Struktura vodnih molekul, njihove povezave in lastnosti. Vpliv zunanjih fizikalnih vplivov na molekule vode? Voda: njena sestava, molekularna struktura, fizikalne lastnosti

dr. O.V. Mosin

Molekula vode je majhen dipol, ki vsebuje pozitivne in negativne naboje na svojih polih. Ker sta masa in naboj kisikovega jedra večja od mase vodikovih jeder, se elektronski oblak vleče proti kisikovemu jedru. V tem primeru so vodikova jedra "izpostavljena". Tako ima elektronski oblak neenakomerno gostoto. V bližini vodikovih jeder je manjka elektronska gostota, na nasprotni strani molekule, v bližini kisikovega jedra, pa je elektronska gostota presežna. Prav ta struktura določa polarnost vodne molekule. Če povežete epicentre pozitivnih in negativnih nabojev z ravnimi črtami, dobite volumetrično geometrijski lik- pravilni tetraeder.

Zgradba molekule vode (slika desno)

Zaradi prisotnosti vodikovih vezi vsaka molekula vode tvori vodikovo vez s 4 sosednjimi molekulami, ki tvorijo odprt mrežast okvir v molekuli ledu. Vendar pa je v tekočem stanju voda neurejena tekočina; Te vodikove vezi so spontane, kratkotrajne, se hitro zlomijo in ponovno oblikujejo. Vse to vodi do heterogenosti v strukturi vode.

Vodikove vezi med molekulami vode (slika spodaj levo)

Da je voda po sestavi heterogena, je bilo ugotovljeno že davno. Že dolgo je znano, da led plava na površini vode, to pomeni, da je gostota kristalnega ledu manjša od gostote tekočine.

Pri skoraj vseh drugih snoveh je kristal gostejši od tekoče faze. Poleg tega se tudi po taljenju z naraščanjem temperature gostota vode še naprej povečuje in doseže največ pri 4 °C. Manj znana je anomalija stisljivosti vode: pri segrevanju od tališča do 40°C se zmanjša in nato poveča. Tudi toplotna kapaciteta vode je nemonotono odvisna od temperature.

Poleg tega se pri temperaturah pod 30 °C s povečanjem tlaka od atmosferskega do 0,2 GPa viskoznost vode zmanjša, koeficient samodifuzije, parameter, ki določa hitrost gibanja molekul vode med seboj, pa se zmanjša. poveča.

Pri drugih tekočinah je razmerje ravno nasprotno in skoraj nikjer se ne zgodi, da se kakšen pomemben parameter ne obnaša monotono, tj. najprej povečala, po prehodu kritične vrednosti temperature ali tlaka pa znižala. Pojavila se je domneva, da voda v resnici ni ena sama tekočina, temveč mešanica dveh komponent, ki se razlikujeta po lastnostih, na primer gostoti in viskoznosti ter s tem strukturi. Takšne ideje so se začele porajati konec 19. stoletja, ko se je nabralo veliko podatkov o vodnih anomalijah.

Whiting je leta 1884 prvi predlagal idejo, da je voda sestavljena iz dveh komponent. Njegovo avtorstvo citira E.F. Fritsman v monografiji "Narava vode. Težka voda«, objavljeno leta 1935. Leta 1891 je W. Rengten uvedel koncept dveh stanj vode, ki se razlikujeta po gostoti. Po njej so se pojavila številna dela, v katerih je bila voda obravnavana kot mešanica asociatov različnih sestav (»hidroli«).

Ko so v dvajsetih letih 20. stoletja ugotavljali strukturo ledu, se je izkazalo, da molekule vode v kristalnem stanju tvorijo tridimenzionalno neprekinjeno mrežo, v kateri ima vsaka molekula štiri najbližje sosede, ki se nahajajo v ogliščih pravilnega tetraedra. Leta 1933 sta J. Bernal in P. Fowler predlagala, da podobna mreža obstaja v tekoči vodi. Ker je voda gostejša od ledu, so verjeli, da molekule v njej niso razporejene tako kot v ledu, torej kot atomi silicija v mineralu tridimitu, ampak kot atomi silicija v gostejši modifikaciji silicijevega dioksida - kremenu. Povečanje gostote vode pri segrevanju od 0 do 4 °C so pojasnili s prisotnostjo komponente tridimita pri nizkih temperaturah. Tako je Bernal-Fowlerjev model ohranil element dvostrukture, vendar je bil njihov glavni dosežek zamisel o neprekinjenem tetraedrskem omrežju. Potem se je pojavil slavni aforizem I. Langmuirja: "Ocean je ena velika molekula." Pretirana specifikacija modela ni povečala števila zagovornikov enotne teorije omrežij.

Šele leta 1951 je J. Pople ustvaril zvezni mrežni model, ki ni bil tako specifičen kot Bernal-Fowlerjev model. Pople si je predstavljal vodo kot naključno tetraedrsko mrežo, vezi med molekulami v kateri so ukrivljene in različno dolge. Poplov model pojasnjuje zbijanje vode med taljenjem z upogibanjem vezi. Ko so se v 60. in 70. letih prejšnjega stoletja pojavile prve določitve strukture ledu II in IX, je postalo jasno, kako lahko upogibanje vezi povzroči zbijanje strukture. Poplov model ni mogel pojasniti nemonotone odvisnosti lastnosti vode od temperature in tlaka, kot tudi modeli dveh stanj. Zato so idejo o dveh državah dolgo časa delili številni znanstveniki.

Toda v drugi polovici 20. stoletja ni bilo mogoče fantazirati o sestavi in ​​strukturi »hidrolov«, kot so to počeli na začetku stoletja. Že prej je bilo znano, kako delujejo led in kristalni hidrati, veliko pa so vedeli tudi o vodikovi vezi. Poleg modelov »kontinuuma« (Poplejev model) sta nastali dve skupini »mešanih« modelov: grozdni in klatratni. V prvi skupini se je voda pojavila v obliki grozdov molekul, povezanih z vodikovimi vezmi, ki so lebdele v morju molekul, ki niso vključene v takšne vezi. Druga skupina modelov je obravnavala vodo kot neprekinjeno mrežo vodikovih vezi (v tem kontekstu običajno imenovano ogrodje), ki vsebuje praznine; vsebujejo molekule, ki ne tvorijo vezi z molekulami ogrodja. Ni bilo težko izbrati lastnosti in koncentracij dveh mikrofaz pri modelih grozdov ali lastnosti ogrodja in stopnje zapolnjenosti njegovih praznin pri klatratnih modelih, da bi razložili vse lastnosti vode, vključno s slavnimi anomalijami.

Med modeli grozdov je bil najbolj vpadljiv model G. Némethyja in H. Scheraghija.: Slike, ki so jih predlagali in prikazujejo grozde vezanih molekul, ki plavajo v morju nevezanih molekul, so bile vključene v številne monografije.

Prvi model tipa klatrata je leta 1946 predlagal O.Ya. Samoilov: v vodi je ohranjena mreža vodikovih vezi, podobna heksagonalnemu ledu, katere votline so delno napolnjene z monomernimi molekulami. L. Pauling je leta 1959 ustvaril drugo možnost, ki je predlagala, da bi lahko bila osnova strukture mreža vezi, ki je lastna nekaterim kristalnim hidratom.

