Struktura molekula vode, njihove veze i svojstva. Utjecaj vanjskih fizičkih utjecaja na molekule vode? Voda: njen 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 je masa i naboj jezgre kisika veći od mase i naboja jezgre vodika, elektronski oblak se skuplja prema jezgri kisika. U ovom slučaju, jezgre vodika su "gole". Dakle, elektronski oblak ima neujednačenu gustoću. U blizini jezgri vodika postoji nedostatak 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 stvara vodikovu vezu s 4 susjedne molekule, tvoreći otvoren mrežasti okvir u molekuli leda. Međutim, u svom tekućem stanju, voda je neuređena tekućina; ove vodikove veze su spontane, kratkotrajne, brzo pucaju i ponovno se stvaraju. Sve to dovodi do heterogenosti u strukturi vode.

Vodikove veze između molekula vode (slika dolje lijevo)

Činjenica da je voda heterogena po svom sastavu utvrđena je davno. Odavno je poznato da led pliva 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 dostiže maksimum na 4°C. Manje poznata je anomalija kompresibilnosti vode: kada se zagrije od točke taljenja do 40°C, ona se smanjuje, a zatim povećava. Toplinski kapacitet vode također nemonotono ovisi o temperaturi.

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

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

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

Kada je 1920-ih utvrđena struktura leda, pokazalo se da 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 se molekule u njoj nalaze ne kao u ledu, odnosno kao atomi silicija u mineralu tridimitu, nego kao atomi silicija u gušćoj modifikaciji silicija - kvarcu. Povećanje gustoće vode pri zagrijavanju od 0 do 4°C objašnjeno je prisutnošću tridimitne komponente pri niskim temperaturama. Tako je Bernal-Fowlerov model zadržao element dvostrukture, ali njihovo glavno postignuće je ideja kontinuirane tetraedarske mreže. Tada se pojavio poznati aforizam I. Langmuira: "Okean je jedna velika molekula." Pretjerana konkretizacija modela nije dodala pristaše teorije objedinjene mreže.

Tek je 1951. J. Popl stvorio model kontinuirane mreže, koji nije bio tako specifičan kao Bernal-Fowlerov model. Popl je zamišljao vodu kao slučajnu tetraedarsku mrežu, veze između molekula u kojoj su zakrivljene i 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 mnogi znanstvenici dugo vremena dijelili ideju o dvije države.

Ali u drugoj polovici 20. stoljeća bilo je nemoguće maštati o sastavu i strukturi "hidrola" koliko su to činili početkom stoljeća. Već se znalo kako su raspoređeni led i kristalni hidrati, a znali su puno o vodikovim vezama. Uz modele “kontinuuma” (Popleov model), nastale su dvije skupine “mješovitih” modela: klaster i klatrat. U prvoj skupini voda se pojavila kao nakupine molekula povezanih vodikovim vezama, koje su plutale u moru molekula koje ne sudjeluju u takvim vezama. Modeli druge skupine razmatrali su vodu kao kontinuiranu mrežu (koja se u ovom kontekstu obično naziva okvir) vodikovih veza koja sadrži praznine; sadrže molekule koje ne stvaraju veze s molekulama okvira. Nije bilo teško odabrati takva svojstva i koncentracije dviju mikrofaza modela klastera ili svojstva okvira i stupanj ispunjenja njegovih praznina u klatratnim modelima kako bi se objasnila sva svojstva vode, uključujući i poznate anomalije.

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

Prvi model klatratnog tipa predložio je 1946. godine O.Ya. Samoilov: mreža vodikovih veza slična heksagonalnom ledu očuvana je u vodi, 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 uočena je konvergencija 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. Naime, autori ovih modela vodu smatraju kontinuiranom mrežom vodikovih veza. A govorimo o tome koliko je ova mreža nehomogena (na primjer, po gustoći). Ideja o vodi kao klasterima vezanim vodikom koji plutaju u moru molekula vode bez veza stavljena je na kraj ranih osamdesetih, kada je G. Stanley primijenio teoriju perkolacije na model vode, koji opisuje fazu prijelazi vode.

