вдяки цим зв'язкам в окремих мікрооб'ємах води безперервно виникають своєрідні асоціати води, її структурні елементи. Зв'язок в таких асоціатів називається водневої. Вона є дуже слабкою, руйнує легко, на відміну від ковалентних зв'язків, наприклад, у структурі мінералів або будь-яких хімічних сполук.
Цікаво, що вільні, не пов'язані в асоціати молекули води присутні у воді лише в дуже невеликій кількості. В основному ж вода - це сукупність безладних асоціатів і В«водяних кристалівВ», де кількість пов'язаних в водневі зв'язки молекул може досягати сотень і навіть тисяч одиниць.
В«Водяні кристали В»можуть мати саму різну форму, як просторову, так і двомірну (у вигляді кільцевих структур). В основі ж всього лежить тетраедр (Найпростіша піраміда в чотири кута). Саме таку форму мають розподілені позитивні і негативні заряди в молекулі води. Групуючись, тетраєдри молекул H2O утворюють різноманітні просторові і площинні структури. І з усього різноманіття структур у природі базової, судячи з усього (поки тільки не точно доведене припущення) є всього одна - гексагональна (Шестигранна), коли шість молекул води (тетраедрів) об'єднуються в кільце. p> Такий тип структури характерний для льоду, снігу, талої води, клітинної води всіх живих істот.
Кожна молекула води в кристалічній структурі льоду бере участі в 4 водневих зв'язках, спрямованих до вершин тетраедра. У центрі цього тетраедра знаходиться атом кисню, у двох вершинах - по атому водню, електрони яких задіяні в освіті ковалентного зв'язку з киснем. Дві що залишилися вершини займають пари валентних електронів кисню, які не беруть участь в утворенні внутрішньомолекулярних зв'язків. При взаємодії протона однієї молекули з парою неподіленого електронів кисню іншої молекули виникає воднева зв'язок, менш сильна, ніж зв'язок внутримолекулярная, але досить могутня, щоб утримувати поруч сусідні молекули води. Кожна молекула може одночасно утворювати чотири водневі зв'язки з іншими молекулами під строго певними кутами, рівними 109 В° 28 ', спрямованих до вершин тетраедра, які не дозволяють при замерзанні створювати щільну структуру (при це в структурах льоду I, Ic, VII і VIII цей тетраедр правильний).
Коли лід плавиться, його тетрагональная структура руйнується і утворюється суміш полімерів, що складається з три-, тетра-, пента-, і гексамерів води і вільних молекул води. Схематично цей процес показаний нижче. p> Рис.6.2 Структура рідкої води. У воді кластери періодично руйнуються і утворюються знову. Час перескоку становить 10 -12 секунд. p> Вивчити будова цих утворюються полімерів води виявилося досить складно, оскільки вода - суміш різних полімерів, які знаходяться в рівновазі між собою. Стикаючись один з одним, полімери переходять один в іншій, розкладаються і знову утворюються.
Розділити цю суміш на окремі компоненти теж практично неможливо. Лише в 1993 році група дослідників з Каліфорнійського університету (м. Берклі, США) під керівництвом доктора Р.Дж.Сайкаллі розшифрувала будову тріммера води, в 1996 р. - тетрамера і пентамер, а потім і гексамерів води. До цього часу вже було встановлено, що рідка вода складається з полімерних асоціатів (кластерів), містять від трьох до шести молекул води.
На малюнку 6.3показано будова три-, тетра-, пента-, і гексамерів води. Всі вони циклічні, тобто утворюють досить стійкі В«кільцяВ».
Більше складним виявилося будова гексамерів. Найпростіша структура - шість молекул води у вершинах шестикутника, - як з'ясувалося, не настільки міцна, як структура клітини. Більше того, структури призми, розкритої книги або човна теж виявилися менш стійкими. У шестикутнику може бути тільки шість водневих зв'язків, а експериментальні дані говорять про наявність восьми. Це значить, що чотири молекули води пов'язані перехресними водневими зв'язками.
Структури кластерів води були знайдені і теоретично, сьогоднішня обчислювальна техніка дозволяє це зробити. Більше того, саме зіставленням експериментально знайдених і розрахованих параметрів вдалося довести, що полімери мають те будова, яке описано вище.
У 1999 Станіслав Зенін провів спільно з Б. Полануером (зараз у США) дослідження води в ДНДІ генетики, які дали цікаві результати. Застосувавши сучасні методи аналізу, якось рефрактометричних, протонного резонансу та рідинної хроматографії дослідникам вдалося виявити поліассооціати - "кванти" води.
Об'єднуючись один з одним, кластери можуть утворювати більш складні структури.
Кластери, містять у своєму складі 20 молекулу виявилися більш стабільними.
Згідно гіпотезі С.В. Зеніна вода являє собою ієрархію правильних об'ємних структур "асоціатів" (clathrates), в основі яких лежить кристалоподібний "квант водиВ», що складається з 57 її молекул, які взаємодіють один з одним за рахунок вільних водневих зв'язків. При цьому 57 молекул води (к...
