizacije vode zaustavlja na 57 molekula. Većih suradnika, po njegovom mišljenju, ne bi trebalo biti. Međutim, kad bi to bio slučaj, heksagonalni kristali leda, koji sadrže ogroman broj molekula međusobno povezanih vodikovim vezama, ne bi se mogli istaložiti iz vodene pare. Potpuno je nejasno zašto se rast Zenin klastera zaustavio na 57 molekula. Da bi izbjegao proturječnosti, Zenin klastere pakira i u složenije formacije - romboedre - od gotovo tisuću molekula, a početni klasteri međusobno ne tvore vodikove veze. Zašto? Kako se molekule na njihovoj površini razlikuju od onih unutra? Prema Zeninu, uzorak hidroksilnih skupina na površini romboedra osigurava pamćenje vode. Posljedično, molekule vode u ovim velikim kompleksima su čvrsto fiksirane, a sami kompleksi su krutine. Takva voda neće teći, a njezino talište, koje je povezano s molekularnom težinom, mora biti dosta visoko.

Koja svojstva vode objašnjava Zeninov model? Budući da se model temelji na tetraedarskim strukturama, može biti više ili manje konzistentan s podacima rendgenske difrakcije i neutronske difrakcije. Međutim, malo je vjerojatno da model može objasniti smanjenje gustoće tijekom topljenja - pakiranje dodekaedra manje je gusto od leda. Ali najteže se složiti s modelom s dinamičkim svojstvima - fluidnošću, velikom vrijednošću koeficijenta samodifuzije, kratkim korelacijskim i dielektričnim vremenima relaksacije, koja se mjere u pikosekundama.

dr.sc. O.V. Mosin

Reference:
G.G. Maljenkov. Napredak u fizikalnoj kemiji, 2001
S.V. Zenin, B.M. Polanuer, B.V. Tjaglov. Eksperimentalni dokaz prisutnosti frakcija vode. G. Homeopatski lijekovi i akupunktura. 1997. br. 2. str. 42-46.
S.V. Zenin, B.V. Tjaglov. Hidrofobni model strukture asocijata molekula vode. Zh.Phys.chemistry.1994.T.68.No.4.S.636-641.
S.V. Zenin Ispitivanje strukture vode metodom protonske magnetske rezonancije. Dokl.RAN.1993.T.332.br.3.S.328-329.
S.V.Zenin, B.V.Tyaglov. Priroda hidrofobne interakcije. Pojava orijentacijskih polja u vodenim otopinama. J.Phys.chemistry.1994.T.68.No.3.S.500-503.
S.V. Zenin, B.V. Tyaglov, G.B. Sergeev, Z.A. Šabarova. Proučavanje intramolekularnih interakcija u nukleotidnim amidima pomoću NMR. Materijali 2. svesavezne konf. Po dinamici Stereokemija. Odessa.1975.str.53.
S.V. Zenin. Strukturirano stanje vode kao osnova za upravljanje ponašanjem i sigurnošću živih sustava. diplomski rad. Doktor bioloških znanosti. Državni znanstveni centar "Institut za biomedicinske probleme" (SSC "IMBP"). Obranjen 1999. 05. 27. UDK 577.32:57.089.001.66.207 str.
U I. Slesarev. Izvješće o napretku istraživanja

Voda - anorganske tvari, čije se molekule sastoje od dva atoma vodika i jednog atoma kisika. Količina vode nije ista u različitim organizmima. Najviše vode sadrži tijelo meduza (95-98%), alge (više od 80%), najmanje insekata (40-50%), sloj lišajeva (5-7%). U tijelu sisavaca, u prosjeku, 75% vode, uključujući i kod ljudi - 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%), kostur (22,0%), masno tkivo (10,0%).

