Struktura molekul vode, njihove vezi 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 polih. Ker je masa in naboj jedra kisika večja od mase in naboja jedra vodika, se elektronski oblak skrči proti jedru kisika. V tem primeru so jedra vodika "gola". Tako ima elektronski oblak neenakomerno gostoto. V bližini vodikovih jeder je pomanjkanje elektronske gostote, na nasprotni strani molekule, blizu jedra kisika, pa presežek elektronske gostote. Prav ta struktura določa polarnost molekule vode. Če epicentre pozitivnih in negativnih nabojev povežete z ravnimi črtami, dobite volumen geometrijski lik je pravilen tetraeder.

Struktura molekule vode (slika na desni)

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

Vodikove vezi med molekulami vode (slika spodaj na levi)

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

V skoraj vseh drugih snoveh je kristal gostejši od tekoče faze. Poleg tega, tudi po taljenju, ko temperatura narašča, se gostota vode še naprej povečuje in doseže maksimum pri 4°C. Manj znana je anomalija stisljivosti vode: pri segrevanju od tališča do 40°C se ta zmanjša in nato poveča. Tudi toplotna zmogljivost vode je nemonotonsko odvisna od temperature.

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

Pri drugih tekočinah je odvisnost inverzna in se skoraj nikoli ne zgodi, da bi se kakšen pomemben parameter obnašal nemonotono, t.j. najprej narasla, po prehodu pa se je kritična vrednost temperature ali tlaka zmanjšala. Obstajala je predpostavka, da voda pravzaprav ni ena sama tekočina, ampak mešanica dveh komponent, ki se razlikujeta po lastnostih, kot sta gostota in viskoznost, ter posledično tudi struktura. Takšne ideje so se začele pojavljati ob koncu 19. stoletja, ko se je nabralo veliko podatkov o vodnih anomalijah.

Idejo, da je voda sestavljena iz dveh komponent, je prvič predlagal Whiting leta 1884. Njegovo avtorstvo citira E.F. Fritsman v monografiji »Narava vode. Težka voda", objavljena 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 voda obravnavana kot mešanica asociatov različnih sestav (»hidroli«).

Ko so v dvajsetih letih prejšnjega stoletja določili 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 na vrhovih pravilnega tetraedra. Leta 1933 sta J. Bernal in P. Fowler predlagala, da podobna mreža obstaja tudi v tekoči vodi. Ker je voda gostejša od ledu, so verjeli, da se molekule v njej nahajajo ne kot v ledu, torej kot atomi silicija v mineralu tridimitu, ampak kot atomi silicija v gostejši modifikaciji silicijevega dioksida - kremena. Povečanje gostote vode pri segrevanju od 0 do 4°C je bilo razloženo s prisotnostjo tridimitne komponente pri nizkih temperaturah. Tako je Bernal-Fowlerjev model ohranil element dvostrukture, njihov glavni dosežek pa je ideja neprekinjenega tetraedričnega omrežja. Nato se je pojavil znameniti aforizem I. Langmuirja: "Ocean je ena velika molekula." Pretirana konkretizacija modela ni dodala podpornikov enotne teorije mrež.

Šele leta 1951 je J. Popl ustvaril neprekinjen mrežni model, ki ni bil tako specifičen kot Bernal-Fowlerjev model. Popl si je vodo predstavljal kot naključno tetraedrsko mrežo, v kateri so vezi med molekulami ukrivljene in imajo različne dolžine. Poplov model razlaga zgoščevanje vode med taljenjem z upogibanjem vezi. Ko so se v 60. in 70. letih 20. stoletja pojavile prve definicije strukture ledu II in IX, je postalo jasno, kako lahko upogibanje vezi povzroči strukturno zbijanje. Poplejev model ni mogel razložiti nemonotonosti odvisnosti lastnosti vode od temperature in tlaka, kot tudi modelov dveh stanj. Zato so mnogi znanstveniki dolgo časa delili idejo o dveh državah.

Toda v drugi polovici 20. stoletja je bilo nemogoče toliko fantazirati o sestavi in ​​zgradbi »hidrolov« kot na začetku stoletja. Znano je bilo že, kako so urejeni led in kristalni hidrati, o vodikovi vezi pa so vedeli veliko. Poleg modelov »kontinuuma« (model Pople) sta se pojavili dve skupini »mešanih« modelov: grozd in klatrat. V prvi skupini se je voda pojavila kot grozdi molekul, povezanih z vodikovimi vezmi, ki so plavale v morju molekul, ki ne sodelujejo v takih vezi. Modeli druge skupine so vodo obravnavali kot neprekinjeno omrežje (v tem kontekstu običajno imenovano okvir) vodikovih vezi, ki vsebuje praznine; vsebujejo molekule, ki ne tvorijo vezi z molekulami ogrodja. Ni bilo težko izbrati takšnih lastnosti in koncentracij dveh mikrofaz modelov grozdov oziroma lastnosti ogrodja in stopnje zapolnjenosti njegovih praznin v klatratnih modelih, da bi razložili vse lastnosti vode, vključno z znamenitimi anomalijami.

Med grozdnimi modeli je najbolj vpadel model G. Nemethyja in H. Sheragija: njihove slike, ki prikazujejo grozde vezanih molekul, ki plavajo v morju nevezanih molekul, so bile vključene v številne monografije.

Prvi model klatratnega tipa 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 različico, ki nakazuje, da lahko mreža vezi, ki je lastna nekaterim kristalnim hidratom, služi kot osnova za strukturo.