V drugi polovici 60. in v začetku 70. let je bilo opaziti zbliževanje vseh teh pogledov. Pojavile so se različice grozdnih modelov, v katerih so molekule v obeh mikrofazah povezane z vodikovimi vezmi. Zagovorniki klatratnih modelov so začeli priznavati nastanek vodikovih vezi med praznimi in okvirnimi molekulami. To pomeni, da avtorji teh modelov dejansko obravnavajo vodo kot neprekinjeno mrežo vodikovih vezi. In govorimo o tem, kako heterogena je ta mreža (na primer po gostoti). Zamisel o vodi kot grozdih z vodikovimi vezmi, ki lebdijo v morju nevezanih vodnih molekul, je bila opuščena v zgodnjih osemdesetih, ko je G. Stanley uporabil perkolacijsko teorijo, ki opisuje fazne prehode vode, na vodni model.

Leta 1999 je znani ruski raziskovalec vode S.V. Zenin je na Inštitutu za medicinske in biološke probleme Ruske akademije znanosti zagovarjal doktorsko disertacijo o teoriji grozdov, kar je bil pomemben korak v napredku tega področja raziskav, katerega kompleksnost povečuje dejstvo, da so so na stičišču treh ved: fizike, kemije in biologije. Na podlagi podatkov, pridobljenih s tremi fizikalno-kemijskimi metodami: refraktometrijo (S.V. Zenin, B.V. Tyaglov, 1994), tekočinsko kromatografijo visoke ločljivosti (S.V. Zenin in sod., 1998) in protonsko magnetno resonanco (C. S.V. Zenin, 1993) so izdelali in dokazali geometrijsko model glavne stabilne strukturne tvorbe vodnih molekul (strukturirana voda), nato pa (S.V. Zenin, 2004) je bila slika teh struktur pridobljena s pomočjo kontrastno-faznega mikroskopa.

Znanost je zdaj dokazala, da posebnosti fizikalnih lastnosti vode in številne kratkotrajne vodikove vezi med sosednjimi atomi vodika in kisika v molekuli vode ustvarjajo ugodne možnosti za nastanek posebnih povezanih struktur (grozdov), ki zaznavajo, shranjujejo in prenašajo najrazličnejše informacije.

Strukturna enota takšne vode je grozd, sestavljen iz klatratov, katerih naravo določajo Coulombove sile dolgega dosega. Struktura grozdov kodira informacije o interakcijah, ki so potekale s temi vodnimi molekulami. V vodnih grozdih lahko zaradi interakcije med kovalentnimi in vodikovimi vezmi med kisikovimi in vodikovimi atomi pride do migracije protona (H+) prek relejnega mehanizma, kar vodi do delokalizacije protona znotraj grozda.

Voda, sestavljena iz številnih grozdov različnih vrst, tvori hierarhično prostorsko strukturo tekočih kristalov, ki lahko zazna in shrani ogromne količine informacij.

Na sliki (V.L. Voeikov) so kot primer prikazani diagrami več preprostih struktur grozda.

Nekatere možne strukture vodnih grozdov

Fizična polja zelo različne narave so lahko nosilci informacij. Tako je bila ugotovljena možnost oddaljene informacijske interakcije tekoče kristalne strukture vode s predmeti različnih narav z uporabo elektromagnetnih, akustičnih in drugih polj. Objekt vplivanja je lahko tudi oseba.

Voda je vir ultrašibkega in šibkega izmeničnega elektromagnetnega sevanja. Najmanj kaotično elektromagnetno sevanje ustvarja strukturirana voda. V tem primeru lahko pride do indukcije ustreznega elektromagnetnega polja, ki spremeni strukturne in informacijske lastnosti bioloških objektov.

Med V zadnjih letih Pridobljeni so bili pomembni podatki o lastnostih prehlajene vode. Preučevanje vode pri nizkih temperaturah je zelo zanimivo, saj se lahko prehladi bolj kot druge tekočine. Kristalizacija vode se praviloma začne na nekaterih nehomogenostih - bodisi na stenah posode bodisi na lebdečih delcih trdnih nečistoč. Zato ni lahko najti temperature, pri kateri bi preohlajena voda spontano kristalizirala. Toda znanstvenikom je to uspelo in zdaj je temperatura tako imenovane homogene nukleacije, ko nastajanje ledenih kristalov poteka hkrati po celotnem volumnu, znana za tlake do 0,3 GPa, to je, ki pokriva področja obstoja led II.

Od atmosferskega tlaka do meje, ki ločuje led I in II, ta temperatura pade z 231 na 180 K, nato pa rahlo naraste na 190 K. Pod to kritično temperaturo tekoča voda načeloma ni mogoča.

Struktura ledu (slika desno)

Vendar pa je s to temperaturo povezana skrivnost. Odprli so ga sredi osemdesetih let nova modifikacija amorfni led je led z visoko gostoto in to je pomagalo oživiti idejo o vodi kot mešanici dveh stanj. Za prototipe niso obravnavali kristalnih struktur, temveč strukture amorfnega ledu različnih gostot. Ta koncept je v najbolj jasni obliki oblikoval E.G. Poniatovsky in V.V. Sinitsin, ki je leta 1999 zapisal: "Voda se obravnava kot redna raztopina dveh komponent, katerih lokalne konfiguracije ustrezajo vrstnemu redu sprememb amorfnega ledu kratkega dosega." Poleg tega so znanstveniki s proučevanjem reda kratkega dosega v prehlajeni vodi pri visokem tlaku z metodami nevtronske difrakcije lahko našli komponente, ki ustrezajo tem strukturam.

Posledica polimorfizma amorfnega ledu je privedla tudi do domnev o ločitvi vode na dve nemešljivi komponenti pri temperaturah pod hipotetično nizkotemperaturno kritično točko. Na žalost je po mnenju raziskovalcev ta temperatura pri tlaku 0,017 GPa enaka 230 K - pod temperaturo nukleacije, zato še nihče ni mogel opazovati stratifikacije tekoče vode. Tako je oživitev modela dveh stanj sprožila vprašanje heterogenosti mreže vodikovih vezi v tekoči vodi. To heterogenost je mogoče razumeti le z računalniškim modeliranjem.

Ko govorimo o kristalni strukturi vode, je treba opozoriti, da 14 modifikacije ledu, ki jih večina ne najdemo v naravi, v katerih molekule vode tako ohranijo svojo individualnost in so povezane z vodikovimi vezmi. Po drugi strani pa obstaja veliko variant mreže vodikovih vezi v klatratnih hidratih. Energije teh mrež (led visok pritisk in klatratni hidrati) niso veliko višje od energije kubičnega in heksagonalnega ledu. Zato se drobci takšnih struktur lahko pojavijo tudi v tekoči vodi. Možno je zgraditi nešteto različnih neperiodičnih fragmentov, katerih molekule imajo štiri najbližje sosede, ki se nahajajo približno na ogliščih tetraedra, vendar njihova struktura ne ustreza strukturam znanih modifikacij ledu. Kot so pokazali številni izračuni, bodo energije interakcij molekul v takih fragmentih blizu drug drugemu in ni razloga, da bi rekli, da bi morala v tekoči vodi prevladati katera koli struktura.