Najveći dio vode (70% volumena) nalazi se u stanicama tijela u slobodnom i vezanom obliku, manji dio (30% volumena) kreće se u izvanstaničnom prostoru tijela i nalazi se u slobodnom stanju. vezana voda(4 5%) je osmotski vezana (voda u vezama s ionima i spojevima niske molekularne težine), koloidno vezana (voda u vezama s unutarnjim i površinskim kemijskim skupinama spojeva visoke molekularne težine) i strukturno vezana (voda u zatvorenom prostoru visokomolekularni biopolimeri složene strukture). besplatna voda(95-96%) je univerzalno otapalo.

Vrijednost vode . Kvantitativno, voda je na prvom mjestu među kemijskim spojevima svake stanice. Prisutnost vode je preduvjet za život organizama. Koje funkcije ova najčešća tvar na Zemlji obavlja u biosustavima?

Voda je univerzalno otapalo za ionske i mnoge kovalentne spojeve, osigurava tijek kemijskih reakcija, transport tvari u i iz stanice.

Voda - reagens, uz čije sudjelovanje u stanicama nastaju reakcije hidrolize i hidratacije, redoks i acidobazne reakcije.

Voda - regulator topline, održava optimalni toplinski režim organizama i osigurava ravnomjernu raspodjelu topline u živim sustavima.

Voda - osmoregulator, koji osigurava oblik stanica, transport nije organska tvar.

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

Voda - prijevozno sredstvo, ostvaruje komunikaciju u stanicama, između stanica, tkiva, organa te osigurava homeostazu i funkcioniranje organizma u cjelini.

Voda - stanište Za vodeni organizmi, u njoj se odvija pasivno kretanje, vanjska oplodnja, raspodjela sjemena, gameta i stadija ličinki kopnenih organizama.

Voda - konformer, ima veliki značaj u organizaciji prostorne strukture (konformacije) biopolimera.

Svojstva vode. Uloga vode u biosustavima određena je njezinim fizikalno-kemijskim svojstvima.

■ Čistu vodu karakterizira prozirnost, nedostatak okusa, boje, mirisa. Prirodna voda uvijek sadrži različite nečistoće: otopljene tvari u obliku iona, neotopljene tvari u obliku suspenzije. Voda je jedina tvar na Zemlji koja se pojavljuje istovremeno iu velikim količinama u tekućem, krutom i plinovitom stanju.

■ Gustoća vode na 4°C je najveća i iznosi 1g/cm3. Smanjenjem temperature smanjuje se i gustoća pa led pluta na površini vode.

■ Voda ima abnormalno visok specifični toplinski kapacitet (4,17 J/GC), toplinu isparavanja (na 100 °C - 2253 J/g), toplinu taljenja (na 0 °C - 333,98 J/g).

■ Voda ima iznimno visoku površinsku napetost zbog moćne sile adhezija (kohezija) povezana sa stvaranjem vodikovih veza između molekula.

■ Za vodu karakteristično svojstvo lijepljenje (prianjanje), koje se manifestira u slučaju podizanja protiv gravitacijskih sila.

■ Vodu u tekućem stanju karakterizira fluidnost, necijeđenje, što uzrokuje pojave osmoza I turgor.

■ Voda ima amfoterna svojstva, odnosno pokazuje svojstva kiseline i baze te sudjeluje u kiselo-baznim reakcijama.

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

■ Molekule vode su polarne, zbog čega sudjeluju u reakcijama hidratacije, osiguravajući otapanje mnogih kemijskih spojeva.

■ Voda sudjeluje u biološki važnim reakcijama razgradnje – reakcijama hidroliza.

■ Molekule vode mogu disocirati na ione: H2O = H + + OH.

Značajke strukture molekula vode. Jedinstvena svojstva vodu određuje struktura njezinih molekula.

U molekuli vode svaki atom vodika nalazi se na atomu kisika. kovalentna veza,čija je energija gotovo 110 kcal/mol. Zbog toga je voda vrlo stabilan kemijski spoj. Vodena para počinje se raspadati na O i H na temperaturama iznad 1000°C.