Godine 1999. poznati ruski istraživač vode S.V. Zenin je obranio doktorsku disertaciju o teoriji klastera na Institutu za biomedicinske probleme Ruske akademije znanosti, što je bio značajan korak u promociji ovog područja istraživanja čija je složenost pojačana činjenicom da su 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 et al., 1998.) i protonskom magnetskom rezonancijom (C.V. Zenin, 1993.) geometrijska izgrađen je i dokazan model glavne stabilne strukturne formacije molekula vode (strukturirana voda), a zatim je (SV Zenin, 2004.) dobivena slika faznokontrastnim mikroskopom tih struktura.

Sada je znanost dokazala da značajke fizikalnih svojstava vode i brojne kratkotrajne vodikove veze između susjednih atoma vodika i kisika u molekuli vode stvaraju povoljne mogućnosti za stvaranje posebnih pridruženih struktura (klastera) koje percipiraju, pohranjuju i prenose širok izbor 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, može doći do migracije protona (H+) prema relejnom mehanizmu, što dovodi do delokalizacije protona unutar klastera.

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

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

Neke moguće strukture klastera vode

Nositelji informacija mogu biti fizička polja različite prirode. Tako je utvrđena mogućnost daljinske informacijske interakcije tekuće kristalne strukture vode s objektima različite prirode uz pomoć elektromagnetskih, akustičkih i drugih polja. Osoba također može biti objekt utjecaja.

Voda je izvor ultra slabog 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.

Posljednjih godina dobiveni su važni podaci o svojstvima prehlađene vode. Vrlo je zanimljivo proučavati vodu na niskoj temperaturi, jer može biti prehlađena više od ostalih 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 prehlađena voda spontano kristalizirala. No, znanstvenici su to uspjeli, a sada je temperatura takozvane homogene nukleacije, kada se stvaranje kristala leda događa istovremeno u cijelom volumenu, poznata po pritiscima do 0,3 GPa, odnosno hvatanju 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 se lagano povećava na 190 K. Ispod ove kritične temperature tekuća voda je u principu nemoguća.

Struktura leda (slika desno)

Međutim, postoji jedna misterija povezana s ovom temperaturom. Sredinom osamdesetih otkrivena je nova modifikacija amorfnog leda - led velike gustoće, što je pomoglo da se oživi ideja o vodi kao mješavini dvaju stanja. Kao prototipovi nisu razmatrane kristalne strukture, već strukture amorfnog leda različite gustoće. U najrazumljivijem obliku ovaj koncept je formulirao E.G. Poniatovsky i V.V. Sinitsin, koji je 1999. napisao: “Voda se smatra uobičajenom otopinom dviju komponenti, lokalne konfiguracije u kojima odgovaraju kratkom dometu modifikacija amorfnog leda.” Štoviše, proučavanjem kratkog dometa u prehlađenoj vodi pod visokim tlakom pomoću metoda neutronske difrakcije, znanstvenici su uspjeli pronaći komponente koje odgovaraju tim strukturama.

Kao rezultat polimorfizma amorfnog leda, postojale su i pretpostavke o raslojavanju 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 iznosi 230 K, što je ispod temperature nukleacije, tako da još nitko nije uspio promatrati odvajanje tekuće vode. Dakle, oživljavanje modela s dva stanja postavilo je pitanje nehomogenosti mreže vodikovih veza u tekućoj vodi. Ova heterogenost se 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 mreža (visokotlačni led i klatratni hidrati) nisu puno veće od energija kubičnog i heksagonalnog leda. Stoga se fragmenti takvih struktura mogu pojaviti i u tekućoj vodi. Moguće je projektirati 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 proračuni su pokazali da će energije interakcije molekula u takvim fragmentima biti blizu jedna drugoj, te nema razloga reći da bi neka struktura trebala prevladavati u tekućoj vodi.