V drugi polovici šestdesetih in začetku sedemdesetih let prejšnjega stoletja je bilo opaziti zbliževanje vseh teh pogledov. Pojavile so se različice modelov grozdov, pri katerih so molekule v obeh mikrofazah povezane z vodikovimi vezmi. Podporniki klatratnih modelov so začeli dopuščati tvorbo vodikovih vezi med praznimi in okvirnimi molekulami. To pomeni, da avtorji teh modelov vodo v resnici obravnavajo kot neprekinjeno mrežo vodikovih vezi. In govorimo o tem, kako nehomogena je ta mreža (na primer po gostoti). Ideja o vodi kot skupinah, vezanih na vodik, ki plavajo v morju molekul vode brez vezi, je bila končana v zgodnjih osemdesetih, ko je G. Stanley uporabil teorijo perkolacije na model vode, ki opisuje fazo. prehodi vode.

Leta 1999 je slavni ruski raziskovalec vode S.V. Zenin je doktorsko disertacijo o teoriji grozdov zagovarjal na Inštitutu za biomedicinske probleme Ruske akademije znanosti, kar je bil pomemben korak pri promociji tega raziskovalnega področja, katerega kompleksnost še povečuje dejstvo, da so pri stičišče treh ved: fizike, kemije in biologije. Na podlagi podatkov, pridobljenih s tremi fizikalno-kemijskimi metodami: refraktometrijo (S.V. Zenin, B.V. Tyaglov, 1994), visoko zmogljivo tekočinsko kromatografijo (S.V. Zenin et al., 1998) in protonsko magnetno resonanco (C.V. Zenin, 1993) so konstruirali in dokazal geometrijski model glavne stabilne strukturne tvorbe vodnih molekul (strukturirana voda), nato pa (S.V. Zenin, 2004) pridobila sliko s faznim kontrastnim mikroskopom teh struktur.

Zdaj je znanost dokazala, da značilnosti fizikalnih lastnosti vode in številne kratkotrajne vodikove vezi med sosednjimi atomi vodika in kisika v molekuli vode ustvarjajo ugodne možnosti za nastanek posebnih pridruženih struktur (grozdov), ki zaznavajo, shranjujejo in prenašajo široko paleto informacij.

Strukturna enota takšne vode je grozd, sestavljen iz klatratov, katerih naravo določajo Coulombove sile dolgega dosega. Struktura grozdov kodira informacije o interakcijah, ki so se zgodile s temi molekulami vode. V vodnih grozdih lahko zaradi interakcije med kovalentnimi in vodikovimi vezmi med atomi kisika in vodikovimi atomi pride do migracije protonov (H+) po relejnem mehanizmu, kar vodi do delokalizacije protonov znotraj grozda.

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

Slika (V.L. Voeikov) prikazuje diagrame več preprostih struktur grozdov kot primer.

Nekatere možne strukture vodnih grozdov

Nosilci informacij so lahko fizična polja različne narave. Tako je bila ugotovljena možnost oddaljene informacijske interakcije tekoče kristalne strukture vode s predmeti različne narave s pomočjo elektromagnetnih, akustičnih in drugih polj. Oseba je lahko tudi vplivni objekt.

Voda je vir ultra šibkega 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 značilnosti bioloških objektov.

V zadnjih letih so bili pridobljeni pomembni podatki o lastnostih prehlajene vode. Zelo zanimivo je preučevati vodo pri nizki temperaturi, saj je lahko bolj prehlajena kot druge tekočine. Kristalizacija vode se praviloma začne na nekaterih nehomogenostih - bodisi na stenah posode bodisi na plavajočih delcih trdnih nečistoč. Zato ni lahko najti temperaturo, pri kateri bi prehlajena voda spontano kristalizirala. Toda znanstvenikom je to uspelo in zdaj je temperatura tako imenovane homogene nukleacije, ko se tvorba ledenih kristalov pojavlja hkrati po celotnem volumnu, znana za tlake do 0,3 GPa, torej zajemanje območij obstoja ledu. II.

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

Struktura ledu (slika desno)

Vendar pa je s to temperaturo povezana ena skrivnost. Sredi osemdesetih let je bila odkrita nova modifikacija amorfnega ledu - led visoke gostote, kar je pripomoglo k obuditvi ideje o vodi kot mešanici dveh stanj. Kot prototipe niso bile obravnavane kristalne strukture, ampak strukture amorfnih ledov različnih gostot. V najbolj razumljivi obliki je ta koncept oblikoval E.G. Poniatovsky in V.V. Sinitsin, ki je leta 1999 zapisal: "Voda se obravnava kot običajna raztopina dveh komponent, v katerih lokalne konfiguracije ustrezajo kratkoročnemu vrstnemu redu modifikacij amorfnega ledu." Poleg tega so znanstveniki s preučevanjem vrstnega reda kratkega dosega v prehlajeni vodi pri visokem tlaku z uporabo metod nevtronske difrakcije lahko našli komponente, ki ustrezajo tem strukturam.

Zaradi polimorfizma amorfnih ledov so se pojavile tudi domneve o stratifikaciji vode na dve nemešljivi komponenti pri temperaturi pod hipotetično nizkotemperaturno kritično točko. Žal je po mnenju raziskovalcev ta temperatura pri tlaku 0,017 GPa 230 K, kar je pod temperaturo nukleacije, zato ločitve tekoče vode še nihče ni mogel opazovati. Tako je oživitev modela dveh stanj sprožila vprašanje nehomogenosti mreže vodikovih vezi v tekoči vodi. To heterogenost je mogoče razumeti le s pomočjo računalniških simulacij.