U molekuli vode, dva para elektrona od četiri formirana su kovalentnom vezom i pomaknuta su na jednu od strana molekule uz stvaranje dva pozitivno nabijena pola. A druga dva para ostaju nepodijeljena i pomaknuta su u odnosu na jezgru atoma kisika na suprotnu stranu, gdje tvore dva negativno nabijena pola.

Dakle, molekule vode su polarne.

Zbog polariteta, susjedne molekule vode mogu djelovati jedna s drugom i s molekulama polarnih tvari pri čemu nastaju vodikove veze, uzrokujući jedinstvene fizička svojstva i biološke funkcije vode. Energija ove veze, u usporedbi s energijom kovalentne veze, mala je. Ona iznosi samo 4,5 kcal/mol, a zahvaljujući toplinskom kretanju te se veze između molekula vode neprestano stvaraju i kidaju. Vodikove veze - to su veze između dva kovalentno vezana atoma s visokom vrijednošću elektronegativnosti (Oh, N, F) kroz vodikov atom H. Obično se vodikova veza označava s tri točke i to označava , da je mnogo slabiji ; nego kovalentna veza (oko 15-20 puta).

Vodikove veze imaju odlučujuću ulogu u formiranju specifične kvazi i kristalne strukture vode. Prema suvremenim konceptima, osnova strukture vode je kristalna ćelija s dijelom slobodnih molekula vode razmazanih toplinskim gibanjem. Vodu u čvrstom stanju karakteriziraju molekularne kristalne rešetke, budući da su kristali građeni od molekula koje su međusobno povezane vodikovim vezama. Prisutnost elemenata kristalne rešetke, kao i dipolna priroda molekula vode, određuju vrlo visoku vrijednost relativne permitivnosti vode.

Molekule tekuće vode sposobne su za polimerizaciju ili asocijaciju uz stvaranje asocijata (N2O) n. Stvaranje gustih asocijata događa se na +4 C, što objašnjava veliku gustoću vode na ovoj temperaturi. Kada se zagrijavaju, vodikove veze se uništavaju i suradnici se počinju dijeliti, budući da energija toplinskog gibanja postaje veća od energije tih veza. Za kidanje veza potrebno je mnogo energije, otuda i visoko vrelište i specifični toplinski kapacitet vode. Ovo je bitno za organizme tijekom fluktuacija temperature okoliša.

Rentgenskom difrakcijskom analizom vode utvrđeno je da u tekućoj vodi ostaju fragmenti strukture leda. Pri temperaturi od 20°C oko 70% molekula nalazi se u vodi u obliku agregata od kojih svaki sadrži prosječno 57 molekula. Takve se jedinice nazivaju klasteri. Molekule vode koje čine klaster su vezane i metabolički inertne. Samo slobodne molekule vode imaju aktivnu ulogu u metaboličkim reakcijama. Ako postoji mnogo klastera, to dovodi do imobilizacije vode, odnosno do isključivanja slobodne vode, ograničenja enzimskih procesa i smanjenja funkcionalne aktivnosti stanice.

BIOLOGIJA +Tijekom disocijacije pojedinih elektrolita, uključujući vodu, nastaju H ioni + i on - , čija koncentracija određuje kiselost ili bazičnost otopina i, sukladno tome, strukturne značajke i aktivnost mnogih biomolekula i životnih procesa. Ova koncentracija se mjeri pomoću pH indikator - pH. pH je negativni decimalni logaritam koncentracije

H ioni + . U čistoj vodi ta je koncentracija 1-10 -7 mol/l (- dnevnik 10 -7 = 7 ) . Stoga neutralna reakcija vode odgovara pH 7, kisela-pH<7 и основной -pH>7. Duljina pH ljestvice je od 0 do 14. pH vrijednost u stanicama je blago alkalna. Promjena za jednu ili dvije jedinice je štetna za stanicu. Konstantnost pH u stanicama održavaju puferski sustavi koji sadrže mješavinu elektrolita. Sastoje se od slabih kiselina. (donator H +) i njegovu pridruženu bazu (akceptor H +) , koji u skladu s tim vežu ione H + i OH veze - , zbog čega se pH reakcija unutar stanice gotovo ne mijenja.