Strukturne študije vode je mogoče preučevati z različnimi metodami; protonsko magnetnoresonančno spektroskopijo, infrardečo spektroskopijo, rentgensko difrakcijo itd. Na primer, difrakcijo rentgenskih žarkov in nevtronov v vodi so preučevali že večkrat. Vendar ti poskusi ne morejo zagotoviti podrobnih informacij o strukturi. Nehomogenosti, ki se razlikujejo po gostoti, bi lahko opazili s sipanjem rentgenskih žarkov in nevtronov pod majhnimi koti, vendar morajo biti takšne nehomogenosti velike, sestavljene iz več sto molekul vode. Videti bi jih bilo mogoče s preučevanjem sipanja svetlobe. Vendar je voda izjemno prozorna tekočina. Edini rezultat uklonskih poskusov je funkcija radialne porazdelitve, to je razdalja med atomi kisika, vodika in kisik-vodik. Iz njih je razvidno, da v razporeditvi vodnih molekul ni daljnosežnega reda. Te funkcije pri vodi propadejo veliko hitreje kot pri večini drugih tekočin. Na primer, porazdelitev razdalj med kisikovimi atomi pri temperaturah blizu sobne daje le tri maksimume, pri 2,8, 4,5 in 6,7 Å. Prvi maksimum ustreza razdalji do najbližjih sosedov, njegova vrednost pa je približno enaka dolžini vodikove vezi. Drugi maksimum je blizu povprečne dolžine roba tetraedra - ne pozabite, da se molekule vode v heksagonalnem ledu nahajajo vzdolž oglišč tetraedra, opisanega okoli osrednje molekule. In tretji maksimum, zelo šibko izražen, ustreza razdalji do tretjih in bolj oddaljenih sosedov v vodikovem omrežju. Ta maksimum sam ni zelo svetel in o nadaljnjih vrhovih ni treba govoriti. Iz teh distribucij so bili poskusi pridobiti podrobnejše informacije. Tako je leta 1969 I.S. Andrianov in I.Z. Fisher je našel razdalje do osmega soseda, medtem ko se je do petega soseda izkazalo, da je 3 Å, do šestega pa 3,1 Å. To omogoča pridobivanje podatkov o oddaljenem okolju vodnih molekul.

Druga metoda za preučevanje strukture, nevtronska difrakcija na vodnih kristalih, se izvaja na povsem enak način kot rentgenska difrakcija. Vendar zaradi dejstva, da se sipane dolžine nevtronov med različnimi atomi ne razlikujejo tako zelo, postane metoda izomorfne substitucije nesprejemljiva. V praksi se običajno dela s kristalom, katerega molekularna struktura je že približno določena z drugimi metodami. Za ta kristal se nato izmeri intenzivnost nevtronske difrakcije. Na podlagi teh rezultatov se izvede Fourierjeva transformacija, pri kateri se uporabijo izmerjene nevtronske intenzitete in faze, izračunane ob upoštevanju nevodikovih atomov, t.j. atomi kisika, katerih položaj v strukturnem modelu je znan. Nato so v tako dobljeni Fourierjevi karti atomi vodika in devterija predstavljeni z veliko velike lestvice, kot na zemljevidu elektronske gostote, ker prispevek teh atomov k sipanju nevtronov je zelo velik. S to karto gostote lahko na primer določite položaj atomov vodika (negativna gostota) in devterija (pozitivna gostota).

Možna je različica te metode, ki je sestavljena iz dejstva, da se v vodi oblikovani kristal pred meritvami hrani v težki vodi. V tem primeru nevtronska difrakcija ne omogoča samo ugotavljanja, kje se nahajajo vodikovi atomi, ampak tudi identificira tiste med njimi, ki jih je mogoče zamenjati za devterij, kar je še posebej pomembno pri proučevanju izmenjave izotopov (H-D). Takšne informacije pomagajo potrditi, da je bila struktura pravilno vzpostavljena.

Tudi druge metode omogočajo preučevanje dinamike vodnih molekul. Ti vključujejo poskuse kvazielastičnega sipanja nevtronov, ultrahitro IR spektroskopijo in preučevanje difuzije vode z uporabo NMR ali označenih atomov devterija. Metoda NMR spektroskopije temelji na dejstvu, da ima jedro vodikovega atoma magnetni moment - spin, ki interagira z magnetnimi polji, konstantnimi in spremenljivimi. Iz NMR spektra lahko presodimo, v kakšnem okolju se nahajajo ti atomi in jedra, in tako pridobimo informacije o strukturi molekule.

Kot rezultat poskusov kvazielastičnega sipanja nevtronov v vodnih kristalih je bil izmerjen najpomembnejši parameter - koeficient samodifuzije pri različnih tlakih in temperaturah. Za presojo koeficienta samodifuzije na podlagi kvazielastičnega sipanja nevtronov je treba predpostaviti naravo molekularnega gibanja. Če se premikajo v skladu z modelom Ya.I. Frenkel (znani ruski teoretični fizik, avtor "Kinetične teorije tekočin" - klasična knjiga, preveden v številne jezike), imenovan tudi model »skok-počakaj«, potem je »ustaljena« življenjska doba (čas med skoki) molekule 3,2 pikosekunde. Najnovejše metode femtosekundne laserske spektroskopije so omogočile oceno življenjske dobe pretrgane vodikove vezi: proton potrebuje 200 fs, da najde partnerja. Vendar so vse to povprečne vrednosti. Podrobnosti strukture in narave gibanja molekul vode je mogoče preučiti samo s pomočjo računalniške simulacije, včasih imenovane numerični eksperiment.

Tako izgleda struktura vode po rezultatih računalniškega modeliranja (po doktorju kemijskih znanosti G. G. Malenkovu). Splošno neurejeno strukturo lahko razdelimo na dve vrsti območij (prikazano kot temne in svetle krogle), ki se razlikujejo po svoji strukturi, na primer po prostornini Voronojevega poliedra (a), stopnji tetraedralnosti neposrednega okolja ( b), vrednost potencialne energije (c) in tudi v prisotnosti štirih vodikovih vezi v vsaki molekuli (d). Vendar bodo ta območja dobesedno v trenutku, po nekaj pikosekundah, spremenila svojo lokacijo.

Simulacija poteka takole. Ledeno strukturo vzamemo in segrevamo, dokler se ne stopi. Potem, ko nekaj časa voda »pozabi« na svoj kristalni izvor, se posnamejo trenutne mikrofotografije.

Za analizo strukture vode so izbrani trije parametri:
- stopnja odstopanja lokalnega okolja molekule od oglišč pravilnega tetraedra;
-potencialna energija molekul;
- prostornina tako imenovanega Voronojevega poliedra.

Če želite zgraditi ta polieder, vzemite rob od dane molekule do najbližje, ga razdelite na pol in narišite ravnino skozi to točko, pravokotno na rob. To daje volumen na molekulo. Prostornina poliedra je gostota, tetraedralnost je stopnja popačenosti vodikovih vezi, energija je stopnja stabilnosti molekulske konfiguracije. Molekule s podobnimi vrednostmi vsakega od teh parametrov se združujejo v ločene skupine. Območja z nizko in visoko gostoto imajo različne pomene energije, lahko pa imajo enake vrednosti. Eksperimenti so pokazali, da območja z različnimi strukturami, grozdi nastanejo spontano in spontano razpadejo. Celotna struktura vode je živa in se nenehno spreminja, čas, v katerem pride do teh sprememb, pa je zelo kratek. Raziskovalci so spremljali gibanje molekul in ugotovili, da izvajajo nepravilne vibracije s frekvenco približno 0,5 ps in amplitudo 1 angstrom. Opazili so tudi redke počasne skoke angstromov, ki trajajo pikosekunde. Na splošno se lahko molekula v 30 ps premakne za 8-10 angstromov. Kratka je tudi življenjska doba lokalnega okolja. Regije, sestavljene iz molekul s podobnimi volumskimi vrednostmi Voronojevega poliedra, lahko razpadejo v 0,5 ps ali pa živijo več pikosekund. Toda porazdelitev življenjskih dob vodikovih vezi je zelo velika. Toda ta čas ne presega 40 ps, ​​​​povprečna vrednost pa je več ps.