Ko govorimo o kristalni strukturi vode, je treba omeniti, da 14 modifikacije ledu, večine jih v naravi ni, v kateri molekule vode ohranjajo svojo individualnost in so povezane z vodikovimi vezmi. Po drugi strani pa obstaja veliko različic mreže vodikovih vezi v klatratnih hidratih. Energije teh omrežij (visokotlačni led in klatratni hidrati) niso veliko višje od energij kubičnega in heksagonalnega ledu. Zato se lahko drobci takšnih struktur pojavijo tudi v tekoči vodi. Možno je oblikovati nešteto različnih neperiodičnih fragmentov, katerih molekule imajo štiri najbližje sosede, ki se nahajajo približno vzdolž oglišč tetraedra, vendar njihova struktura ne ustreza strukturam znanih modifikacij ledu. Številni izračuni so pokazali, da bodo interakcijske energije molekul v takih fragmentih blizu ena drugi in ni razloga, da bi trdili, da bi morala v tekoči vodi prevladovati neka struktura.

Strukturne študije vode lahko preučujemo z različnimi metodami; spektroskopija protonske magnetne resonance, infrardeča spektroskopija, difrakcija rentgenskih žarkov itd. Na primer, difrakcija rentgenskih žarkov in nevtronov v vodi je bila večkrat preučena. Vendar ti poskusi ne morejo dati podrobnih informacij o strukturi. Nehomogenosti, ki se razlikujejo po gostoti, je mogoče videti iz majhnih kotov rentgenskih žarkov in sipanja nevtronov, vendar morajo biti takšne nehomogenosti velike, sestavljene iz stotih molekul vode. Možno bi jih bilo videti in raziskati razpršitev svetlobe. Vendar je voda izjemno bistra tekočina. Edini rezultat difrakcijskih poskusov so funkcije radialne porazdelitve, to je razdalje med atomi kisika, vodika in kisik-vodik. Iz njih je razvidno, da v razporeditvi molekul vode ni dolgega reda. Te funkcije pri vodi propadajo veliko hitreje kot pri večini drugih tekočin. Na primer, porazdelitev razdalj med atomi kisika pri temperaturi, ki je blizu sobni temperaturi, 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 na ogliščih tetraedra, ki je opisan okoli osrednje molekule. In tretji maksimum, izražen zelo šibko, ustreza razdalji do tretjih in bolj oddaljenih sosedov v vodikovem omrežju. Ta maksimum sam po sebi 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 izdelavo podatkov o daljnem okolju molekul vode.

Druga metoda za preučevanje strukture - nevtronska difrakcija na vodnih kristalih se izvaja na popolnoma enak način kot rentgenska difrakcija. Vendar pa zaradi dejstva, da se dolžine sipanja nevtronov za različne atome ne razlikujejo toliko, postane metoda izomorfne substitucije nesprejemljiva. V praksi se običajno dela s kristalom, katerega molekularna struktura je že približno ugotovljena z drugimi metodami. Nato se za ta kristal izmerijo intenzivnosti 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 modelu strukture je znan. Nato sta na tako pridobljeni Fourierjevi karti atoma vodika in devterija predstavljena z veliko velike uteži kot na zemljevidu elektronske gostote, ker prispevek teh atomov k sipanju nevtronov je zelo velik. Iz te karte gostote lahko na primer določimo položaje atomov vodika (negativna gostota) in atomov devterija (pozitivna gostota).

Možna je različica te metode, ki je v tem, da se kristal, ki nastane v vodi, pred meritvami hrani v težki vodi. V tem primeru nevtronska difrakcija ne omogoča le ugotavljanja, kje se nahajajo atomi vodika, temveč tudi razkriva tiste od njih, ki jih je mogoče zamenjati za devterij, kar je še posebej pomembno pri preučevanju izmenjave izotopov (H-D). Takšne informacije pomagajo potrditi pravilnost vzpostavitve strukture.

Druge metode omogočajo tudi preučevanje dinamike vodnih molekul. To so poskusi kvazielastičnega sipanja nevtronov, ultrahitra IR spektroskopija in študija difuzije vode z uporabo NMR ali označenih atomov devterija. Metoda NMR spektroskopije temelji na dejstvu, da ima jedro vodikovega atoma magnetni moment - spin, ki je v interakciji z magnetnimi polji, konstantnimi in spremenljivimi. Iz spektra NMR lahko presojamo okolje, v katerem se nahajajo ti atomi in jedra, s čimer dobimo informacije o strukturi molekule.

Kot rezultat poskusov kvazielastičnega sipanja nevtronov v kristalih vode smo pri različnih tlakih in temperaturah izmerili najpomembnejši parameter, koeficient samodifuzije. Za presojo koeficienta samodifuzije iz kvazielastičnega razprševanja nevtronov je treba narediti predpostavko o naravi molekularnega gibanja. Če se premikajo v skladu z Ya.I. Frenkel (znani domači teoretični fizik, avtor Kinetične teorije tekočin, klasične knjige, prevedene v številne jezike), imenovan tudi model jump-wait, nato čas »umirjenega« življenja (čas med skoki) molekule je 3,2 pikosekunde. Najnovejše metode femtosekundne laserske spektroskopije so omogočile oceno življenjske dobe pretrgane vodikove vezi: potrebnih je 200 fs, da proton najde partnerja. Vendar so to vse povprečja. Preučiti podrobnosti strukture in narave gibanja molekul vode je mogoče le s pomočjo računalniške simulacije, včasih imenovane numerični eksperiment.

Takole izgleda struktura vode po rezultatih računalniške simulacije (po podatkih doktorja kemijskih znanosti G. G. Malenkova). Splošno neurejeno strukturo lahko razdelimo na dve vrsti regij (prikazano s temnimi in svetlimi kroglicami), ki se razlikujejo po svoji strukturi, na primer po prostornini Voronojevega poliedra (a), stopnji tetraedralnosti najbližjega 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. Strukturo ledu vzamemo in segrejemo, dokler se ne stopi. Nato se po nekaj časa, da voda "pozabi" na kristalni izvor, naredijo trenutne mikrofotografije.