hidrofilni i hidrofobni spojevi. U molekulama vode dva su para spojnih elektrona pomaknuta prema kisiku pa električno punjenje unutar molekula je raspoređen neravnomjerno: protoni H + 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, molekula vode je konstanta dipol, koji mogu djelovati s nositeljima pozitivnog i negativnog naboja. Prisutnost polova u molekulama vode objašnjava sposobnost vode da kemijske reakcije hidratacija.

Zbog svoje polarnosti, molekule vode mogu se vezati za molekule ili ione tvari topljivih u vodi stvarajući hidrate (spojeve vode s otopljenom tvari). Te su reakcije egzotermne i, za razliku od reakcija hidrolize, hidrataciju ne prati stvaranje vodikovih ili hidroksidnih iona.

Kada molekule vode stupaju u interakciju s molekulama polarnih tvari, privlačnost molekula vode prema drugoj tvari premašuje energiju privlačnosti između molekula vode. Stoga su molekule ili ioni takvih spojeva ugrađeni u opći sustav vodikovih veza vode. hidrofilne tvari - To su polarne tvari koje se dobro otapaju u vodi. To su topljive kristalne soli, monosaharidi, određene aminokiseline, nukleinske kiseline itd.

U slučaju interakcije molekula vode s molekulama nepolarnih tvari, energija privlačenja molekula vode u njima bit će manja od energije vodikovih veza. Nepolarne molekule pokušavaju se izolirati od molekula vode, grupiraju se i istiskuju iz vodene otopine. Hidrofobne tvari - To su nepolarne tvari koje se ne otapaju u vodi. To su netopljive mineralne soli, lipidi, polisaharidi, određeni proteini itd. Neke organske molekule imaju dvojaka svojstva: polarne skupine koncentrirane su u nekim svojim područjima, a nepolarne skupine u drugima. To su mnogi proteini, fosfolipidi. zovu se amfifilne tvari.

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

Enciklopedija mladog kemičara

Sastav vode može se odrediti pomoću reakcije razgradnje električnom strujom. Na jedan volumen kisika nastaju dva volumena vodika (volumen plina proporcionalan je količini tvari):

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

Voda se sastoji od molekula. Svaka molekula sadrži dva atoma vodika povezana kovalentnim vezama s jednim atomom kisika. Kut između veza je oko 105°:
OH
H

Budući da je kisik elektronegativniji element (jako oksidacijsko sredstvo), zajednički elektronski par kovalentne veze pomaknut je prema atomu kisika, na njemu se stvara djelomični negativni naboj δ−, a na vodiku djelomični pozitivni δ+ atomi. Susjedne molekule privlače se međusobno suprotnim nabojima - to uzrokuje relativno visoka temperatura kipuće vode.

Voda na sobnoj temperaturi je bezbojna prozirna tekućina. Talište 0º C, vrelište pri atmosferski pritisak- 100 ° C. Čista voda ne provodi struju.

Zanimljivo svojstvo vode je da ima najveću gustoću od 1 g / cm 3 na temperaturi od oko 4°C. Kako se temperatura dalje smanjuje, gustoća 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 se ne događa (osim toga, led također ima gustoću manje vode i pluta na površini).

Kemijska svojstva :

na glavne zagađivače prirodna voda uključuju otpadne vode iz industrijskih poduzeća koje sadrže spojeve žive, arsena i drugih otrovnih elemenata. Otpadne vode iz stočarskih kompleksa i gradova mogu sadržavati otpad koji uzrokuje brzi razvoj bakterija. Velika opasnost za prirodna vodna tijela je nepravilno skladištenje (koje ne pruža zaštitu od taloženje) ili korištenje gnojiva i pesticida ispranih u vodena tijela. Promet, posebno vodeni, zagađuje vodna tijela naftnim derivatima i kućni otpad koje su nesavjesni ljudi bacili izravno u vodu.