Strukturne studije vode mogu se proučavati različitim metodama; spektroskopija protonske magnetske rezonancije, infracrvena spektroskopija, difrakcija rendgenskih zraka itd. Primjerice, difrakcija rendgenskih zraka i neutrona u vodi proučavana je mnogo puta. Međutim, ti eksperimenti ne mogu dati detaljne informacije o strukturi. Nehomogenosti koje se razlikuju po gustoći mogle su se vidjeti iz malog kuta rendgenskog i neutronskog raspršenja, ali takve nehomogenosti moraju biti velike, sastoje se od stotina molekula vode. Bilo bi ih moguće vidjeti i istražiti raspršivanje svjetlosti. Međutim, voda je izuzetno bistra tekućina. Jedini rezultat difrakcijskih pokusa su funkcije radijalne raspodjele, odnosno udaljenosti između atoma kisika, vodika i kisik-vodik. Iz njih se vidi da u rasporedu molekula vode nema dalekosežnog reda. Ove funkcije propadaju mnogo brže za vodu nego za većinu drugih tekućina. Na primjer, raspodjela udaljenosti između atoma kisika na temperaturi blizu sobne 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 je blizu prosječne duljine ruba tetraedra - zapamtite da se molekule vode u heksagonalnom ledu nalaze na vrhovima tetraedra opisanog oko središnje molekule. I treći maksimum, izražen vrlo slabo, odgovara udaljenosti do trećih i udaljenijih susjeda u vodikovoj mreži. Ovaj maksimum sam po sebi nije jako svijetao, a o daljnjim vrhovima ne treba govoriti. Bilo je pokušaja da se iz ovih distribucija dobiju detaljnije informacije. Tako je 1969. I.S. Andrianov i I.Z. Fisher je pronašao udaljenosti do osmog susjeda, dok se pokazalo da je petom susjedu 3 Å, a šestom susjedu 3,1 Å. 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 rendgenskih 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. Intenzitet difrakcije neutrona se zatim mjeri za ovaj kristal. Na temelju ovih rezultata provodi se Fourierova transformacija tijekom koje se koriste izmjereni intenziteti i faze neutrona, izračunati uzimajući u obzir nevodikove atome, t.j. atoma kisika čiji je položaj u modelu strukture poznat. Zatim, na Fourierovoj karti dobivenoj na ovaj način, atomi vodika i deuterija su predstavljeni s mnogo velike težine nego na karti elektronske gustoće, jer doprinos ovih atoma raspršenju neutrona je vrlo velik. Iz ove mape gustoće može se, na primjer, odrediti položaj atoma vodika (negativna gustoća) i atoma deuterija (pozitivna gustoća).

Moguća je varijacija ove metode koja se sastoji u tome da se kristal koji nastaje u vodi prije mjerenja drži u teškoj vodi. U ovom slučaju difrakcija neutrona 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. To su pokusi kvazielastičnog raspršenja neutrona, ultrabrza IR spektroskopija i proučavanje difuzije vode pomoću NMR ili obilježenih atoma deuterija. Metoda NMR spektroskopije temelji se na činjenici da jezgra atoma vodika ima magnetski moment – ​​spin koji je u interakciji s magnetskim poljima, konstantnim i promjenjivim. Iz NMR spektra može se suditi u kakvom su okruženju ovi atomi i jezgre, 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 sudio 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 teoretski fizičar, autor Kinetičke teorije tekućina, klasične knjige prevedene na mnoge jezike), naziva se i modelom skok-čekaj, zatim vrijeme „sređenog“ života (vrijeme između skokova) molekule je 3,2 pikosekunde. Najnovije metode femtosekundne laserske spektroskopije omogućile su procjenu životnog vijeka prekinute vodikove veze: potrebno je 200 fs da proton pronađe partnera. Međutim, sve su to prosjeci. Proučiti pojedinosti 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 neuređena struktura može se podijeliti u dvije vrste regija (prikazanih tamnim i svijetlim kuglicama), koje se razlikuju po svojoj strukturi, na primjer, po volumenu Voronojevog poliedra (a), stupnju tetraedralnosti najbližeg okruženja ( b), vrijednost potencijalne energije (c), te također u prisutnosti četiri vodikove veze u svakoj molekuli (d). Međutim, ova područja će doslovno u trenutku, nakon nekoliko pikosekundi, promijeniti svoju lokaciju.

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 odabiru se tri parametra:
- stupanj odstupanja lokalne okoline molekule od vrhova pravilnog tetraedra;
-potencijalna energija molekula;
je volumen takozvanog Voronojevog poliedra.