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

Za konstruiranje tega poliedra vzamemo rob od dane molekule do najbližje, ga razdelimo na polovico in skozi to točko narišemo ravnino, pravokotno na rob. To je prostornina na molekulo. Prostornina poliedra je gostota, tetraedralnost je stopnja popačenja vodikovih vezi, energija je stopnja stabilnosti konfiguracije molekul. Molekule z bližnjimi vrednostmi vsakega od teh parametrov se nagibajo k združevanju v ločene grozde. Območja z nizko in visoko gostoto imajo različne vrednosti energije, vendar ima lahko enake vrednosti. Poskusi so pokazali, da regije z različnimi strukturami, grozdi, nastajajo spontano in spontano propadajo. Celotna struktura vode živi in ​​se nenehno spreminja, čas, v katerem se te spremembe pojavljajo, pa je zelo majhen. Raziskovalci so spremljali gibanje molekul in ugotovili, da delajo nepravilna nihanja s frekvenco približno 0,5 ps in amplitudo 1 angstrom. Opaženi so bili tudi redki počasni skoki angstromov, ki trajajo pikosekunde. Na splošno se lahko v 30 ps molekula premakne za 8-10 angstremov. Tudi življenjska doba lokalnega okolja je majhna. Regije, sestavljene iz molekul z bližnjimi vrednostmi prostornine Voronojevega poliedra, lahko razpadejo v 0,5 ps in lahko živijo več pikosekund. Toda porazdelitev življenjske dobe vodikovih vezi je zelo velika. Toda ta čas ne presega 40 ps, ​​povprečna vrednost pa je nekaj ps.

Za zaključek je treba poudariti, da Teorija gručaste strukture vode ima veliko pasti. Zenin na primer predlaga, da je glavni strukturni element vode skupek 57 molekul, ki nastane s fuzijo štirih dodekaedrov. Imajo skupne obraze, njihova središča pa tvorijo pravilen tetraeder. Dejstvo, da se molekule vode lahko nahajajo na ogliščih peterokotnega dodekaedra, je že dolgo znano; tak dodekaeder je osnova plinskih hidratov. Zato ni nič presenetljivega v predpostavki, da takšne strukture obstajajo v vodi, čeprav je bilo že rečeno, da nobena posebna struktura ne more prevladovati in obstajati dolgo časa. Zato je nenavadno, da se domneva, da je ta element glavni in da vanj vstopa natanko 57 molekul. Iz kroglic je na primer mogoče sestaviti enake strukture, ki so sestavljene iz dodekaedrov, ki mejijo drug na drugega in vsebujejo 200 molekul. Zenin pa trdi, da se proces tridimenzionalne polimerizacije vode ustavi pri 57 molekulah. Večjih sodelavcev po njegovem mnenju ne bi smelo biti. Če pa bi bilo tako, se heksagonalni ledeni kristali, ki vsebujejo ogromno molekul, povezanih z vodikovimi vezmi, ne bi mogli oboriti iz vodne pare. Povsem nejasno je, zakaj se je rast Zeninove kopice ustavila pri 57 molekulah. Da bi se izognil protislovjem, Zenin grozde pakira tudi v bolj zapletene formacije - romboedre - s skoraj tisoč molekulami, začetni grozdi pa 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 na vodo. 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 mora biti precej 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 je malo verjetno, da model lahko razloži zmanjšanje gostote med taljenjem - pakiranje dodekaedrov je manj gosto kot led. Najtežje pa se je strinjati z modelom z dinamičnimi lastnostmi - fluidnostjo, veliko vrednostjo koeficienta samodifuzije, 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. Tyaglov. Eksperimentalni dokaz prisotnosti vodnih frakcij. G. Homeopatsko zdravilo in akupunktura. 1997. št. 2. str. 42-46.
S.V. Zenin, B.V. Tyaglov. Hidrofobni model strukture asociatov vodnih molekul. Zh.Fizika.kemija.1994.T.68.Št.4.S.636-641.
S.V. Zenin Raziskovanje 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. Pojav orientacijskih polj v vodnih raztopinah. J.Phys.chemistry.1994.T.68.No.3.S.500-503.
S.V. Zenin, B.V. Tyaglov, G.B. Sergejev, Z.A. Šabarova. Študija intramolekularnih interakcij v nukleotidnih amidih z NMR. Gradivo 2. vseslovenske konf. Po dinamiki Stereokemija. Odessa.1975.str.53.
S.V. Zenin. Strukturirano stanje vode kot osnova za obvladovanje obnašanja in varnosti živih sistemov. Diplomsko delo. Doktor bioloških znanosti. Državni znanstveni center "Inštitut za biomedicinske probleme" (SSC "IMBP"). Zagovorjeno 1999. 05. 27. UDK 577.32:57.089.001.66.207 str.
V IN. Slesarev. Poročilo o napredku raziskav

Voda - anorganske snovi, katerega molekule so sestavljene iz dveh atomov vodika in enega atoma kisika. Količina vode pri različnih organizmih ni enaka. Največ vode vsebuje telo meduz (95-98%), alg (več kot 80%), najmanj v žuželkah (40-50%), steljci lišajev (5-7%). V telesu sesalcev je v povprečju 75% vode, tudi pri ljudeh - 60-65% telesne teže. 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 % prostornine) je v celicah telesa v prosti in vezani obliki, manjši del (30 % prostornine) se giblje v zunajceličnem prostoru telesa in je v prostem stanju. vezana voda(4 5 %) je lahko osmotsko vezan (voda v vezi z ioni in nizkomolekularnimi spojinami), koloidno vezan (voda v vezi tako z notranjimi kot površinskimi kemičnimi skupinami visokomolekularnih spojin) in strukturno vezan (voda v zaprtem prostoru biopolimerov z visoko molekulsko maso kompleksne strukture). brezplačno vodo(95-96%) je univerzalno topilo.