Za zaštitu voda potrebno je uvesti zatvorenu vodoopskrbu industrijskih poduzeća, složenu preradu sirovina i otpada, izgradnju postrojenja za pročišćavanje i ekološko obrazovanje stanovništva.

* Za elektrolizu vode koriste se otopine soli

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

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

CaCO3 + 2HCl \u003d CaCl2 + H2O + CO2

ili, u ionskom obliku:

CO 3 2− + 2H + = H 2 O + CO 2

Moguće je dokazati da je ugljični monoksid (IV) taj koji se oslobađa propuštanjem kroz otopinu vapnene vode, što uzrokuje njegovo zamućenje:

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

Za prepoznavanje soli ugljične kiseline dodajte malo kiseline u sve tri epruvete (da se ne prelije kod “kuhanja”). Gdje će se osloboditi plin bez boje i mirisa, nalazi se karbonat.

Voda je najčešća i najčešća tvar u našem životu. Ljudsko tijelo se sastoji od 70% vode, a prirodni okoliš oko nas također sadrži 70% vode.

Iz školske lektire znamo da se molekula vode sastoji od atoma kisika i dva atoma vodika, tj. jedna od najmanjih i najlakših molekula. Uz svu rutinu i očiglednost za nas tih svojstava vode koja stalno koristimo, postoje paradoksi tekuće vode koji čak određuju oblike života na Zemlji.

Tekuća voda ima veću gustoću od leda. Stoga se prilikom smrzavanja volumen leda povećava, led pluta na površini vode.

Gustoća vode je najveća na 4 ° C, a ne na talištu, smanjuje se i desno i lijevo od ove temperature.

Viskoznost vode opada s povećanjem tlaka.

Vrelište vode je izvan opće ovisnosti vrelišta o molekulskoj težini tvari (slika 1.1). Inače, ne smije biti viša od 60 o C.

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

Toplina isparavanja (~ 2250 kJ/kg) najmanje je tri puta veća nego kod bilo koje druge tekućine, 8 puta veća od topline etanola.

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

sl.1.1. Raspon omjera molekulske mase različitih spojeva i njihovih vrelišta.

1. Što je molekula vode?

Godine 1780 Lavoisier je eksperimentalno utvrdio da se voda sastoji od kisika i vodika, da dva volumena vodika međusobno djeluju s jednim volumenom kisika te da je omjer masa vodika i kisika u vodi 2:16. Do 1840. postalo je jasno da je molekularna formula vode H2O.

Tri jezgre u molekuli tvore jednakokračni trokut s dva protona u bazi (slika 1.2). Elektronska formula molekule vode [(1S 2)] [(1S 2)(2S 2)(2P 4)].

sl.1.2.Formiranje sustava vezivanja m.o. od 2p orbitala atoma kisika i 1s-orbitale atoma kisika i 1s-orbitale vodikovih atoma.

Zbog sudjelovanja dva elektrona vodika 1s u vezi s dva elektrona 2p kisika dolazi do sp hibridizacije i formiranja hibridnih sp 3 orbitala s karakterističnim kutom između njih od 104,5 °, kao i dva pola suprotnih naboja. Duljina O-N spojevi je 0,95Å (0,095 nm), udaljenost između protona je 1,54Å (0,154 nm). Slika 1.3 prikazuje elektronički model molekule vode.

sl.1.3. Elektronski model molekule H 2 OKO.

Osam elektrona rotira u parovima u četiri orbitale smještene u tri ravnine (kutovi 90 O ) koji stanu 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 usamljeni parovi p-elektrona kisika nalaze se na dva negativna kraja.