Na koncu je treba poudariti, da Teorija grozdaste strukture vode ima veliko pasti. Zenin na primer predlaga, da je glavni strukturni element vode skupek 57 molekul, ki nastanejo s fuzijo štirih dodekaedrov. Imajo skupne ploskve, njihova središča pa tvorijo pravilen tetraeder. Že dolgo je znano, da se molekule vode lahko nahajajo na ogliščih peterokotnega dodekaedra; tak dodekaeder je osnova plinskih hidratov. Zato ni nič presenetljivega v predpostavki o obstoju takih struktur v vodi, čeprav je bilo že rečeno, da nobena posebna struktura ne more biti prevladujoča in obstajati dolgo časa. Zato je nenavadno, da se domneva, da je ta element glavni in da vsebuje točno 57 molekul. Iz kroglic, na primer, lahko sestavite enake strukture, ki so sestavljene iz dodekaedrov, ki mejijo drug na drugega in vsebujejo 200 molekul. Zenin trdi, da se proces tridimenzionalne polimerizacije vode ustavi pri 57 molekulah. Po njegovem mnenju večjih sodelavcev ne bi smelo biti. Če pa bi bilo tako, se heksagonalni ledeni kristali, ki vsebujejo ogromno molekul, povezanih z vodikovimi vezmi, ne bi mogli izločiti iz vodne pare. Popolnoma nejasno je, zakaj se je rast grozda Zenin ustavila pri 57 molekulah. Da bi se izognil protislovjem, Zenin grozde zapakira v kompleksnejše tvorbe – romboedre – iz skoraj tisoč molekul, pri čemer prvotni grozdi med seboj ne tvorijo vodikovih vezi. Zakaj? Kako se molekule na njihovi površini razlikujejo od tistih v notranjosti? Po Zeninu vzorec hidroksilnih skupin na površini romboedrov zagotavlja spomin vode. Posledično so molekule vode v teh velikih kompleksih togo fiksirane, sami kompleksi pa so trdne snovi. Takšna voda ne bo tekla, njeno tališče, ki je povezano z molekulsko maso, pa bi moralo biti zelo visoko.

Katere lastnosti vode pojasnjuje Zeninov model? Ker model temelji na tetraedrskih strukturah, je lahko bolj ali manj skladen s podatki rentgenske in nevtronske difrakcije. Vendar pa je malo verjetno, da lahko model pojasni zmanjšanje gostote med taljenjem - pakiranje dodekaedrov je manj gosto kot led. Najtežje pa se je strinjati z modelom z dinamičnimi lastnostmi - fluidnostjo, veliko vrednostjo samodifuzijskega koeficienta, kratkimi korelacijskimi in dielektričnimi relaksacijskimi časi, ki se merijo v pikosekundah.

dr. O.V. Mosin

Reference:
G.G. Malenkov. Napredek v fizikalni kemiji, 2001
S.V.Zenin, B.M. Polanuer, B.V. Tjaglov. Eksperimentalni dokaz prisotnosti vodnih frakcij. G. Homeopatsko zdravilo in akupunktura. 1997.št.2.P.42-46.
S.V. Zenin, B.V. Tjaglov. Hidrofobni model strukture asociatov vodnih molekul. J. Fizikalna kemija, 1994, T. 68, št. 4, str. 636-641.
S.V. Zenin Študij strukture vode z metodo protonske magnetne resonance. Dokl.RAN.1993.T.332.št.3.S.328-329.
S.V.Zenin, B.V.Tyaglov. Narava hidrofobne interakcije. Nastanek orientacijskih polj v vodnih raztopinah. J. Fizikalna kemija, 1994, T. 68, št. 3, str. 500-503.
S.V. Zenin, B.V. Tjaglov, G.B. Sergejev, Z.A. Šabarova. Študija intramolekularnih interakcij v nukleotidamidih z uporabo NMR. Materiali 2. vsezvezne konference. Po dinamiki Stereokemija. Odessa.1975.str.53.
S.V. Zenin. Strukturirano stanje vode kot osnova za nadzor obnašanja in varnosti živih sistemov. Diplomsko delo. Doktor bioloških znanosti. Državni znanstveni center "Inštitut za medicinske in biološke probleme" (SSC "IMBP"). Zaščiteno 1999. 05. 27. UDK 577.32:57.089.001.66.207 str.
V IN. Slesarev. Poročilo o napredku raziskave

voda - anorganska snov, katerega molekule so sestavljene iz dveh atomov vodika in enega atoma kisika. Količina vode je v različnih organizmih različna. Telo meduz vsebuje največ vode (95-98 %), alg (več kot 80 %), najmanj žuželk (40-50 %) in steljke lišajev (5-7 %). V povprečju telo sesalcev vsebuje 75 % vode, od tega 60-65 % telesne teže človeka. Količina vode v različnih tkivih in organih istega organizma ni enaka. Na primer, pri ljudeh je vsebnost vode v tkivih in organih naslednja: kri (83,0 %), ledvice (82,7 %), srce (79,2 %), pljuča (79,0 %), mišice (75 6 %), možgani (74,8 %). %), koža (72,0 %), okostje (22,0 %), maščobno tkivo (10,0 %).

Večina vode (70 % volumna) se nahaja v celicah telesa v prosti in vezani obliki, manjši del (30 % volumna) se giblje v zunajceličnem prostoru telesa in je v prostem stanju. . Vezana voda(4 5 %) je lahko osmotsko vezana (voda v vezeh z ioni in nizkomolekularnimi spojinami), koloidno vezana (voda v vezeh tako z notranjimi kot površinskimi kemijskimi skupinami visokomolekularnih spojin) in strukturno vezana (voda v zaprtem prostoru). visokomolekularnih spojin biopolimeri kompleksne zgradbe). Brezplačna voda(95-96%) je univerzalno topilo.

Pomen vode . Količinsko je voda na prvem mestu med kemičnimi spojinami vsake celice. Prisotnost vode je predpogoj za življenje organizmov. Kakšne funkcije v biosistemih opravlja ta najpogostejša snov na Zemlji?

Voda je univerzalno topilo za ionske in številne kovalentne spojine zagotavlja potek kemičnih reakcij, transport snovi v celico in iz nje.

voda - reagent, s sodelovanjem katerih v celicah potekajo reakcije hidrolize in hidratacije, redoks in kislinsko-bazične reakcije.

voda - regulator toplote, vzdržuje optimalen toplotni režim organizmov in zagotavlja enakomerno porazdelitev toplote v živih sistemih.

voda - osmoregulator, ki zagotavlja obliko celice, transport pa ne organska snov.

voda - podpora, zagotavlja elastično stanje celic (turgor), deluje kot blažilec mehanskih vplivov na telo in opravlja funkcijo hidroskeleta pri mnogih živalih.

voda - prevozno sredstvo, komunicira v celicah, med celicami, tkivi, organi in zagotavlja homeostazo ter delovanje telesa kot celote.

voda - življenjski prostor Za vodni organizmi, izvaja pasivno gibanje, zunanjo oploditev, distribucijo semen, gamete in ličinke kopenskih organizmov.

voda - konformator, je velikega pomena pri organizaciji prostorske strukture (konformacije) biopolimerov.

Lastnosti vode. Vlogo vode v biosistemih določajo njene fizikalno-kemijske lastnosti.