Vrednost vode . Količinsko je voda na prvem mestu med kemičnimi spojinami katere koli 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-bazne reakcije.

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

Voda - osmoregulator, ki zagotavlja obliko celic, transport ne organska snov.

Voda - podpora, zagotavlja elastično stanje celic (turgor), deluje kot blažilnik mehanskih učinkov na telo, opravlja funkcijo hidroskeleta pri mnogih živalih.

Voda - prevozno sredstvo, izvaja komunikacijo v celicah, med celicami, tkivi, organi ter zagotavlja homeostazo in delovanje telesa kot celote.

Voda - habitat za vodne organizme se v njem izvaja pasivno gibanje, zunanja oploditev, razpršitev semen, gamete in ličinke kopenskih organizmov.

Voda - konformer, je velikega pomena pri organizaciji prostorske strukture (konformacije) biopolimerov.

Lastnosti vode. Vloga vode v biosistemih je odvisna od njenih fizikalno-kemijskih lastnosti.

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

■ Gostota vode pri 4°C je največja in znaša 1g/cm3. Ko se temperatura zniža, se gostota zmanjša, zato led plava na površini vode.

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

■ Voda ima izjemno visoko površinsko napetost zaradi močnih kohezijskih (kohezijskih) sil, povezanih s tvorbo vodikovih vezi med molekulami.

■ Za vodo značilna lastnost lepljenje (adhezija), ki se kaže v primeru dvigovanja proti gravitacijskim silam.

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

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

■ Voda lahko deluje tako kot redukcijsko kot oksidacijsko sredstvo, pri čemer izvaja biološko pomembne redoks reakcije presnove.

■ Molekule vode so polarne, zaradi česar sodelujejo v hidratacijskih reakcijah in 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 molekul vode. Edinstvene lastnosti voda je odvisna od strukture njenih molekul.

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

V molekuli vode dva para elektronov od štirih tvorita kovalentna vez in se premakneta na eno od stranic molekule s tvorbo dveh pozitivno nabitih polov. Druga dva para pa ostaneta nerazdeljena in se premakneta glede na jedro atoma kisika na nasprotno stran, kjer tvorita dva negativno nabita pola.

Torej so molekule vode polarne.

Zaradi polarnosti lahko sosednje molekule vode medsebojno delujejo in z molekulami polarnih snovi tvorijo 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 zahvaljujoč toplotnemu gibanju se te vezi med molekulami vode nenehno ustvarjajo in prekinjajo. Vodikove vezi - to so vezi med dvema kovalentno vezanima atomoma z visoko vrednostjo elektronegativnosti (Oh, N, F) skozi vodikov atom H. Običajno je vodikova vez označena s tremi pikami in to označuje , da je veliko šibkejši ; kot kovalentna vez (približno 15-20 krat).

Vodikove vezi igrajo odločilno vlogo pri tvorbi specifične kvazi in kristalne strukture vode. Po sodobnih konceptih je osnova strukture vode kristalna celica z delom prostih vodnih molekul, razmazanih s toplotnim gibanjem. Za vodo v trdnem stanju so značilne molekularne kristalne mreže, saj so kristali zgrajeni iz molekul, ki so med seboj povezane z vodikovimi vezmi. Prav prisotnost elementov kristalne mreže, pa tudi dipolna narava molekul vode, določata zelo visoko vrednost relativne prepustnosti vode.

Molekule tekoče vode so sposobne polimerizacije ali povezovanja s tvorbo asociatov (Н2О) n. Nastajanje gostih asociatov se pojavi pri +4 C, kar pojasnjuje veliko gostoto vode pri tej temperaturi. Pri segrevanju se vodikove vezi uničijo in pridruženi se začnejo cepiti, saj energija toplotnega gibanja postane večja od energije teh vezi. Prekinitev vezi zahteva veliko energije, zato ima voda visoko vrelišče in specifična toplotna zmogljivost. To je bistveno za organizme med nihanji temperature okolja.

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

BIOLOGIJA +Med disociacijo nekaterih elektrolitov, vključno z vodo, nastanejo ioni H + in je - , katerega koncentracija določa kislost ali bazičnost raztopin in s tem strukturne značilnosti in aktivnost številnih biomolekul in življenjskih procesov. Ta koncentracija se meri z uporabo pH indikator - pH. pH je negativni decimalni 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. Če ga spremenite za eno ali dve enoti, je škodljiva za celico. Konstantnost pH v celicah vzdržujejo puferski sistemi, ki vsebujejo mešanico elektrolitov. Sestavljeni so iz šibkih kislin. (darovalec H +) in z njo povezano bazo (akceptor H +) , ki v skladu s tem vežejo ione H + in OH vezi - , zaradi česar se pH reakcija znotraj celice skoraj ne spremeni.

hidrofilne in hidrofobne spojine. V molekulah vode sta dva para skupnih elektronov premaknjena proti kisiku, torej električni naboj znotraj molekul je razporejen neenakomerno: H + protoni povzročijo pozitiven naboj na enem polu, kisikovi elektronski pari pa negativni 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 komunicira z nosilci pozitivnih in negativnih nabojev. Prisotnost polov v vodnih molekulah pojasnjuje sposobnost vode, da kemične reakcije hidracijo.