Dakle, molekulu vode možemo promatrati kao trokutastu piramidu - tetraedar, na čijim se uglovima nalaze četiri naboja - dva pozitivna i dva negativna.

Ti naboji tvore svoje neposredno okruženje okrećući susjedne molekule vode na strogo definiran način – tako da između dva atoma kisika uvijek postoji samo jedan atom vodika. Takvu međumolekularnu strukturu najlakše je zamisliti i proučavati na vodi u krutom stanju. Slika 1.4 prikazuje strukturu leda.

Riža. 1.4. Heksagonalna struktura leda

Struktura se drži zajedno O-H...O vezama. Takva veza dvaju 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, pa je odbijanje dvaju 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.

Molekula vode može imati četiri vodikove veze, u dvije se ponaša kao donor elektrona, u dvije kao akceptor elektrona. A te veze mogu nastati i sa susjednim molekulama vode i s drugim tvarima.

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

Zadatak Mayer Cell je "laka" razgradnja molekula vode pod djelovanjem električne struje praćene elektromagnetskim zračenjem.

Da bismo to riješili, shvatimo što je voda? Kakva je struktura molekula vode? Što se zna o molekulama vode i njihovim vezama? U članku sam koristio razne publikacije kojih ima u dovoljnim količinama na internetu, ali se umnožavaju u velikom broju, pa mi nije jasno tko im je autor i glupo mi je pozivati ​​se na izvor. Štoviše, ove publikacije su "zbunjujuće" do sramote, što otežava percipiranje i značajno produljuje vrijeme učenja. Analizirajući članke, izdvojio sam nešto što vas može uputiti u razumijevanje s čime ćemo se baviti u procesu izdvajanja jeftine energije, odnosno u procesu razbijanja molekula vode na komponente - vodik i kisik.

Dakle, razmotrimo najznačajnije pojmove 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 svojevrsnog jednakokračnog trokuta: na vrhu tog trokuta nalazi se atom kisika, au njegovoj osnovi dva atoma vodika. Kut vrha je 104°27, a duljina stranice je 0,096 nm. Ovi parametri odnose se na hipotetsko ravnotežno stanje molekule vode bez njezinih oscilacija i rotacija. Geometrija molekule vode i njezine elektronske orbite prikazane su na slici.

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

Spojite li epicentre pozitivnih i negativnih naboja ravnim linijama, dobit ćete trodimenzionalni geometrijski lik - pravilan tetraedar. Ovo je struktura same molekule vode.

Zbog prisutnosti vodikovih veza, svaka molekula vode tvori vodikovu vezu s 4 susjedne molekule, tvoreći ažurni mrežasti okvir u molekuli leda. To je uređeno stanje molekula vode koje se može nazvati "strukturom". Svaka molekula može istovremeno formirati četiri vodikove veze s drugim molekulama pod strogo definiranim kutovima, jednakim 109°28′, usmjerenim na tetraedarske vrhove, koji ne dopuštaju stvaranje guste strukture pri smrzavanju.

Kada se led otopi, njegova tetragonalna struktura se uništava i nastaje mješavina polimera koja se sastoji od tri-, tetra-, penta- i heksamera vode i slobodnih molekula vode.

U svom tekućem stanju voda je nesređena tekućina. Ove vodikove veze su spontane, kratkotrajne, brzo se kidaju i ponovno formiraju.

Grupirani, tetraedri molekula vode tvore različite prostorne i ravninske strukture.

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

Ova vrsta strukture tipična je za led, snijeg i otopljenu vodu, koja se zbog prisutnosti takve strukture naziva "strukturirana voda". Puno se piše o blagotvornim svojstvima strukturirane vode, ali to nije tema našeg članka. Bilo bi logično da je strukturirana voda, koja tvori heksagonalne strukture, najlošija verzija strukture vode koja se može iskoristiti za razgradnju na vodik i kisik. Dopustite mi da objasnim zašto: molekule vode, grupirajući šest u heksamer, imaju električki neutralan sastav - heksameri nemaju pozitivne i negativne polove. Ako heksamer strukturirane vode stavite u električno polje, on na njega nikako neće reagirati. Stoga se logično može zaključiti da je potrebno da u vodi bude što manje organiziranih struktura. Zapravo je suprotno, heksamer nije cjelovita struktura, postoji još zanimljiviji koncept - klaster.