■ Za čisto vodo je značilna prozornost, pomanjkanje okusa, barve in vonja. Naravna voda vedno vsebuje različne primesi: raztopljene snovi v obliki ionov, neraztopljene snovi v obliki suspenzije. Voda je edina snov na Zemlji, ki se hkrati in v velikih količinah nahaja v tekočem, trdnem in plinastem stanju.

■ Gostota vode pri temperaturi 4 ° C je največja in znaša 1 g / cm3. Z nižanjem temperature se gostota zmanjšuje, zato led plava na površini vode.

■ Voda ima nenormalno visoko specifično toplotno kapaciteto (4,17 J / GC), toploto izparevanja (pri temperaturi 100 ° C - 2253 J / g), toploto taljenja (pri temperaturi 0 ° C - 333,98 J / g). ).

■ Voda ima izjemno visoko površinsko napetost zaradi močne sile adhezija (kohezija), povezana s tvorbo vodikovih vezi med molekulami.

■ Za vodo značilna lastnost adhezija (adhezija), ki se pokaže, ko se dvigne proti gravitacijskim silam.

■ Za vodo v tekočem stanju je značilna tekočnost in neožemljivost, kar povzroča pojave osmoza in turgor.

■ Voda ima amfoterne lastnosti, to pomeni, da kaže tako lastnosti kisline kot baze in sodeluje v kislinsko-bazičnih reakcijah.

■ Voda lahko deluje kot reducent in kot oksidant, ki izvaja biološko pomembne redoks presnovne reakcije.

■ Molekule vode so polarne, zaradi česar sodelujejo v reakcijah hidratacije, ki zagotavljajo raztapljanje številnih kemičnih spojin.

■ Voda sodeluje pri biološko pomembnih reakcijah razgradnje – reakcijah hidroliza.

■ Molekule vode so sposobne disociirati na ione: H2O = H + + OH.

Značilnosti strukture vodnih molekul. Edinstvene lastnosti voda je določena s strukturo njenih molekul.

V molekuli vode vsak atom vodika vsebuje atom kisika kovalentna vez katerih energija je skoraj 110 kcal/mol. Zaradi tega je voda zelo stabilna kemična spojina. Vodna para začne pri temperaturah nad 1000 °C razpadati na O in H.

V molekuli vode sta dva para elektronov od štirih tvorjena s kovalentno vezjo in se premakneta na eno od strani molekule ter tvorita dva pozitivno nabita pola. In druga dva para ostaneta neločena in se premakneta glede na jedro atoma kisika na nasprotno stran, kjer tvorita dva negativno nabita pola.

Molekule vode so torej polarne.

Zaradi polarnosti lahko sosednje molekule vode medsebojno delujejo med seboj in z molekulami polarnih snovi, da nastanejo vodikove vezi, povzroča edinstveno fizične lastnosti in biološke funkcije vode. Energija te vezi je v primerjavi z energijo kovalentne vezi majhna. Je le 4,5 kcal/mol in zaradi toplotnega gibanja se te vezi med molekulami vode nenehno tvorijo in lomijo. Vodikove vezi - to so vezi med dvema kovalentno povezanima atomoma z visoko vrednostjo elektronegativnosti (O, N, F) skozi vodikov atom H. Običajno je vodikova vez označena s tremi pikami, ki se uporabljajo za označevanje , da je veliko šibkejši ; kot kovalentna vez (približno 15-20 krat).

Vodikove vezi igrajo odločilno vlogo pri nastanku specifične kvazikristalne strukture vode. Po sodobnih idejah je osnova strukture vode kristalna celica pri čemer je del prostih vodnih molekul zabrisan zaradi toplotnega gibanja. Za vodo v trdnem stanju so značilne molekularne kristalne mreže, saj so kristali zgrajeni iz molekul, ki so med seboj povezane z vodikovimi vezmi. Prisotnost elementov kristalne mreže in dipolarnost vodnih molekul določata zelo visoko vrednost relativne dielektrične konstante vode.

Molekule tekoče vode so sposobne polimerizacije ali povezovanja v asociate (H2O) n. Tvorba gostih asociatov se pojavi pri +4 C, kar pojasnjuje visoko gostoto vode pri tej temperaturi. Pri segrevanju se vodikove vezi uničijo in asociati začnejo cepiti, saj energija toplotnega gibanja postane večja od energije teh vezi. Pretrganje vezi zahteva veliko energije, od tod visoko vrelišče in specifična toplota vode. To je bistveno za organizme med nihanji okoljske temperature.

Rentgenska strukturna analiza vode je pokazala, da delci strukture ledu ostajajo v tekoči vodi. Pri temperaturi 20 ° C je približno 70% molekul v vodi v obliki agregatov, ki vsebujejo povprečno 57 molekul. Takšne enote se imenujejo grozdi. Molekule vode, ki sestavljajo grozd, so omejene in presnovno inertne. Samo proste molekule vode igrajo aktivno vlogo v presnovnih reakcijah. Če je grozdov veliko, potem to vodi do imobilizacije vode, to je do izključitve proste vode, omejitve encimskih procesov in zmanjšanja funkcionalne aktivnosti celice.

BIOLOGIJA +Ko nekateri elektroliti, vključno z vodo, disociirajo, nastanejo H ioni + in je - , katerih koncentracija določa kislost ali bazičnost raztopin in v skladu s tem strukturne značilnosti in aktivnost številnih biomolekul in življenjskih procesov. Ta koncentracija se meri z uporabo vodikov indeks - pH. pH - negativni deseti logaritem koncentracije

H ioni + . V čisti vodi je ta koncentracija 1-10 -7 mol/l (- dnevnik 10 -7 = 7 ) . Zato nevtralna reakcija vode ustreza pH 7, kisla - pH<7 и основной -pH>7. Dolžina pH lestvice je od 0 do 14. Vrednost pH v celicah je rahlo alkalna. Sprememba za eno ali dve enoti je škodljiva za celico. Konstanten pH v celicah vzdržujejo pufrski sistemi, ki vsebujejo mešanico elektrolitov. Sestavljeni so iz šibke kisline (darovalec N +) in pripadajočo osnovo (akceptor H +) , ki ustrezno vežejo H ione + in obveznice ON - , zaradi česar pH reakcija znotraj celice ostane skoraj nespremenjena.

Hidrofilne in hidrofobne spojine. V molekulah vode sta dva para skupnih elektronov premaknjena na kisik, torej električni naboj znotraj molekul je porazdeljen neenakomerno: protoni H + povzročijo pozitiven naboj na enem polu, pari kisikovih elektronov pa povzročijo negativen naboj na nasprotnem polu. Ti naboji so enaki po velikosti in se nahajajo na določeni razdalji drug od drugega. Molekula vode je torej konstanta dipol, ki lahko interagirajo z nosilci pozitivnih in negativnih nabojev. Prisotnost polov v vodnih molekulah pojasnjuje sposobnost vode, da kemične reakcije hidracija.

Zaradi svoje polarnosti se lahko molekule vode vežejo na molekule ali ione v vodi topnih snovi in ​​tvorijo hidrate (spojine vode s topljencem). Te reakcije so eksotermne in za razliko od reakcij hidrolize hidratacije ne spremlja tvorba vodikovih ali hidroksilnih ionov.

Ko molekule vode medsebojno delujejo z molekulami polarnih snovi, privlačnost molekul vode na ločeno snov presega energijo privlačnosti med molekulami vode. Zato so molekule ali ioni takšnih spojin vključeni v splošni sistem vodikovih vezi vode. Hidrofilne snovi - To so polarne snovi, ki se dobro topijo v vodi. To so topne kristalne soli, monosaharidi, nekatere aminokisline, nuleinske kisline itd.