Zaradi svoje polarnosti se molekule vode lahko vežejo na molekule ali ione vodotopnih snovi, da tvorijo hidrate (spojine vode z topljencem). Te reakcije so eksotermne in za razliko od reakcij hidrolize hidratacije ne spremlja tvorba vodikovih ali hidroksidnih ionov.

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

V primeru interakcije molekul vode z molekulami nepolarnih snovi bo energija privlačnosti vodnih molekul v njih manjša od energije vodikovih vezi. Nepolarne molekule se poskušajo izolirati od molekul vode, se združijo in se izpodrinejo iz vodne raztopine. Hidrofobne snovi - To so nepolarne snovi, ki se ne raztopijo v vodi. To so netopne mineralne soli, lipidi, polisaharidi, nekatere beljakovine itd. Nekatere organske molekule imajo dvojne lastnosti: na nekaterih območjih so polarne skupine, na drugih pa nepolarne. To je veliko beljakovin, fosfolipidov. 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 razgradnje z električnim tokom. Na eno prostornino kisika nastaneta dve prostornini vodika (volumen plina je sorazmeren 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 na atom kisika, na njem nastane delni negativni naboj δ− in delni pozitiven naboj δ+ na vodikovi atomi. Sosednje molekule se med seboj privlačijo z nasprotnimi naboji - to povzroči relativno visoka temperatura vrelo vodo.

Voda pri sobni temperaturi je brezbarvna prozorna tekočina. Tališče 0º C, vrelišče pri atmosferskem tlaku - 100 ° C. Čista voda ne prevaja električne energije.

Zanimiva lastnost vode je, da ima največjo gostoto 1 g / cm 3 pri temperaturi približno 4 °C. Ko se temperatura še naprej znižuje, se gostota vode zmanjša. Zato z nastopom zime zgornje zamrzovalne plasti vode postanejo lažje in se ne potopijo. Na površini nastane led. Zamrznitev rezervoarja na dno običajno ne pride (poleg tega ima led tudi gostoto manj vode in lebdi na površini).

Kemijske lastnosti :

do večjih onesnaževal naravna voda vključujejo odpadne vode iz industrijskih podjetij, ki vsebujejo spojine živega srebra, arzena in drugih strupenih elementov. Odpadki iz živinorejskih kompleksov in mest lahko vsebujejo odpadke, ki povzročajo hiter razvoj bakterij. Velika nevarnost za naravna vodna telesa je nepravilno skladiščenje (ki ne zagotavlja zaščite pred padavine) ali uporabo gnojil in pesticidov, spranih v vodna telesa. Promet, zlasti voda, onesnažuje vodna telesa z naftnimi derivati ​​in gospodinjski odpadki ki jih brezvestni ljudje vržejo direktno v vodo.

Za zaščito vode je treba uvesti zaprto oskrbo z vodo za industrijska podjetja, kompleksno 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 \u003d CaCl 2 + H 2 O + CO 2

ali v ionski obliki:

CO 3 2− + 2H + = H 2 O + CO 2

Možno je dokazati, da se s prehajanjem skozi raztopino apnene vode sprosti ogljikov monoksid (IV), zaradi česar postane moten:

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

Da bi prepoznali sol ogljikove kisline, v vse tri epruvete dodamo malo kisline (da ne bo prelivala pri »vrenju«). Kjer se bo sprostil brezbarven plin brez vonja, je karbonat.

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

Od šolskih učbenikov vemo, da je molekula vode sestavljena iz atoma kisika in dveh atomov vodika, t.j. ena najmanjših in najlažjih molekul. Ob vsej rutini in za nas očitnosti tistih lastnosti vode, ki jih nenehno uporabljamo, obstajajo paradoksi tekoče vode, ki določajo celo oblike življenja na Zemlji.

Tekoča voda ima večjo gostoto kot led. Zato se pri zmrzovanju volumen ledu poveča, led plava na površini vode.

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

Viskoznost vode se z naraščajočim tlakom zmanjšuje.

Vrelišče vode je izven splošne odvisnosti vrelišča od molekulske mase snovi (slika 1.1). V nasprotnem primeru ne sme biti višja od 60 o C.

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

Toplota izhlapevanja (~ 2250 kJ/kg) je vsaj trikrat višja od toplote katere koli druge tekočine, 8-krat višja od toplote etanola.

Upoštevajte to zadnjo lastnost vode. Toplota izhlapevanja je energija, potrebna za prekinitev vezi med molekulami, ko preidejo iz kondenzirane faze v plinasto. To pomeni, da je razlog za vse paradoksalne lastnosti v naravi medmolekularnih vezi vode, to pa je odvisno od strukture molekule vode.

Slika 1.1. Razpon razmerij molekulske mase različnih spojin in njihovih vrelišč.

1. Kaj je molekula vode?

Leta 1780 Lavoisier je eksperimentalno ugotovil, da je voda sestavljena iz kisika in vodika, da dva volumna vodika medsebojno delujeta z enim volumnom kisika in da je razmerje mas vodika in kisika v vodi 2:16. Do leta 1840 je postalo jasno, da je molekulska formula vode H 2 O.

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 vezave 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 2p kisika pride do sp hibridizacije in nastanejo hibridne sp 3 orbitale z značilnim kotom med njimi 104,5 °, pa tudi dva pola nasprotnih nabojev. Dolžina O-N priključki je 0,95 Å (0,095 nm), razdalja med protoni je 1,54 Å (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 (kot 90 približno ), ki se prilegajo kocki. 1, 2 - osamljeni pari elektronov.

