Вода. Структура воды и её свойства.

Супервода не замерзает  даже при минус 100 °С, на 40% плотнее  обычной воды имеет повышенную (в 15 раз) вязкость и очень низкую летучесть. Свою аномальность супервода сохраняет  лишь до температуры 700 °С, при нагревании до 900-1000 °С она превращается в нормальную воду. Однако до 700°С супервода при  нагревании и охлаждении, длительном хранении не теряет необычных свойств.

Дальнейшие исследования спектров этой аномальной воды с помощью  инфракрасного метода и метода ядерного магнитного резонанса показали, что  она представляет собой полимер, получающийся при объединении молекул  воды в гексагональные кольца, которые, нанизываясь друг на друга, образуют длинные цепочки. Отмечено также, что  для этого процесса требуется  катализатор -кварц. Во всех полученных до сих пор образцах «поливоды» имелись  растворимые примеси, присутствием которых можно объяснить многие из ее аномальных свойств. Измерение  диэлектрической постоянной и эффективной  параллельной проводимости образцов аномальной воды приводит к выводу, что она, кроме того и гидрозоль, содержащий тонко раздробленные материальные частицы, взвешенные в обычной воде. Сканирующая электронная микрография  подтверждает присутствие таких  частиц. Эти новые экспериментальные  данные дают однозначное объяснение свойств аномальной воды: как разновидность  воды она не существует, а сводится к тому, что вода в тонком слое у кварцевой стенки приобретает  структуру и даже какие-то свойства кварца.

Свойства суперводы  описаны для того, чтобы этим примером дать представление о том, какой  необычной может становиться  обычная вода в теснинах клеточных  лабиринтов. Мы говорили о структурности  воды, пользуясь в основном неорганическими  представлениями, с тем, чтобы попытаться по ним судить о механизме кристаллизации воды в клетке. В действительности, взаимодействие молекул воды в биологических  системах слишком сложно, чтобы его  можно было изобразить простыми моделями. Все же попытаемся отметить хотя бы некоторые особенности на уровне клетки, каксающиеся структурности  воды.

При исследовании процесса изменения структуры воды, индуцируемой микромолекулами, диэлектрический  метод оказался более чувствительным, чем метод протонного магнитного резонанса. Однако растворы высокой  электропроводимости изучались  по-прежнему резонансным методом, так  как диэлектрический к ним  неприменим. Найдено, что молекула ДНК  в ориентирующем потоке может  упорядочивать воду на расстоянии до 1000 ? от поверхности макромолекулы, т.е. диаметр области упорядоченной  воды, порядка 1/4 длины макромолекулы.

Способность упорядочивать  в значительной степени зависит  от структуры поверхности макромолекулы, от конфигурации атомов. Чем более  эта конфигурация подобна решетке  льда, тем сильнее выражена упорядочивающая  способность поверхности. Огромное упорядочивающее влияние ДНК  объясняется тем, что форма ее спирали идеально вписывается в  решетку льда. Однако это влияние  в большей мере зависит не только от формы макромолекулы, но от расположения в ней групп, способных образовывать водородные связи. С этим же связана  растворимость макромолекул в воде. Если число водородных связей, которые  могут быть образованы между поверхностью макромолекулы и водной решеткой, мало по сравнению с числом связей между макромолекулами, то вещество нерастворимо, и наоборот.

Электролиты самым  непосредственным образом могут  вызывать структурные изменения  в клетках. Так, например, давление электролита  производит сжатие молекулы ДНК, в результате чего спираль уже не подходит к  структуре льда и оболочка упорядоченной  воды сильно уменьшается. Упорядоченность  структуры внутриклеточной воды представляет собой ее наиболее устойчивое состояние в условиях клетки и  вполне соответствует термодинамическим  представлениям.

В качестве веского  доказательства правильности кристаллизационной (структурной), а не изотопной точки  зрения при объяснении механизма  действия талой и снеговой воды, обычно приводят эффект магнитной воды. Магнитное поле сильно изменяет физико-химические и даже биологические свойства воды. Обработка воды магнитом — эффективное  средство борьбы с накипью в чайниках и паровых котлах. Она активирует воду, видимо, каким-то образом изменяя  ее структуру. Тем не менее, магнитным  фактором с нашей точки зрения невозможно объяснить благоприятное  действие воды с пониженным содержанием D и Т.

Во-первых, не следует  забывать о том, что вся вода на Земле находится под непрерывным  воздействием магнитного поля Земли, хотя и довольно слабого. Поэтому вода всегда в какой-то мере стремится приобрести устойчивую структуру. Таким образом, структурность скорее должна рассматриваться как некое неотъемлемое постоянное свойство воды нашей планеты. Во-вторых, магнитное поле Земли — это своего рода холодильник, который позволяет держать воду структурированной («замерзшей») при температуре даже выше ее верхней температуры плавления. Отсутствия магнитных полей, вызываемых циркулирующими биотоками, в организмах нет. В-третьих, в клетке всегда действуют два фактора, упорядочивающие структуру воды: действие поверхностей макромолекул и ориентировка диполей воды в магнитном поле.

Р.Хорн пишет: «Вопрос  о структуре жидкой воды останется  на ближайшее будущее самой фундаментальной  и сложной проблемой химической океанографии и молекулярной биологии».