Da bi se konstruirao ovaj poliedar, uzima se brid od zadane molekule do najbliže, dijeli ga na pola i kroz ovu točku povlači ravninu okomitu na rub. Ovo je volumen po molekuli. Volumen poliedra je gustoća, tetraedralnost je stupanj izobličenja vodikovih veza, energija je stupanj stabilnosti konfiguracije molekula. Molekule s bliskim vrijednostima svakog od ovih parametara teže grupiranju u zasebne klastere. Regije niske i visoke gustoće imaju različite vrijednosti energije, ali mogu imati iste vrijednosti. Eksperimenti su pokazali da regije s različitim strukturama, klasterima, nastaju spontano i spontano propadaju. Cijela struktura vode živi i stalno se mijenja, a vrijeme tijekom kojeg se te promjene događaju vrlo je malo. Istraživači su pratili kretanje molekula i otkrili da one prave nepravilne oscilacije s frekvencijom od oko 0,5 ps i amplitudom od 1 angstrom. Uočeni su i rijetki spori skokovi angstroma, koji traju pikosekunde. Općenito, za 30 ps molekula se može pomaknuti za 8-10 angstroma. Životni vijek lokalne sredine također je malen. Regije sastavljene od molekula s bliskim vrijednostima volumena Voronoi poliedra mogu se raspasti za 0,5 ps, a mogu živjeti nekoliko pikosekundi. Ali raspodjela životnog vijeka vodikovih veza vrlo je velika. Ali ovo vrijeme ne prelazi 40 ps, ​​a prosječna vrijednost je nekoliko ps.

U zaključku treba naglasiti da Teorija klastera strukture vode ima mnogo zamki. Na primjer, Zenin sugerira da je glavni strukturni element vode skup od 57 molekula nastalih fuzijom četiri dodekaedra. Imaju zajednička lica, a njihova središta tvore pravilan tetraedar. Činjenica da se molekule vode mogu nalaziti na vrhovima peterokutnog dodekaedra odavno je poznata; takav dodekaedar je osnova plinskih hidrata. Stoga nema ništa iznenađujuće 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 što se pretpostavlja da je ovaj element glavni i da u njega ulazi točno 57 molekula. Od kuglica, na primjer, moguće je sastaviti iste strukture koje se sastoje od dodekaedara koji su međusobno susjedni i sadrže 200 molekula. Zenin, s druge strane, tvrdi da se proces trodimenzionalne polimerizacije vode zaustavlja na 57 molekula. Većih suradnika, prema njegovom mišljenju, ne bi trebalo biti. Međutim, da je to slučaj, heksagonalni kristali leda, koji sadrže ogroman broj molekula povezanih vodikovim vezama, ne bi se mogli taložiti iz vodene pare. Potpuno je nejasno zašto se rast Zeninove klastera zaustavio na 57 molekula. Kako bi izbjegao kontradikcije, Zenin također pakira klastere u složenije formacije - romboedre - od gotovo tisuću molekula, a početni klasteri ne stvaraju međusobno vodikove veze. Zašto? Po čemu se molekule na njihovoj površini razlikuju od onih unutar njih? Prema Zeninu, uzorak hidroksilnih skupina na površini romboedra pruža pamćenje vode. Posljedično, molekule vode u tim velikim kompleksima su kruto fiksirane, a sami kompleksi su čvrste tvari. Takva voda neće teći, a njezina točka taljenja, koja je povezana s molekularnom težinom, mora biti prilično visoka.