V primeru interakcije molekul vode z molekulami nepolarnih snovi bo energija privlačnosti molekul vode v njih manjša od energije vodikovih vezi. Nepolarne molekule se poskušajo izolirati od molekul vode; združijo se skupaj in so izrinjene iz vodne raztopine. Hidrofobne snovi - To so nepolarne snovi, ki se ne topijo v vodi. To so netopne mineralne soli, lipidi, polisaharidi, nekatere beljakovine itd. Nekatere organske molekule imajo dvojne lastnosti: polarne skupine so koncentrirane na nekaterih področjih, nepolarne pa na drugih. To so številni proteini, fosfolipidi. se imenujejo amfifilne snovi.

Kjer je ogljik, so različne organske snovi; kjer je ogljik, so najrazličnejše strukture v smislu molekularne arhitekture.

Enciklopedija mladega kemika

Sestavo vode lahko določimo z reakcijo električne razgradnje. Na eno prostornino kisika nastaneta dve volumni vodika (prostornina plina je sorazmerna s količino snovi):

2H 2 O = 2H 2 + O 2

Voda je sestavljena iz molekul. Vsaka molekula vsebuje dva atoma vodika, ki sta s kovalentnimi vezmi povezana z enim atomom kisika. Kot med vezmi je približno 105°:
O-H
H

Ker je kisik bolj elektronegativen element (močan oksidant), se skupni elektronski par kovalentne vezi premakne k atomu kisika, na njem nastane delni negativni naboj δ−, na njem pa delni pozitivni naboj δ+. atomi vodika. Sosednje molekule se privlačijo z nasprotnimi naboji – to povzroča relativno visoka temperatura vrelo vodo.

Voda pri sobni temperaturi je brezbarvna prozorna tekočina. Tališče 0º C, vrelišče pri zračni tlak- 100° C. Čista voda ne prevaja elektrike.

Zanimiva lastnost vode je, da ima največjo gostoto 1 g/cm3 pri temperaturi okoli 4°C. Z nadaljnjim zniževanjem temperature se gostota vode zmanjšuje. Zato z nastopom zime zgornje zmrzovalne plasti vode postanejo lažje in ne potonejo. Na površini se tvori led. Zamrznitev rezervoarja na dno običajno ne pride (poleg tega ima led tudi gostoto manj vode in plava na površini).

Kemijske lastnosti :

Na glavna onesnaževala naravna voda vključujejo odpadne vode iz industrijskih podjetij, ki vsebujejo spojine živega srebra, arzena in drugih strupenih elementov. Odtoki z živinorejskih farm in mest lahko vsebujejo odpadke, ki povzročajo hiter razvoj bakterij. Nepravilno skladiščenje (ki ne zagotavlja zaščite pred atmosferske padavine) ali uporaba gnojil in pesticidov, spiranih v vodna telesa. Promet, zlasti vodni, onesnažuje vodna telesa z naftnimi derivati ​​in gospodinjski odpadki, ki ga brezvestni ljudje vržejo direktno v vodo.

Za zaščito vode je potrebno uvesti zaprto oskrbo z vodo industrijskih podjetij, celovito predelavo surovin in odpadkov, gradnjo čistilnih naprav in okoljsko izobraževanje prebivalstva.

* Raztopine soli se uporabljajo za elektrolizo vode

2. Izkušnje. Prepoznavanje soli ogljikove kisline med tremi predlaganimi solmi.

Kvalitativna reakcija na karbonate je interakcija s kislinami, ki jo spremlja hitro sproščanje ogljikovega dioksida:

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

ali v ionski obliki:

CO 3 2− + 2H + = H 2 O + CO 2

Da gre za ogljikov monoksid (IV), lahko dokažete tako, da ga prepustite raztopini apnene vode, zaradi česar postane moten:

CO 2 + Ca(OH) 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O

Sol ogljikove kisline prepoznamo tako, da v vse tri epruvete dodamo malo kisline (da se med “vrenjem” ne razlije). Kjer se bo sproščal brezbarven plin brez vonja, je karbonat.

Voda je najpogostejša in najpogostejša snov v našem življenju. Človeško telo je sestavljeno iz 70 % vode in tudi naravno okolje okoli nas vsebuje 70 % vode.

Od šolski učbeniki vemo, da je molekula vode sestavljena iz atoma kisika in dveh atomov vodika, tj. ena najmanjših in najlažjih molekul. Čeprav so lastnosti vode, ki jo nenehno uporabljamo, običajne in očitne za nas, obstajajo paradoksi tekoče vode, ki določajo celo oblike življenja na Zemlji.

Tekoča voda ima gostoto večjo od gostote ledu. Zato se ob zmrzovanju volumen ledu poveča in led plava na površini vode.

Gostota vode je največja pri 4 o C in ne pri tališču, zmanjšuje se tako desno kot levo od te temperature.

Viskoznost vode se zmanjšuje z naraščajočim pritiskom.

Vrelišče vode je neodvisno od splošne odvisnosti vrelišča od molekulske mase snovi (slika 1.1). Sicer pa ne sme biti višja od 60 o C.

Toplotna kapaciteta vode je vsaj dvakrat večja od katere koli druge tekočine.

Toplota uparjanja (~2250 kJ/kg) je vsaj trikrat višja kot pri kateri koli drugi tekočini, 8-krat večja kot pri etanolu.

Razmislimo o tej zadnji lastnosti vode. Toplota izparevanja je energija, ki je potrebna za prekinitev vezi med molekulami, ko te prehajajo iz kondenzirane faze v plinasto fazo. To pomeni, da je razlog za vse paradoksalne lastnosti v naravi medmolekularnih vezi vode, to pa je določeno s strukturo vodne molekule.

Slika 1.1. Razpon razmerij med molekulskimi masami različnih spojin in njihovimi vrelišči.

1. Za kakšno molekulo vode gre?

Leta 1780 Lavoisier je eksperimentalno ugotovil, da je voda sestavljena iz kisika in vodika, da dve volumni vodika interagirata z enim volumnom kisika in da je masno razmerje vodika in kisika v vodi 2:16. Leta 1840 je postalo jasno, da je molekulska formula vode H2O.

Tri jedra v molekuli tvorijo enakokraki trikotnik z dvema protonoma na dnu (slika 1.2). Elektronska formula molekule vode [(1S 2)] [(1S 2)(2S 2)(2P 4)].

Slika 1.2.Oblikovanje sistema povezovanja m.o. iz 2p-orbital atoma kisika in 1s-orbitale atoma kisika in 1s-orbitale vodikovih atomov.

Zaradi sodelovanja dveh elektronov vodika 1s v povezavi z dvema elektronoma kisika 2p pride do sp hibridizacije in nastanejo hibridne sp 3 orbitale z značilnim kotom med njima 104,5 o ter dva pola nasprotnih nabojev. Dolžina O-N povezave je 0,95Å (0,095 nm), razdalja med protoni je 1,54Å (0,154 nm). Slika 1.3 prikazuje elektronski model molekule vode.

Slika 1.3. Elektronski model molekule H 2 O.

Osem elektronov se vrti v parih v štirih orbitalah, ki se nahajajo v treh ravninah (koti 90 O ), ki se prilega v kocko. 1, 2 – osamljeni pari elektronov.

Najpomembnejša posledica tega razmišljanja: asimetrija porazdelitve naboja spremeni molekulo H 2 O v dipol: protoni se nahajajo na obeh pozitivnih koncih, osamljeni pari kisikovih p-elektronov pa na dveh negativnih koncih.

