Кластерна вода »міфи і реальність - labpricelabprice, мобільна версія
«Кластерна вода»: міфи та реальність
Ще зі шкільного курсу хімії всім відомо, що молекули води притягуються один до одного за допомогою спеціального типу диполь-диполь взаємодій, більш відомих як водневі зв'язку. Водневі зв'язки формують кластер, в якому чотири молекули Н2 Про розташовані в кутах тетраедра, є особливо сприятливим для низкопотенциальной енергії. Молекули піддаються швидкому тепловому руху за годинниковою шкалою пикосекунд (10-12 секунд), тому термін дії будь-якої кластерної конфігурації буде швидкоплинним.
Різні методики, включаючи інфрачервоне поглинання, розсіювання нейтронів і ядерний магнітний резонанс, були використані для вивчення мікроскопічних структур води. На інформації, отриманої в результаті експериментів і теоретичних розрахунків, основані близько 20 «моделей», якими дослідники спробували пояснити структуру і поведінку води. Але поки ми не маємо жодних остаточних висновків. Таким чином, питання «Як відрізнити членів« кластера »від сусідніх молекул, які не містяться в цьому кластері?» І «Як окремі водневі зв'язку, які постійно руйнуються і переформовуються в пикосекундной масштабі часу, зробити водневими кластерами, які мають будь-осмислене існування протягом тривалого періоду часу? »все ще залишаються відкритими. Іншими словами, кластери є перехідними елементами, в той час як «структура» означає молекулярний механізм, який є більш міцним. Те чи доцільно використовувати термін «кластери» в описі структури води?
Вперше в 1950-х роках була запропонована теорія, що вода є набором «кластерів мерехтіння» різних розмірів, але вона була ще не в змозі пояснити багатьох із спостережуваних властивостей рідини. Сучасна наука підтримує молекулярне моделювання, розпочате в 1980-х роках, при якому на дуже короткому проміжку часу (менш ніж пікосекунди) вода більше схожа на «гель», що складається з одного величезного кластеру. На шкалі часу 9-12 секунд обертання і інші теплові руху змушують окремі водневі зв'язку ламатися і перебудовуватися в нових конфігураціях, викликаючи постійно мінливі локальні розриви, чиї масштаби і вплив залежать від температури і тиску.
Цілком ймовірно, що при дуже малих обсягах локалізованість водні кластери можуть мати швидкоплинне існування. Але було зроблено багато теоретичних розрахунків, які показали, що деякі комбінації є більш стабільними, ніж інші. Так чи інакше, основний висновок досліджень і розрахунків полягає в тому, що 80% молекул води пов'язані в ланцюжок. Таким чином, підтримується гіпотеза динамічно змінюється, невпорядкованою структури води (рис. 1).
Мал. 1. Будова водних кластерів
Анна Бєляєва,
Університет Дуйсбурга-Ессена, Німеччина,
науковий консультант Науково-сервісної фірми «ОТАВА»