Koja svojstva vode objašnjava Zeninov model? Budući da se model temelji na tetraedarskim strukturama, može biti više ili manje konzistentan s podacima rendgenske i neutronske difrakcije. Međutim, malo je vjerojatno da model može objasniti smanjenje gustoće tijekom taljenja - pakiranje dodekaedara je manje gusto od leda. No, najteže se složiti s modelom s dinamičkim svojstvima - fluidnošću, velikom vrijednošću koeficijenta samodifuzije, kratkim korelacijskim i dielektričnim relaksacijskim vremenima, koja se mjere u pikosekundama.

dr.sc. O.V. Mosin

Reference:
G.G. Malenkov. Napredak u fizikalnoj kemiji, 2001
S.V. Zenin, B.M. Polanuer, B.V. Tjaglov. Eksperimentalni dokaz prisutnosti vodenih frakcija. G. Homeopatska medicina i akupunktura. 1997. br. 2. str. 42-46.
S.V. Zenin, B.V. Tjaglov. Hidrofobni model strukture suradnika molekula vode. Zh.Phys.chemistry.1994.T.68.No.4.S.636-641.
S.V. Zenin Istraživanje strukture vode metodom protonske magnetske rezonancije. Dokl.RAN.1993.T.332.No.3.S.328-329.
S.V.Zenin, B.V.Tyaglov. Priroda hidrofobne interakcije. Pojava orijentacijskih polja u vodenim otopinama. J.Phys.chemistry.1994.T.68.No.3.S.500-503.
S.V. Zenin, B.V. Tjaglov, G.B. Sergejev, Z.A. Šabarova. Proučavanje intramolekularnih interakcija u nukleotidnim amidima 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. Teza. Doktor bioloških znanosti. Državni znanstveni centar "Institut za biomedicinske probleme" (SSC "IMBP"). Obranjeno 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 u kukcima (40-50%), talus lišajeva (5-7%). U tijelu sisavaca, u prosjeku, 75% vode, uključujući i ljude - 60-65% tjelesne težine. Količina vode nije ista u različitim tkivima i organima istog organizma. Na primjer, kod ljudi je sadržaj vode u tkivima i organima 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. vezanu vodu(4 5%) je osmotski vezan (voda u vezama s ionima i spojevima male molekulske mase), koloidno vezan (voda u vezama s unutarnjim i površinskim kemijskim skupinama spojeva visoke molekularne težine) i strukturno vezan (voda u zatvorenom prostoru od biopolimeri visoke molekularne mase složene strukture). besplatna voda(95-96%) je univerzalno otapalo.

Vrijednost vode . Kvantitativno, voda je na prvom mjestu među kemijskim spojevima bilo koje stanice. Prisutnost vode preduvjet je 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 sudjelovanje kojih se u stanicama javljaju reakcije hidrolize i hidratacije, redoks i acidobazne reakcije.

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

Voda - osmoregulator, koji daje 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, obavlja komunikaciju u stanicama, između stanica, tkiva, organa te osigurava homeostazu i funkcioniranje tijela u cjelini.

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

Voda - konformer, je od velike važnosti u organizaciji prostorne strukture (konformacije) biopolimera.

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

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

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

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

■ Voda ima iznimno visoku površinsku napetost zbog snažnih kohezijskih (kohezijskih) sila povezanih s stvaranjem vodikovih veza između molekula.

■ Za vodu karakteristično svojstvo lijepljenje (adhezija), što se očituje 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 i kiseline i baze i sudjeluje u kiselo-baznim reakcijama.

■ Voda može djelovati i kao redukcijsko i kao oksidacijsko sredstvo, provodeći 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 se disocirati na ione: H2O = H + + OH.

Značajke strukture molekula vode. Jedinstvena svojstva voda je određena strukturom 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 razlagati na O i H na temperaturama iznad 1000°C.

U molekuli vode dva para elektrona od četiri nastaju kovalentnom vezom i pomiču se 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 međusobno djelovati i s molekulama polarnih tvari tvoriti vodikove veze, uzrokujući jedinstvenu fizikalna svojstva i biološke funkcije vode. Energija ove veze, u usporedbi s energijom kovalentne veze, je mala. To je samo 4,5 kcal/mol, a zahvaljujući toplinskom kretanju, te se veze između molekula vode neprestano stvaraju i prekidaju. 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 stvaranju specifične kvazi i kristalne strukture vode. Prema suvremenim konceptima, temelj strukture vode je kristalna stanica s dijelom slobodnih molekula vode razmazanim toplinskim gibanjem. Vodu u čvrstom stanju karakteriziraju molekularne kristalne rešetke, budući da su kristali građeni od molekula međusobno povezanih 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 povezivanje s stvaranjem suradnika (N2O) n. Do formiranja gustih asociata dolazi na +4 C, što objašnjava veliku gustoću vode na ovoj temperaturi. Kada se zagrije, vodikove veze se razaraju i suradnici se počinju cijepati, budući da energija toplinskog gibanja postaje veća od energije tih veza. Za prekid veza potrebno je puno energije, stoga visoka točka vrelišta i specifični toplinski kapacitet vode. To je bitno za organizme tijekom fluktuacija temperature okoliša.

