Кластерная структура воды
Это продолжение статьи, начало — на прошлых страничках данного раздела.
Кластерная структура воды
По воззрению неких исследователей (Ю. А. Колясников) водородные связи в этих тетрамерах могут создавать как правотак и левовинтовую последовательности, подобно тому, как кристаллы кварца бывают правои лево-вращательной кристаллической форм (рис. 26). Потому что каждый таковой тетрамер воды имеет к тому же четыре незадействованные наружные водородные связи, то тетрамеры могут соединяться этими наружными связями в собственного рода полимерные цепочки, наподобие молекулы ДНК. Так как наружных связей всего четыре, а внутренних — в 3 раза больше, то это позволяет тетрамерам в водянистой воде изгибать, поворачивать и даже надламывать эти ослабленные термическими колебаниями наружные водородные связи. Согласно этому предположению это и обуславливает текучесть воды.
Предполагаемая структура воды могла быть обоснована ее старой реологической связью с кварцем и другими кремнекислородными минералами, преобладающими в земной коре, из недр которой когда-то появилась вода на Земле. Как небольшой кристаллик соли принуждает окружающий его раствор кристаллизоваться в подобные ему кристаллы, так кварц мог инициировать молекулы воды выстраиваться в тетраэдрические структуры, которые, энергетически более прибыльны.
Предложены теоретические модели, объясняющие структуру и характеристики воды. 1-ые модели воды стали появляться в конце XIX века, когда накопилось много фактических данных об аномалиях воды. Во 2-ой половине XX века Г. Немети и Х. Шаран предложили кластерную модель воды. В ней вода представлена в виде консистенции кластеров связанных водородными связями молекул воды, которые плавали посреди свободных несвязанных молекул воды (рис. 27).
На данный момент наукой установлено, что особенности физических параметров воды и бессчетные короткоживущие водородные связи меж примыкающими атомами водорода и кислорода в молекуле воды делают подходящие способности для образования особенных структур-ассоциатов молекул воды (кластеров), способных принимать, хранить и передавать самую различную информацию о внутренних и наружных воздействиях.
Конкретной предпосылкой образования водяных кластеров являются водородные связи меж молекулами воды (рис. 28). Они появляются меж ядрами водорода одних молекул и «сгущениями» электрической плотности у ядер кислорода других молекул воды. Водородные связи просто разрушаются под действием термических колебаний молекул и стремительно восстанавливаются вновь, что делает структуру воды только изменчивой. Конкретно благодаря этим связям в отдельных микрообъемах воды безпрерывно появляются структурные элементы – кластеры воды. Появление и распад кластеров можно выразить схемой:
x·H2O- (H2O)x
Благодаря Рамановой электроскопии в 2005 г. коллектив учeных из института Беркли, США – Гейслер, Сейкали и Смит, проявили, что связи водорода меж молекулами воды находятся в неизменном движении, повсевременно разрываются и изменяются (рис. 29). При каждом значении температуры в воде устанавливается свое динамическое равновесие в этом процессе. При нагревании воды часть теплоты затрачивается на разрыв водородных связей в кластерах. При всем этом на разрыв каждой связи расходуется 0,26-0,5 эВ. Этим и разъясняется аномально высочайшая теплоемкость воды по сопоставлению с расплавами других веществ, не образующих водородных связей. При нагревании таких расплавов энергия расходуется лишь на сообщение термических движений их атомам либо молекулам. Водородные связи меж молекулами воды стопроцентно разрываются только при переходе воды в пар. На корректность таковой точки зрения показывает и то событие, что удельная теплоемкость водяного пара при 100°С фактически совпадает с удельной теплоемкостью льда при 0°С.
Эти результаты коррелируют с квантово-механическими анализами диапазона воды д-ра Игнатова. При этих анализах относительная стабильность кластеров находится в зависимости от наружных причин. Вода отличается по собственной структуре, и сходство в диапазоне может наблюдаться при определeнных наружных критериях (Игнатов, 2005). Вода изменяет положение собственных молекул зависимо от энергии связей водорода. Анализы и результаты, достигнутые с помощью аппаратуры на наличие «стационарных» кластеров, тяжело могут быть восприняты. Сами кластерные формации оживленны, и «запоминание» инфы находится в зависимости от целого ряда причин. 1-ые результаты и анализы при помощи прибора проф. Антонова были получены в 1997 г.