Tako lahko molekulo vode obravnavamo kot trikotno piramido - tetraeder, na vogalih katere so štirje naboji - dva pozitivna in dva negativna.

Ti naboji tvorijo njihovo neposredno okolje in obračajo sosednje molekule vode na strogo določen način - tako da je med dvema atomoma kisika vedno samo en atom vodika. Takšno medmolekularno strukturo si najlažje predstavljamo in proučujemo na vodi v trdnem stanju. Slika 1.4 prikazuje zgradbo ledu.

riž. 1.4. Heksagonalna struktura ledu

Strukturo držijo skupaj O-H...O vezi. To povezavo dveh kisikovih atomov sosednjih molekul vode s posredovanjem enega vodikovega atoma imenujemo vodikova vez.

Vodikova vez nastane zaradi naslednjih razlogov:

1 – proton ima samo en elektron, zato je elektronsko odbijanje dveh atomov minimalno. Proton se preprosto potopi v elektronsko lupino sosednjega atoma in zmanjša razdaljo med atomi za 20-30% (do 1 Å);

2 – sosednji atom mora imeti višjo vrednost elektronegativnosti. V konvencionalnih vrednostih (po Paulingu) elektronegativnost F– 4,0; O – 3,5; N – 3,0; Cl – 3,0; C – 2,5; S – 2,5.

Molekula vode ima lahko štiri vodikove vezi, pri dveh deluje kot donorka elektronov, pri dveh pa kot akceptorka elektronov. In te vezi lahko nastanejo tako s sosednjimi molekulami vode kot z drugimi snovmi.

Torej, dipolni moment je kot N-O-N in vodikova vez O-H...O določata edinstvene lastnosti vode in igrata pomembno vlogo pri oblikovanju sveta okoli nas.

Naloga, ki jo opravlja Mayerjeva celica, je »enostavna« razgradnja vodnih molekul pod vplivom električnega toka, ki ga spremlja elektromagnetno sevanje.

Da bi jo rešili, ugotovimo, kaj je voda? Kakšna je zgradba molekul vode? Kaj vemo o molekulah vode in njihovih vezeh? V prispevku sem uporabil različne publikacije, ki so v zadostni količini dostopne na internetu, vendar so razmnožene v velikih količinah, zato mi ni jasno, kdo je njihov avtor in neumno je, da navajam vir. Poleg tega so te publikacije "zmedene" do sramotne točke, kar otežuje razumevanje in znatno podaljša čas študija. Z analizo člankov sem izluščil nekaj, kar vas bo lahko vodilo pri razumevanju, s čim bomo imeli opravka v procesu pridobivanja poceni energije, natančneje v procesu razbijanja molekul vode na komponente - vodik in kisik.

Pa si poglejmo najpomembnejše pojme o zgradbi vodnih molekul!

Voda je snov, katere glavna strukturna enota je molekula H 2 O, sestavljena iz enega atoma kisika in dveh atomov vodika.

Molekula vode ima strukturo enakokrakega trikotnika: na vrhu tega trikotnika je atom kisika, na dnu pa sta dva atoma vodika. Kot pri vrhu je 104°27, dolžina stranice pa 0,096 nm. Ti parametri se nanašajo na hipotetično ravnotežno stanje molekule vode brez njenih vibracij in vrtenj. Geometrija molekule vode in njene elektronske orbite so prikazane na sliki.

Molekula vode je dipol, ki vsebuje pozitivne in negativne naboje na svojih polih. Če »prosto« molekulo vode, ki ni povezana z drugimi molekulami, postavimo v električno polje, potem se bo »obrnila« s svojimi negativnimi poli proti pozitivni plošči električnega polja in s pozitivnimi poli proti negativni plošči. Prav ta proces je prikazan na sliki 1, položaj 3B, ki pojasnjuje delovanje Mayerjeve celice v članku Voda namesto bencina.

Če povežete epicentre pozitivnih in negativnih nabojev z ravnimi črtami, dobite tridimenzionalno geometrijsko figuro - pravilni tetraeder. To je struktura same molekule vode.

Zaradi prisotnosti vodikovih vezi vsaka molekula vode tvori vodikovo vez s 4 sosednjimi molekulami, ki tvorijo odprt mrežast okvir v molekuli ledu. To urejeno stanje vodnih molekul lahko imenujemo "struktura". Vsaka molekula lahko hkrati tvori štiri vodikove vezi z drugimi molekulami pod strogo določenimi koti, enakimi 109°28′, usmerjenimi proti ogliščem tetraedra, ki med zmrzovanjem ne omogočajo ustvarjanja goste strukture.

Ko se led tali, se njegova tetragonalna struktura razgradi in nastane mešanica polimerov, sestavljena iz tri-, tetra-, penta- in heksamerov vode in prostih molekul vode.

V tekočem stanju je voda neurejena tekočina. Te vodikove vezi so spontane, kratkotrajne, se hitro zlomijo in ponovno oblikujejo.

Ko so združeni, tetraedri vodnih molekul tvorijo različne prostorske in ravninske strukture.

In od vse pestrosti struktur v naravi je osnovna heksagonalna (šesterostrana), ko je šest molekul vode (tetraedrov) združenih v obroč.

Ta vrsta strukture je značilna za led, sneg in staljeno vodo, ki se zaradi prisotnosti takšne strukture imenuje "strukturirana voda". O blagodejnih lastnostih strukturirane vode je bilo že veliko napisanega, vendar to ni tema našega članka. Logično bi bilo, da je strukturirana voda, ki tvori heksagonalne strukture, najslabša možnost za strukturo vode, ki jo lahko uporabimo za razgradnjo na vodik in kisik. Naj razložim zakaj: Molekule vode, združene po šest v heksamer, imajo električno nevtralno sestavo – heksameri nimajo pozitivnih in negativnih polov. Če postavite heksamer strukturirane vode v električno polje, ta nanj ne bo nikakor reagirala. Zato je logično sklepati, da je nujno, da ima voda čim manj organiziranih struktur. Pravzaprav je ravno obratno: heksamer ni popolna struktura; obstaja še bolj zanimiv koncept - grozd.

Strukture združenih vodnih molekul imenujemo grozdi, posamezne vodne molekule pa kvanti. Grozd je volumetrična kombinacija vodnih molekul, vključno s heksameri, ki ima tako pozitivne kot negativne pole.

V destilirani vodi so grozdi praktično električno nevtralni, saj so bili zaradi izhlapevanja grozdi uničeni, zaradi kondenzacije pa se niso pojavile močne vezi med molekulami vode. Lahko pa se spremeni njihova električna prevodnost. Če destilirano vodo mešamo z magnetnim mešalom, se bodo povezave med elementi grozdov delno obnovile in spremenila se bo električna prevodnost vode. Z drugimi besedami, destilirana voda je voda, ki ima minimalno število vezi med molekulami . V njej so dipoli molekul v napačno orientiranem stanju, zato je dielektrična konstanta destilirane vode zelo visoka in je slab prevodnik električnega toka. Hkrati se za povečanje vodljivosti vodnih grozdov dodajajo kisline ali alkalije, ki s sodelovanjem v molekularnih vezeh preprečujejo, da bi molekule vode tvorile heksagonalne strukture in s tem tvorile elektrolite. Destilirana voda je nasprotje strukturirane vode, pri kateri obstaja ogromno povezav med vodnimi molekulami v skupkih.