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

BIOLOGIJA +Tijekom disocijacije određenih elektrolita, uključujući vodu, nastaju H ioni + a 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 ova koncentracija je 1-10 -7 mol/l (-log 10 -7 = 7 ) . Stoga neutralna reakcija vode odgovara pH 7, kiseli-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 štetna je za stanicu. Konstantnost pH u stanicama održavaju puferski sustavi koji sadrže mješavinu elektrolita. Sastoje se od slabih kiselina. (donator H +) i 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 para zglobnih elektrona pomaknuta su prema kisiku, dakle električno punjenje unutar molekula je neravnomjerno raspoređen: H + protoni uzrokuju pozitivan naboj na jednom polu, a parovi elektrona kisika uzrokuju negativan naboj na suprotnom polu. Ti su naboji jednaki po veličini i nalaze se na određenoj udaljenosti jedan od drugog. Dakle, molekula vode je konstanta dipol, koji mogu komunicirati s nositeljima pozitivnih i negativnih naboja. Prisutnost polova u molekulama vode objašnjava sposobnost vode da kemijske reakcije hidratacija.

Zbog svog polariteta, molekule vode mogu se vezati za molekule ili ione tvari topljivih u vodi i formirati hidrate (spojeve vode s otopljenom tvar). Te su reakcije egzotermne i, za razliku od reakcija hidrolize, hidratacija nije popraćena stvaranjem vodikovih ili hidroksidnih iona.

Kada molekule vode stupaju u interakciju s molekulama polarnih tvari, privlačenje molekula vode na drugu tvar premašuje energiju privlačenja 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 mogu dobro otopiti 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 se iz vodene otopine. Hidrofobne tvari - To su nepolarne tvari koje se ne otapaju u vodi. To su netopive mineralne soli, lipidi, polisaharidi, određeni proteini itd. Neke organske molekule imaju dvostruka svojstva: polarne skupine su koncentrirane u nekim područjima, a nepolarne skupine u drugim. To su mnogi proteini, fosfolipidi. zovu se amfifilne tvari.

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

Enciklopedija mladog kemičara

Sastav vode može se odrediti reakcijom 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 pomiče se na atom kisika, na njemu se stvara djelomični negativni naboj δ−, a na njemu se stvara djelomični pozitivni naboj δ+ atomi vodika. Susjedne molekule privlače se jedna drugoj suprotnim nabojem - to uzrokuje relativno visoka temperatura kipuće vode.

Voda na sobnoj temperaturi je bezbojna prozirna tekućina. Točka topljenja 0º C, vrelište pri atmosferskom tlaku - 100 ° C. Čista voda ne provodi struju.

Zanimljiva karakteristika vode je da ima najveću gustoću od 1 g / cm 3 na temperaturi od oko 4°C. Kako temperatura dalje pada, gustoća vode opada. 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. Otpad iz stočnih kompleksa i gradova može sadržavati otpad koji uzrokuje brzi razvoj bakterija. Velika opasnost za prirodna vodna tijela je nepravilno skladištenje (koje ne pruža zaštitu od taloženje) ili korištenje gnojiva i pesticida ispranih u vodena tijela. Promet, posebice voda, zagađuje vodena tijela naftnim derivatima i kućni otpad bačeni od beskrupuloznih ljudi izravno u vodu.

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

* Otopine soli koriste se za elektrolizu vode

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

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

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

ili, u ionskom obliku:

CO 3 2− + 2H + = H 2 O + CO 2

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

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

Da biste prepoznali sol ugljične kiseline, dodajte malo kiseline u sve tri epruvete (da ne bi prelila pri “zakuhavanju”). 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 školski udžbenici znamo da se molekula vode sastoji od atoma kisika i dva atoma vodika, t.j. jedna od najmanjih i najlakših molekula. Uz svu rutinu i za nas očitost onih svojstava vode koja stalno koristimo, postoje paradoksi tekuće vode koji čak određuju i oblike života na Zemlji.