Strukture spojenih molekula vode nazivaju se klasteri, a pojedinačne molekule vode kvanti. Klaster je skupni spoj molekula vode, uključujući heksamere, koji ima i pozitivne i negativne polove.

U destiliranoj vodi klasteri su praktički električki neutralni, jer su kao rezultat isparavanja klasteri uništeni, a kao rezultat kondenzacije nisu se pojavile jake veze između molekula vode. Međutim, njihova se električna vodljivost može promijeniti. Ako se destilirana voda miješa magnetskom miješalicom, djelomično će se obnoviti veze između elemenata klastera i promijeniti električna vodljivost vode. Drugim riječima, destilirana voda je voda koja ima minimalan broj veza između molekula . U njoj su dipoli molekula u pogrešno orijentiranom stanju, pa je dielektrična konstanta destilirane vode vrlo visoka, a ona je i loš vodič električne struje. Istodobno, kako bi se povećala upravljivost klastera vode, dodaju se kiseline ili lužine, koje, sudjelujući u molekularnim vezama, ne dopuštaju molekulama vode da tvore heksagonalne strukture, čime se tvore elektroliti. Destilirana voda je suprotnost strukturiranoj vodi, u kojoj postoji ogroman broj veza između molekula vode u klasterima.

Na mojoj stranici postoje, i pojavljivat će se, članci koji su na prvi pogled “odvojeni” i nemaju nikakve veze s drugim člancima. Zapravo, većina članaka stranice međusobno je povezana u jednu cjelinu. U ovom slučaju, opisujući svojstva destilirane vode, koristim Dipolnu teoriju električne struje, to je alternativni koncept električne struje, koji je i znanost i praksa potvrdio bolje od klasičnog koncepta.

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

Imajte na umu da postoji mišljenje "među ljudima" da bi destilirana voda i otopljena voda trebale imati ista električna vodljiva svojstva, jer jedna i druga nemaju kemijske nečistoće (obično soli), kemijski sastav je ista, a struktura molekula vode ista je u otopljenoj vodi iu destiliranoj vodi.

Zapravo, sve izgleda suprotno, odsutnost nečistoća uopće ne ukazuje na svojstva električne vodljivosti vode. Ne shvaćajući to, neki ljudi "ubijaju" baterije čak iu fazi punjenja elektrolitom, zamjene destilirane vode otopljenom vodom ili jednostavno pročišćene kroz ugljeni filter. U pravilu napunjena baterija kupljena na tržištu automobila traje kraće od one koju ste kupili suho napunjenu i razrijeđenu sumporne kiseline destilirane vode, sami ste je napunili. To je samo zato što je “gotov” elektrolit, odnosno napunjena baterija, danas način zarade, a da bi se utvrdilo kakva je voda korištena, potrebno je napraviti skup pregled, nitko se ne zamara ovaj. Trgovcu je svejedno koliko vam traje baterija na autu, a ni vi se ne želite petljati s kiselinom. Ali, uvjeravam vas, baterija nad kojom se znojite bit će puno veselija na temperaturama ispod nule od one napunjene gotovim bocom elektrolita.

Nastavimo!

U vodi se klasteri povremeno uništavaju i ponovno formiraju. Vrijeme skoka je 10 -12 sekundi.