Na moji spletni strani so in se še bodo pojavljali članki, ki so na prvi pogled »ločeni« in nimajo nobene povezave z drugimi članki. Dejansko je večina člankov na spletnem mestu med seboj povezanih v eno celoto. V tem primeru pri opisu lastnosti destilirane vode uporabljam Dipolno teorijo električnega toka, to je alternativni koncept električnega toka, ki ga tako znanost kot praksa potrjuje bolje od klasičnega koncepta.

Ko so izpostavljeni energiji vira električnega toka, se vsi dipoli atomov vode (kot prevodnika) vrtijo, usmerjeni s svojimi enakimi poli v eno smer. Če so molekule vode pred pojavom zunanjega električnega polja ustvarile grozdasto (medsebojno usmerjeno) strukturo, bo za orientacijo v zunanjem električnem polju potrebna minimalna količina energije iz vira električnega toka. Če struktura ni bila organizirana (kot destilirana voda), potem boste potrebovali veliko število energija.

Upoštevajte, da "obstaja splošno mnenje", da morata imeti destilirana voda in staljena voda enake električne prevodne lastnosti, ker tako ena kot druga nimata kemičnih nečistoč (običajno soli), kemična sestava je enaka in struktura vodnih molekul je enaka tako v talini kot v destilirani vodi.

Pravzaprav je vse videti obratno, odsotnost nečistoč sploh ne kaže na lastnosti električne prevodnosti vode. Ne da bi to razumeli, nekateri ljudje "ubijejo" baterije celo v fazi polnjenja z elektrolitom, zamenjavo destilirane vode s talino ali preprosto prečiščeno skozi ogleni filter. Napolnjena baterija, kupljena na avtomobilskem trgu, praviloma zdrži manj kot tista, ki ste jo kupili suho napolnjeno in razredčeno. žveplova kislina destilirano vodo, smo jo natočili sami. To je samo zato, ker je "pripravljen" elektrolit ali ponovno napolnjena baterija v našem času sredstvo zaslužka in da bi ugotovili, kakšna voda je bila uporabljena, je treba opraviti drag pregled, s tem se nihče ne obremenjuje . Trgovca ne zanima, kako dolgo bo zdržal akumulator v vašem avtomobilu, in tudi vi se ne želite zapletati s kislino. Zagotavljam pa vam, da bo baterija, nad katero se boste potili, pri temperaturah pod ničlo delovala veliko bolj živahno kot baterija, napolnjena z že pripravljenim ustekleničenim elektrolitom.

Nadaljujmo!

V vodi se grozdi občasno zrušijo in ponovno oblikujejo. Čas skoka je 10-12 sekund.

Ker je struktura molekule vode asimetrična, se težišča njenih pozitivnih in negativnih nabojev ne ujemajo. Molekule imajo dva pola - pozitivni in negativni, ki ustvarjajo, tako kot magnet, polja molekulske sile. Takšne molekule imenujemo polarne ali dipolne, kvantitativno značilnost polarnosti pa določa električni moment dipola, izražen kot zmnožek razdalje l med električnimi težišči pozitivnih in negativnih nabojev molekule na naboj e v absolutnih elektrostatičnih enotah: p = l e

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

Vodni grozdi na faznih mejah (tekočina-zrak) so razporejeni v določenem vrstnem redu, pri čemer vsi grozdi nihajo na isti frekvenci in pridobijo eno skupno frekvenco. Pri takšnem gibanju grozdov, ob upoštevanju, da so vodne molekule, vključene v grozd, polarne, to pomeni, da imajo velik dipolni moment, lahko pričakujemo pojav elektromagnetnega sevanja. To sevanje se razlikuje od sevanja prostih dipolov, saj so dipoli sklopljeni in skupaj nihajo v strukturi grozda.

Frekvenco nihanj vodnih grozdov in s tem frekvenco elektromagnetnih nihanj lahko določimo z naslednjo formulo:

Kje a — površinska napetost vode pri dani temperaturi; M
— masa grozda.

Kje V — prostornina grozda.

Volumen grozda se določi ob upoštevanju dimenzij fraktalne zaprte strukture grozda ali po analogiji z dimenzijami proteinske domene.
Pri sobni temperaturi 18°C ​​je frekvenca nihanja grozda f enaka 6,79 10 9 Hz, kar pomeni, da mora biti valovna dolžina v prostem prostoru λ = 14,18 mm.

Toda kaj se bo zgodilo, ko bo voda izpostavljena zunanjemu elektromagnetnemu sevanju? Ker je voda samoorganizirana struktura in vsebuje tako elemente, urejene v grozde, kot proste molekule, se bo ob izpostavljenosti zunanjemu elektromagnetnemu sevanju zgodilo naslednje. Ko se molekule vode približajo (razdalja se spremeni iz R 0 v R 1 ), se interakcijska energija spremeni za večjo količino, kot ko se oddaljijo druga od druge (razdalja se spremeni iz R 0 v R 2 ).

ampak, ker imajo molekule vode velik dipolni moment, bodo v primeru zunanjega elektromagnetnega polja izvajale nihajna gibanja (npr. od R 1 do R 2 ). V tem primeru bo zaradi zgornje odvisnosti uporabljeno elektromagnetno polje bolj prispevalo k privlačnosti molekul in s tem k organizaciji sistema kot celote, tj. nastanek heksagonalne strukture.

Če so v njem nečistoče vodno okolje, so prekrite s hidratacijsko lupino na tak način, da skupna energija sistema teži k minimalni vrednosti. In če je skupni dipolni moment heksagonalne strukture enak nič, potem je v prisotnosti nečistoč heksagonalna struktura blizu njih motena tako, da sistem zavzame minimalno vrednost; v nekaterih primerih se šesterokotniki spremenijo v pentagone, in hidracijska lupina ima obliko blizu krogle. Nečistoče (na primer ioni Na +) lahko stabilizirajo strukturo, zaradi česar je bolj odporna na uničenje.

Samoorganiziran sistem vode, ko je izpostavljen elektromagnetnemu sevanju, se ne bo premikal kot ena celota, ampak se bo premaknil vsak element heksagonalne strukture in v primeru lokalno nečistoč druge vrste, t.j. geometrija strukture bo popačena, tj. pojavijo se napetosti. Ta lastnost vode je zelo podobna polimerom. Toda polimerne strukture imajo veliki časi sprostitev, ki ni 10 -11 -10 -12 s, ampak minute ali več. Zato Energija kvantov elektromagnetnega sevanja, ki se spremeni v notranjo energijo organizirane vodne strukture zaradi njenih popačenj, bo le-ta kopičila, dokler ne bo dosegla energije vodikove vezi, ki je 500–1000-krat večja od energije elektromagnetnega sevanja. polje. Ko je ta vrednost dosežena, se vodikova vez prekine in struktura propade.

To lahko primerjamo z snežni plaz, ko pride do postopnega, počasnega kopičenja mase in nato hitrega kolapsa. Pri vodi se ne pretrgajo le šibke vezi med grozdi, temveč tudi močnejše vezi v strukturi vodnih molekul. Kot rezultat tega preloma lahko nastanejo H +, OH – in hidratirani elektron e –. Modra barva čiste vode je posledica prisotnosti teh elektronov in ne le sipanja naravne svetlobe.

Zaključek

Tako se pri izpostavljenosti elektromagnetnemu sevanju z vodo energija kopiči v strukturi grozda do določene kritične vrednosti, nato se vezi med grozdi in ostalimi prekinejo in pride do plazovitega sproščanja energije, ki se nato lahko transformira v druge vrste.