Tekuća voda ima veću gustoću od leda. Stoga se pri smrzavanju povećava volumen leda, 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 molekularnoj 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) je najmanje tri puta veća od topline bilo koje druge tekućine, 8 puta veća od topline etanola.

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

sl.1.1. Raspon omjera molekularne 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. godine postalo je jasno da je molekularna formula vode H2O.

Tri jezgre u molekuli tvore jednakokraki 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 uvezivanja m.o. od 2p orbitala atoma kisika i 1s-orbitale atoma kisika i 1s-orbitale atoma vodika.

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

sl.1.3. Elektronski model H molekule 2 OKO.

Osam elektrona rotira u parovima u četiri orbitale smještene u tri ravnine (kutovi 90 oko ) koji se uklapaju u kocku. 1, 2 - usamljeni parovi elektrona.

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

Dakle, molekulu vode možemo smatrati trokutastom piramidom - tetraedrom, na čijim su uglovima postavljena četiri naboja - dva pozitivna i dva negativna.

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

Riža. 1.4. Heksagonalna struktura leda

Strukturu zajedno drže O-H...O veze. 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 elektrona dva atoma minimalno. Proton jednostavno uranja u elektronsku ljusku susjednog atoma, smanjujući udaljenost između atoma za 20-30% (do 1 Å);

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

Molekula vode može imati četiri vodikove veze, u dvije djeluje kao donor elektrona, u dvije djeluje kao akceptor elektrona. A te veze mogu nastati i sa susjednim 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 koji obavlja Mayerova stanica 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 koje su dostupne u dovoljnim količinama na internetu, ali se reproduciraju u velikom broju pa mi nije jasno tko im je autor i glupo mi je pozivati ​​se na izvor. Štoviše, ove su publikacije "zbunjujuće" do sramote, što otežava percepciju, a značajno produžava vrijeme studiranja. Analizirajući članke izdvojio sam nešto što vas može uputiti u razumijevanje čime ćemo se baviti u procesu ekstrakcije jeftine energije, odnosno u procesu razbijanja molekula vode na komponente - 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 jednakokračnog trokuta: na vrhu ovog trokuta nalazi se atom kisika, a u njegovoj bazi dva atoma vodika. Kut vrha je 104°27, a duljina stranice je 0,096 nm. Ovi se parametri odnose na hipotetičko stanje ravnoteže 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, koja nije vezana 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, objašnjavajući rad Mayerove ćelije u članku "Voda umjesto benzina".

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

Zbog prisutnosti vodikovih veza, svaka molekula vode stvara vodikovu vezu s 4 susjedne molekule, tvoreći otvoren mrežasti okvir u molekuli leda. Upravo to uređeno stanje molekula vode može se nazvati "strukturom". Svaka molekula može istovremeno tvoriti četiri vodikove veze s drugim molekulama pod strogo određenim kutovima jednakim 109°28′, usmjerenim na tetraedarske vrhove, koji ne dopuštaju stvaranje guste strukture nakon smrzavanja.

Kada se led topi, njegova tetragonalna struktura se uništava i nastaje mješavina polimera koja se sastoji od tri-, tetra-, penta- i heksamera vode i slobodne molekule vode.

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

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

A od cijele raznolikosti struktura u prirodi, baza je heksagonalna (šesterokutna) struktura, kada se šest molekula vode (tetraedra) spoji u prsten.

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

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

U destiliranoj vodi klasteri su praktički električno neutralni, jer su uslijed isparavanja klasteri uništeni, a uslijed kondenzacije nisu se pojavile jake veze između molekula vode. Međutim, njihova se električna vodljivost može promijeniti. Ako se destilirana voda miješa magnetskom mješalicom, veze između elemenata grozdova će se djelomično obnoviti i električna vodljivost vode će se promijeniti. Drugim riječima, destilirana voda je voda koja ima minimalan broj veza između molekula . U njemu 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 mu se kiseline ili lužine koje, sudjelujući u molekularnim vezama, ne dopuštaju molekulama vode da tvore heksagonalne strukture, stvarajući tako elektrolite. Destilirana voda je suprotnost strukturiranoj vodi, u kojoj postoji ogroman broj veza između molekula vode u klasterima.