Рис. 29. Итог Гейслера, Сейкали и Смита, приобретенный в итоге Рамановой электроскопии при анализе движения молекул воды, Berkeley University, USA
Этот итог коррелирует с квантово-механическими анализами д-ра Игнатова оживленного движения молекул воды в их попытке отыскать относительно размеренное состояние кластеров из порядка нанометров.
www.medicalbiophysics.dir.bg/ru/water_memory.html
Вода, таким макаром, – это огромный полимер огромного количества молекул воды, связанных вместе водородными связями, которые повсевременно рвутся и образуются вновь, что и разъясняет многие аномальные характеристики воды. Но традиционный полимер – это молекула, все атомы которой объединены ковалентными связями, а не водородными, которые до недавнешнего времени числились чисто электростатическими. Но в 1999 г. было экспериментально показано, что водородная связь меж молекулами воды во льду имеет отчасти (на 10%) ковалентный нрав (Isaacs E. D., et al.,1999). Даже отчасти ковалентный нрав водородной связи “разрешает”, само мало, 10% молекул воды объединяться в полимерные устойчивые ассоциаты.
В 1993 году южноамериканский химик Кен Джордан высчитали варианты устойчивых “квантов воды”, состоящие из 6 молекул воды (рис. 30) (Tsai & Jordan, 1993). Эти кластеры могут объединяться вместе и со “свободными” молекулами воды за счет экспонированных на их поверхности водородных связей. Увлекательной особенностью этой модели будет то, что из нее следует, что свободно растущие кристаллы воды в снежинках должны владеть 6-лучевой симметрией.
В 1993 году группа исследователей из Калифорнийского института (г. Беркли, США) под управлением доктора Р.Дж.Сайкалли расшифровала строение триммера воды, в 1996 г. – тетрамера и пентамера, а потом и гексамера воды. Они все цикличны, т. е. образуют достаточно устойчивые «кольца».
В 2002 году группе д-ра Хэд-Гордона способом рентгеноструктурного анализа при помощи сверхмощного рентгеновского источника Advanced Light Source (ALS) удалось показать, что молекулы воды способны за счет водородных связей создавать структуры — «настоящие кирпичики» воды, представляющие из себя топологические цепочки и кольца из огромного количества молекул. Интерпретируя приобретенные экспериментальные данные, исследователи считают эти ассоциаты достаточно долгоживущими элементами структуры воды.
Структуры кластеров воды были найдены и на теоретическом уровне, нынешняя вычислительная техника позволяет это сделать (рис. 31).
Рис. 31. Вероятные кластеры воды.
Объединяясь вместе, кластеры могут создавать более сложные структуры:
Кластеры, содержащие в своём составе 20 молекул воды оказались более размеренными.
В 1998 году русский исследователь воды С.В. Зенин первым предложил, что
кластеры воды представляют собой иерархию правильных больших структур, в базе которых лежит кристаллоподобный «квант воды», состоящий из 57 молекул воды, взаимодействующих вместе за счет свободных водородных связей. При всем этом 57 молекул воды (квантов), образуют структуру, напоминающую тетраэдр. Тетраэдр в свою очередь состоит из 4 додекаэдров (правильных 12-гранников).
При всем этом у каждой из молекул воды в обычных тетраэдрах сохраняется способность создавать водородные связи. За счет их обыкновенные тетраэдры могут объединяться меж собой верхушками, ребрами либо гранями, образуя разные кластеры со сложной структурой, к примеру, в форме додекаэдра. 16 квантов воды, в свою очередь образуют структурный элемент, состоящий из 912 молекул воды, которые по модели Зенина фактически не способны к взаимодействию за счет образования водородных связей.
Вода по воззрению С. Зенина на 80% состоит из таких частей, 15% — кванты-тетраэдры и 3% — традиционные молекулы воды. Этим и разъясняется, к примеру, высочайшая текучесть воды, состоящей из большенных полимеров. Кластеры воды несут внутри себя информацию очень высочайшей плотности. Порядковое число структурных частей воды воды, по-видимому, так же высоко, как и порядковое число кристаллов.
Таким макаром, аква среда представляет собой иерархически организованный водянистый кристалл. Изменение положения 1-го структурного элемента в этом кристалле под действием хоть какого наружного фактора среды либо изменение ориентации окружающих частей под воздействием добавляемых веществ обеспечивает, согласно догадке Зенина, высшую чувствительность информационной системы воды. Такая модель позволяет Зенину разъяснить «память воды» и ее информационные характеристики (Зенин, 1997).