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

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

Ti naboji tvorijo svoje neposredno okolje tako, da obračajo sosednje molekule vode na strogo določen način – tako da je med dvema atomoma kisika vedno le en atom vodika. Tako medmolekulsko strukturo si je najlažje predstavljati in preučevati na vodi v trdnem stanju. Slika 1.4 prikazuje strukturo ledu.

riž. 1.4. Heksagonalna struktura ledu

Strukturo držijo skupaj O-H...O vezi. Takšna povezava dveh atomov kisika sosednjih molekul vode, ki jo posreduje en atom vodika, imenujemo vodikova vez.

Vodikova vez se pojavi iz naslednjih razlogov:

1 - proton ima samo en elektron, zato je odboj elektronov dveh atomov minimalen. 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 veliko vrednost elektronegativnosti. Običajno (po Paulingu) je 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, v dveh deluje kot darovalec elektronov, v dveh deluje kot akceptor elektronov. In te vezi lahko nastanejo tako s sosednjimi molekulami vode kot z drugimi snovmi.

Torej dipolni moment kot H-O-H in vodikova vez О-Н…О 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 delovanjem električnega toka, ki ga spremlja elektromagnetno sevanje.

Da ga rešimo, ugotovimo, kaj je voda? Kakšna je struktura vodnih molekul? Kaj je znano o molekulah vode in njihovih vezi? V prispevku sem uporabil različne publikacije, ki so v zadostnih količinah dostopne na internetu, a so pomnožene v velikem številu, tako da mi ni jasno, kdo je njihov avtor in se mi je neumno sklicevati na vir. Poleg tega so te publikacije "zmedene" do sramote, kar otežuje zaznavanje in bistveno podaljša čas študija. Z analizo člankov sem izluščil nekaj, kar vas lahko vodi pri razumevanju, s čim se bomo ukvarjali v procesu pridobivanja poceni energije oziroma v procesu razgradnje molekul vode na komponente – vodik in kisik.

Torej, razmislimo o najpomembnejših konceptih o strukturi 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 dva atoma vodika. Kot vrha je 104°27, stranska dolžina pa 0,096 nm. Ti parametri se nanašajo na hipotetično ravnotežno stanje molekule vode brez njenih nihanj in vrtenja. Geometrija molekule vode in njene elektronske orbite so prikazane na sliki.

Molekula vode je dipol, ki vsebuje pozitivne in negativne naboje na polih. Če "prosto" molekulo vode, ki ni vezana na druge molekule, postavimo v električno polje, se bo ta s svojimi negativnimi polo "obračala" proti pozitivni plošči električnega polja, s pozitivnimi poloma pa proti negativni plošči. Prav ta proces je prikazan na sliki 1, položaj - 3B, ki pojasnjuje delovanje Mayerjeve celice v članku "Voda namesto bencina".

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

Zaradi prisotnosti vodikovih vezi vsaka molekula vode tvori vodikovo vez s 4 sosednjimi molekulami in tvori odprt mrežasti okvir v molekuli ledu. To urejeno stanje molekul vode lahko imenujemo "struktura". Vsaka molekula lahko hkrati tvori štiri vodikove vezi z drugimi molekulami pod strogo določenimi koti, enakimi 109°28′, usmerjenimi v tetraedrska oglišča, ki ob zamrzovanju ne omogočajo tvorbe goste strukture.

Ko se led topi, se njegova tetragonalna struktura uniči 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, hitro pretrgane in ponovno oblikovane.

Tetraedri vodnih molekul, združeni v skupine, tvorijo različne prostorske in ravninske strukture.

In iz vse raznolikosti struktur v naravi je osnova šesterokotna (heksagonalna) struktura, ko je šest molekul vode (tetraedrov) združenih v obroč.

Ta vrsta strukture je značilna za led, sneg in taljeno vodo, ki se zaradi prisotnosti takšne strukture imenuje "Strukturirana voda". O koristnih lastnostih strukturirane vode je veliko napisanega, vendar to ni tema našega članka. Logično bi bilo, da je strukturirana voda, ki tvori šesterokotne strukture, najslabša različica vodne strukture, ki jo lahko uporabimo za razgradnjo na vodik in kisik. Naj pojasnim, zakaj: molekule vode, ki jih združuje šest v heksamer, imajo električno nevtralno sestavo - heksameri nimajo pozitivnih in negativnih polov. Če postavite heksamer strukturirane vode v električno polje, se na to nikakor ne bo odzval. Zato lahko logično sklepamo, da je nujno, da je v vodi čim manj organiziranih struktur. Pravzaprav je ravno nasprotno, heksamer ni popolna struktura, obstaja še bolj zanimiv koncept - grozd.

Strukture združenih vodnih molekul se imenujejo grozdi, posamezne molekule vode pa kvante. Grozd je skupna spojina 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 delno obnovijo vezi med elementi grozdov in spremeni se električna prevodnost vode. Z drugimi besedami, Destilirana voda je voda, ki ima minimalno število vezi med molekulami . V njej so dipoli molekul v napačno usmerjenem stanju, zato je dielektrična konstanta destilirane vode zelo visoka in je slab prevodnik električnega toka. Hkrati, da bi povečali obvladljivost vodnih grozdov, se ji dodajo kisline ali alkalije, ki zaradi sodelovanja v molekularnih vezi ne dovolijo, da molekule vode tvorijo heksagonalne strukture in tako tvorijo elektrolite. Destilirana voda je nasprotje strukturirane vode, v kateri je med molekulami vode v grozdih ogromno vezi.

Na mojem spletnem mestu so in se bodo pojavili članki, ki so na prvi pogled "ločeni" in nimajo nobene zveze z drugimi članki. Pravzaprav je večina člankov spletnega mesta medsebojno povezanih v eno celoto. V tem primeru pri opisovanju lastnosti destilirane vode uporabljam dipolno teorijo električnega toka, to je alternativni koncept električnega toka, ki ga tako znanost kot praksa potrjuje bolje kot klasični koncept.