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

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

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

Zapravo, sve izgleda suprotno, odsutnost nečistoća uopće ne ukazuje na svojstva električne vodljivosti vode. Ne shvaćajući to, neki ljudi “ubijaju” baterije u fazi punjenja elektrolitom, zamjene destilirane vode otopljenom vodom ili jednostavno pročišćene kroz ugljični filter. U pravilu, napunjena baterija koja se kupuje na tržištu automobila traje kraće od one koju ste kupili suho napunjenu i razrijeđenu sumporne kiseline destiliranom vodom, napunite je sami. I to samo zato što je "gotovi" elektrolit, odnosno napunjena baterija, danas sredstvo za zaradu, a da bi se utvrdilo kakva je voda korištena, potrebno je napraviti skup pregled, nitko se ne zamara. ovaj. Trgovcu je svejedno koliko dugo traje baterija na vašem autu, a ni vi se baš 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 elektrolitom iz boce.

Nastavimo!

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

Budući da je struktura molekule vode asimetrična, težište njezinih pozitivnih i negativnih naboja ne podudaraju se. Molekule imaju dva pola – pozitivan i negativan, stvarajući, poput magneta, polja molekularne sile. Takve molekule nazivaju se polarne ili dipoli, a kvantitativna karakteristika polariteta određena je električnim momentom dipola, izraženim kao umnožak udaljenosti l između električnih centara gravitacije 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) nižu se određenim redoslijedom, dok svi skupovi osciliraju istom frekvencijom, stječući jednu zajedničku frekvenciju. Uz takvo kretanje klastera, uzimajući u obzir da su molekule vode uključene u klaster 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 osciliraju zajedno u klasterskoj strukturi.

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

gdje a je površinska napetost vode pri danoj temperaturi; M
je masa klastera.

Gdje V je veličina klastera.

Volumen klastera određuje se uzimajući u obzir dimenzije fraktalne zatvorene strukture klastera ili po analogiji s dimenzijama proteinske domene.
Na sobnoj temperaturi 18°C, frekvencija vibracija klastera f jednaka 6,79 10 9 Hz, odnosno valna duljina u slobodnom prostoru treba biti λ = 14,18 mm.

Ali što će se dogoditi kada voda bude izložena vanjskom elektromagnetskom zračenju? Budući da je voda samoorganizirana struktura i sadrži i skupljene 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 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 ovom slučaju, zbog zadane ovisnosti, primijenjeno elektromagnetsko polje će više doprinijeti privlačenju molekula, a time i organizaciji sustava u cjelini, tj. formiranje heksagonalne strukture.

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

Samoorganizirani vodni sustav pod utjecajem elektromagnetskog zračenja neće se kretati kao cjelina, već svaki element heksagonala, a u slučaju nečistoća lokalno i drugačijeg tipa, struktura će se pomicati, t.j. doći će do izobličenja geometrije strukture, t.j. nastaju napetosti. Ovo svojstvo vode vrlo je 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 uslijed njezinih izobličenja prelazi u unutarnju energiju organizirane strukture vode, akumulirat će se dok ne dostigne energiju vodikove veze koja je 500-1000 puta veća od energije elektromagnetske polje. Kada se dostigne ova vrijednost, vodikova veza je prekinuta, a struktura je uništena.

Ovo se može usporediti sa snježna lavina kada dolazi do postupnog, sporog nakupljanja mase, a zatim do brzog kolapsa. U slučaju vode ne prekida se samo slaba veza između klastera, već i jače veze — u strukturi molekula vode. Kao rezultat ovog jaza mogu nastati H +, OH - i hidratizirani elektron e -. Plava boja čiste vode posljedica je prisutnosti ovih elektrona, a ne samo raspršivanja prirodne svjetlosti.

Zaključak

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