Обладает ли вода памятью?
Вода представляет собой
самое аномальное вещество на Земле,
обладающее многими аномальными
свойствами, в том числе способность
воды запоминать информацию о прежних
воздействиях, на которой основана
гомеопатия, имеющая уже двухсотлетний
опыт и переживающая в наше время новый
этап своего развития.
Молекула воды в самом простом
приближении имеет очень простую
структуру, напоминающую плоский угол. Стороны угла атомов водорода находятся
по отношению к друг другу под углом
104,7° за
счёт взаимного отталкивания двух
положительно заряжённых атомов водорода
(в парообразной воде и во льду этот угол
увеличивается до 109о).
Рис. Молекула
воды
Поскольку у атома кислорода
больше электронов (химики говорят, что
атом кислорода более электроотрицательный),
чем у атома водорода, электроны двух
атомов водорода сдвигаются в сторону
более электроотрицательного атома
кислорода, приводя к тому, что два
положительных заряда атомов водорода
компенсируются равным по величине двум
атомов водорода отрицательным зарядом
атома кислорода. Поэтому электронное
облако имеет неоднородную плотность.
Около ядер водорода имеется недостаток
электронной плотности, а на противоположной
стороне молекулы, около ядра кислорода,
наблюдается избыток электронной
плотности. Это приводит к тому, что
молекула воды представляет собой
маленький диполь, содержащий положительный
и отрицательный заряды на полюсах.
Именно такая структура и
определяет полярность молекулы воды.
Если соединить прямыми линиями эпицентры
положительных и отрицательных зарядов
получится объемная геометрическая
фигура - правильный тетраэдр. Но такой
тетраэдр – это только самый первый
базовый уровень строения воды.
Рис.
Структура молекулы воды: а) угловая; б)
шаровая; в) тетраэдрическая
Второй уровень химической
организации воды определяется возможностью
тетраэдров воды образовывать многочисленные
короткоживущие связи, названные
водородными связями, которые связывают
отдельные молекулы воды друг с другом
в ассоциаты (кластеры), способные
воспринимать, хранить и передавать
самую различную информацию. Таким
образом, вода – сложный полимер формулы
(Н2О)n,
составленный из повторяющихся групп,
содержащих от трех до 12 и более одиночных
молекул воды. Вследствие этого вода
обладает аномальными значениями
температуры замерзания и кипения. Если
бы вода подчинялась общим правилам, она
должна была замерзать при температуре
порядка -100оС
и закипать при температуре около 10оС. Рис.
Образование
водородной связи между двумя отдельными
молекулами воды
Водородная связь намного
слабее ковалентной связи, тем не менее
играет очень важную роль во внутри-
межмолекулярных взаимодействиях.
Водородные связи во многом обусловливают
аномальные физические свойства воды.
Например, если рассматривать воду как
простую совокупность молекул Н2О,
то оказывается, что её удельный вес
должен составлять 1,84 г/см3,
а температура её кипения будет равна
63,5°С. Но, как известно, при нормальной
температуре и давлении удельный вес
воды равен 1 г/см3,
а кипит вода при 100°С. Исходя из этого,
следует предположить, что внутри воды
должны быть пустоты, где нет молекул
Н2О,
то есть воде присуща особая структура.
Это принципиальное открытие было сделано
английским физиком Берналом. С тех пор
в этой области проведено множество
исследований, но полной ясности в этом
вопросе еще нет.
Отличительная черта
водородной связи – сравнительно низкая
прочность, ее энергия в 5–10 раз ниже,
чем энергия химической связи. По энергии
она занимает промежуточное положение
между химическими связями и
Ван-дер-ваальсовыми взаимодействиями,
теми, что удерживают молекулы в твердой
или жидкой фазе.
Поскольку каждая молекула
воды имеет четыре центра образования
водородной связи (две неподелённые
электронные пары у атома кислорода и
два атома водорода), то каждая молекула
воды способна образовывать водородные
связи с четырьмя молекулами воды, образуя
ажурный сетчатый каркас в молекуле
льда.
Рис.
Каждая молекула воды способно образовывать
водородные связи с четырьмя соседними
молекулами
В кристаллической структуре
льда каждая молекула участвует в 4
водородных связях, направленных к
вершинам тетраэдра. В центре этого
тетраэдра находится атом кислорода, в
двух вершинах — по атому водорода,
электроны которых задействованы в
образовании ковалентной связи с
кислородом. Две оставшиеся вершины
занимают пары валентных электронов
кислорода, которые не участвуют в
образовании внутримолекулярных связей.
Рис.
Водородные связи в кристаллической
решётке льда
В отличие от льда, в жидкой
воде водородные связи легко разрушаются
и быстро восстанавливаются, что делает
структуру воды исключительно изменчивой.
Именно благодаря этим связям в отдельных
микрообъемах воды непрерывно возникают
своеобразные ассоциаты воды - её
структурные элементы кластеры. Всё это
приводит к неоднородности в структуре
воды. Водородные связи в воде непрерывно
образуются и рвутся, причем эти процессы
протекают кооперативно в пределах
короткоживущих групп молекул воды,
названных “мерцающими кластерами”.
Их время жизни оценивают в диапазоне
от 10-10
до 10-11
с. Такое представление правдоподобно
объясняет высокую степень подвижности
жидкой воды и ее низкую вязкость.
Считается, что благодаря именно таким
свойствам вода служит одним из самых
универсальных растворителей. Рис. Модель мерцающих
кластеров воды.
На рисунке представлены как отдельные
кластерно-ассоциативные структуры
молекул воды, так и отдельные молекулы
воды, не связанные водородными связями.
Вода – это громадный полимер
множества молекул воды, связанных друг
с другом водородными связями. Но
классический полимер – это молекула,
все атомы которой объединены ковалентными
связями, а не водородными, которые до
недавнего времени считались чисто
электростатическими. Однако в 1999 г. было
экспериментально показано, что водородная
связь между молекулами воды во льду
имеет частично (на 10%) ковалентный
характер [Isaacs E. D., et al.,1999]. Даже частично
ковалентный характер водородной связи
“разрешает”, по меньшей мере, 10% молекул
воды объединяться в полимерные устойчивые
ассоциаты.
|