Ko so izpostavljeni energiji vira električnega toka, se vsi dipoli vodnih atomov (kot prevodnik) obrnejo in usmerijo svoje istoimenske pole v eno smer. Če so molekule vode pred pojavom zunanjega električnega polja ustvarile gručasto (medsebojno usmerjeno) strukturo, potem je za orientacijo v zunanjem električnem polju potrebna minimalna količina energije vira električnega toka. Če struktura ni bila organizirana (kot destilirana voda), potem veliko število energija.

Upoštevajte, da "med ljudmi" obstaja mnenje, da morata imeti destilirana voda in taljena voda enake električne prevodne lastnosti, ker ena in druga nimata kemičnih nečistoč (običajno soli), kemična sestava je enaka, struktura molekul vode pa je enaka v stopljeni vodi in v destilirani vodi.

Pravzaprav je vse videti nasprotno, odsotnost nečistoč sploh ne kaže na lastnosti električne prevodnosti vode. Ne zavedajo se tega, nekateri ljudje "ubijejo" baterije v fazi, ko jih napolnijo z elektrolitom, zamenjajo destilirano vodo s staljeno vodo ali preprosto prečistijo skozi ogljikov filter. Praviloma napolnjen akumulator, ki ga kupite na avtomobilskem trgu, zdrži manj kot tisti, ki ste ga kupili suho napolnjen in razredčen žveplova kislina destilirano vodo, jo napolnite sami. To je samo zato, ker je "pripravljen" elektrolit ali napolnjena baterija dandanes sredstvo za zaslužek, in da bi ugotovili, kakšna voda je bila uporabljena, je treba opraviti drag pregled, nihče se ne obremenjuje. to Trgovcu ni pomembno, kako dolgo zdrži baterija na vašem avtomobilu, prav tako se ne želite zapletati s kislino. Zagotavljam pa vam, da bo baterija, nad katero se boste potili, pri temperaturah pod ničlo veliko bolj vesela kot baterija, napolnjena s že pripravljenim elektrolitom.

Nadaljujmo!

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

Ker je struktura molekule vode asimetrična, se težišča njenih pozitivnih in negativnih nabojev ne ujemata. Molekule imajo dva pola - pozitiven in negativni, ki ustvarjata, kot magnet, polja molekularne sile. Takšne molekule imenujemo polarne ali dipoli, kvantitativno značilnost polarnosti pa določa električni moment dipola, izražen kot produkt razdalje. l med električnima težiščem 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) se vrstijo v določenem vrstnem redu, medtem ko vsi grozdi nihajo z enako frekvenco in pridobijo eno skupno frekvenco. Pri takem gibanju grozdov, ob upoštevanju, da so molekule vode, ki so vključene v grozd, polarne, torej imajo velik dipolni moment, je treba pričakovati pojav elektromagnetnega sevanja. To sevanje se razlikuje od sevanja prostih dipolov, saj so dipoli vezani in nihajo skupaj v gručasto strukturo.

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

kje a je površinska napetost vode pri dani temperaturi; M
je masa grozda.

Kje V je velikost 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 tresljajev grozda f enaka 6,79 10 9 Hz, to 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 gručaste elemente kot proste molekule, se bo ob izpostavljenosti zunanjemu elektromagnetnemu sevanju pojavilo naslednje. Ko se molekule vode približajo druga drugi (razdalja se spremeni od R 0 do R 1 ), se energija interakcije spremeni za večjo količino kot pri odmiku druga od druge (razdalja se spremeni od R 0 do R 2 ).

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

V prisotnosti nečistoč v vodno okolje, so pokriti s hidratno lupino na način, da skupna energija sistema teži k minimalni vrednosti. In če je skupni dipolni moment šesterokotne strukture enak nič, potem je v prisotnosti nečistoč heksagonalna struktura v bližini njih kršena tako, da sistem prevzame minimalno vrednost, v nekaterih primerih se šestkotniki pretvorijo v peterokotniki, hidracijska lupina pa ima obliko, ki je blizu krogle. Nečistoče (na primer ioni Na +) lahko stabilizirajo strukturo, zaradi česar je bolj odporna na uničenje.

Samoorganiziran vodni sistem pod vplivom elektromagnetnega sevanja se ne bo premikal kot celota, temveč vsak element šesterokotnika, v primeru nečistoč lokalno in drugačnega tipa pa se bo struktura premaknila, t.j. bo prišlo do izkrivljanja geometrije strukture, t.j. nastanejo napetosti. Ta lastnost vode je zelo podobna polimerom. Toda polimerne strukture imajo veliki časi sprostitev, ki ni 10 -11 -10 -12 s, ampak minut ali več. Zato energija kvantov elektromagnetnega sevanja, ki prehaja v notranjo energijo organizirane vodne strukture zaradi njenih popačenj, bo akumulirala, dokler ne doseže energije vodikove vezi, ki je 500–1000-krat večja od energije elektromagnetne polje. Ko je ta vrednost dosežena, se vodikova vez prekine in struktura se uniči.

To je mogoče primerjati z snežni plaz ko pride do postopnega, počasnega kopičenja mase, nato pa do hitrega kolapsa. V primeru vode se ne prekine le šibka vez med grozdi, ampak tudi močnejše vezi – v strukturi molekul vode. Kot rezultat te vrzeli 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 ob izpostavljenosti elektromagnetnemu sevanju z vodo v strukturi grozda kopiči energija do določene kritične vrednosti, nato se prekinejo vezi tako med grozdi kot drugimi, pride do plazovitoga sproščanja energije, ki se nato lahko pretvori v drugo vrste.