Budući da je struktura molekule vode asimetrična, težišta njezinih pozitivnih i negativnih naboja se ne podudaraju. Molekule imaju dva pola - pozitivan i negativan, stvarajući, poput magneta, polja molekularne sile. Takve molekule nazivamo polarnim ili dipolima, a kvantitativna karakteristika polariteta određena je električnim momentom dipola, izraženim kao umnožak udaljenosti l između električnih težišta pozitivnih i negativnih naboja molekule 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 (tekućina-zrak) poredaju se određenim redoslijedom, dok svi klasteri osciliraju istom frekvencijom, dobivajući jednu zajedničku frekvenciju. Pri takvom kretanju klastera, uzimajući u obzir da su molekule vode koje se nalaze u klasteru polarne, odnosno da imaju veliki dipolni moment, treba očekivati ​​pojavu elektromagnetskog zračenja. Ovo zračenje se razlikuje od zračenja slobodnih dipola, budući da su dipoli vezani i zajedno osciliraju u strukturi klastera.

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

Gdje a je površinska napetost vode pri određenoj temperaturi; M
je masa klastera.

Gdje V je veličina klastera.

Volumen klastera se određuje uzimajući u obzir veličinu fraktalne zatvorene strukture klastera ili analogno veličini proteinske domene.
Na sobnoj temperaturi 18°C, frekvencija vibracije klastera f jednaka 6,79 10 9 Hz, odnosno valna duljina u slobodnom prostoru trebala bi biti λ = 14,18 mm.

Ali što će se dogoditi kada se voda izloži vanjskom elektromagnetskom zračenju? Budući da je voda samoorganizirana struktura i sadrži grupirane elemente i slobodne molekule, sljedeće će se dogoditi kada je izložena vanjskom elektromagnetskom zračenju. Kada se molekule vode približavaju jedna drugoj (udaljenost se mijenja od R 0 do R 1 ), energija interakcije se mijenja za veći iznos nego kada se one udaljavaju jedna od druge (udaljenost se mijenja od R 0 do R 2 ).

Ali, budući da molekule vode imaju veliki dipolni moment, u slučaju vanjskog elektromagnetskog polja, one će oscilirati (npr. od R 1 do R 2 ). U tom će slučaju, zbog zadane ovisnosti, primijenjeno elektromagnetsko polje više pridonijeti privlačenju molekula, a time i organizaciji sustava kao cjeline, tj. formiranje heksagonalne strukture.

U prisustvu nečistoća u vodeni okoliš, prekriveni su hidratnim omotačem na takav način da ukupna energija sustava nastoji poprimiti minimalnu vrijednost. A ako je ukupni dipolni moment heksagonalne strukture jednak nuli, tada se u prisutnosti nečistoća heksagonalna struktura u njihovoj blizini narušava na takav način da sustav poprima minimalnu vrijednost, u nekim slučajevima šesterokuti se pretvaraju u peterokuta, a hidratacijska ljuska ima oblik blizak kugli. Nečistoće (na primjer, Na + ioni) mogu stabilizirati strukturu, čineći je otpornijom na uništenje.

Samoorganizirani vodni sustav pod utjecajem elektromagnetskog zračenja neće se pomicati kao cjelina, već će se pomicati svaki element heksagonalne, a kod nečistoća lokalno i druge vrste strukture, tj. doći će do narušavanja geometrije strukture, tj. javljaju se napetosti. 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. Zato energija kvanta elektromagnetskog zračenja, koja prelazi u unutarnju energiju organizirane vodene strukture kao rezultat njezinih izobličenja, akumulirati će se u njoj dok ne dosegne energiju vodikove veze, koja je 500-1000 puta veća od energije elektromagnetske polje. Kada se postigne ova vrijednost, vodikova veza se prekida, a struktura se uništava.

Ovo se može usporediti s snježna lavina kada dolazi do postupnog, sporog nakupljanja mase, a zatim 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 nastati H +, OH - i hidratizirani elektron e -. Plava boja čiste vode posljedica je prisutnosti ovih elektrona, a ne samo raspršenja prirodnog svjetla.

Zaključak

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