В рамках микроскопического  подхода структура воды отличается относительно беспорядочным динамически  меняющимся расположением молекул, а высокая плотность молекул  воды обусловливает сильное межмолекулярное  взаимодействие, осуществляемое посредством  водородных связей. Таким образом, вода представляет собой сложную ассоциированную  жидкость с тетраэдрической сеткой молекул, соединенных водородными  связями. В результате теплового  движения молекул эта сетка подвержена спонтанной перестройке.

В трехмерной сетке  водородных связей размещены флуктационные  микрообьемы молекул воды, обладающие сравнительно малой энергией теплового  движения и более высокой степенью структурного упорядочивания. Это —  микрокластеры и кластеры.

В то же время  вокруг микрокластеров в макрообмъеме ассоциированной среды с повышенной энергией теплового движения молекул  Н2О наблюдается большая степень  структурной беспорядочности, т.е. более  низкий уровень структурного упорядочения.

Так сложно обстоит  дело со структурой абсолютно чистой воды. Нас же здесь интересует структура  питьевой воды, той воды, которую  человек пьет, а это не чистая вода, а раствор необходимых живому организму микропримесей.

Как уже указывалось, вода — прекрасный растворитель. В  медицине, при изучении многочисленных биохимических реакций, протекающих  в живой и неживой природе, так же постоянно приходится встречаться  не с чистой водой, а с водными  растворами.

Рассмотрим кратко, что же такое раствор, как взаимодействует  растворенное вещество и растворитель и что происходит с водой, если добавить к ней те или иные примеси, например, соль.

Теория растворов  получила развитие в 20 веке и была существенно  стимулирована необходимостью понимания  различных физико-химических процессов  и прежде всего таких, как адсорбция, катализ, электролиз и другие.

К настоящему времени  можно выделить два направления  при изучении воды и водных растворов. С одной стороны, исследователи  с помощью рентгено-структурного анализа пытаются получить все более  точную информацию при анализе функции  радиального распределения растворимых  в воде частиц. А с другой стороны  развивается направление, связанное  с разработкой различных структурных  моделей для описания свойств, доступных  макроскопическим измерением, таким  как вязкость, диэлектрическая проницаемость  и др.

Структура водного  раствора определяется двумя факторами: структурой чистой воды как растворителя и свойствами растворенных веществ, ионы которых формируют свою собственную  структуру. По существу вопрос о структуре  раствора — это проблема понимания  всех типов взаимодействий, осуществляемых в растворе между атомами, ионами, и молекулами.

Ионы примесей в воде приводят к двум взаимопротивоположным  изменениям структуры воды. Поле иона нарушает упорядоченность молекул, которая характерна для чистой воды (эффект увеличения энтропии). Кроме  этого действие поля иона ориентирует  молекулу воды в этом поле и привадит к упорядоченному размещению их вокруг иона, что сопровождается уменьшением  энтропии. Преобладающий из этих двух эффектов определяет состояние изучаемой  системы.

Исходя из соображений  о гомеопатическом потенцировании, австрийские ученые В.Гутман, Г.Реш (1988) рассматривают взаимодействие между гидрофильными и гидрофобными растворенными веществами в качестве основного для структурирования и информационного накопления в  воде. Гидрофильные вещества ответственны за создание структуры, в то время, как  гидрофобные обеспечивают сохранение структурной информации в вакуумных  пустотах воды.

Структурная организация  воды создает граничные условия  для способностей организма воспринимать постороннее влияние или защищаться от него без нанесения вреда собственной  организации. Эта способность воды, которая обеспечивает единства и  целостность организма, основывается на взаимодействии между внешней  и внутриклеточной водой.

Вода — единственная среда, которая способна вступать во взаимодействие с каждой структурой в организме. Все неводные структуры  тела согласуются с оптимальным  способом с организацией водных структур.

Неводные структуры  образуют менее гибкие структуры, которые  функционируют в качестве статических  граничных условий для содержания более гибких водных структур, с  которыми они находятся в длительном взаимодействии.

Согласно Гутману  и Решу, гидрофильные вещества, такие  как растворенные ионы и гидратизированные  молекулы, как, например, сахар, мочевина и другие, действуют в воде в  качестве как бы структурной дробилки. Растворенные в воде газы, такие  как О2, H2, СО2, или иные гидрофобные  вещества способствуют упорядочению динамической структуры воды. Газовые гидраты  имеют полые пространства с внутренним поверхностным напряжением, которые позволяют молекулам газа проявлять определенную свободу в движении. Ограниченные вращательные колебания молекул газа в полых пространствах настраиваются на определенный вид колебаний и должны быть согласованы с колебанием жидкости. Таким образом изменения, которые вызывают благодаря взаимодействию между структурными дробильщиками и созидателями, охватывают принципиально всю систему основной субстанции жизни — клетки.

Структурирование  воды в организме является следствием термодинамического неравновесия, в  котором находятся живые системы.

Многочисленные  исследования указывают на то, что  питьевая вода и ее структура в  близком или далеком будущем  будет занимать центральное место  как в научных основах медицины и естественных методов лечения, так и в развитии подлинно водной медицины, в которую включены различного вида обработки воды, как носителя информации. Области применения водной медицины обширны. Они простираются от использования идеальной нейтральной, живительной питьевой воды и созданных  на ее основе напитков, до лечебно-профилактического  применения специальных вод со специфическим  действием. Вода с различной степенью структурирования или деструктурирования может применяться для оживления, побуждения или ограничения обмена веществ, для перестройки функций  центральной и вегетативной системы, для стимулирования биологической  регенерации, усиления иммунной системы  и другое.

Как видим, вопрос о структуре питьевой воды более  сложен, чем структура чистой воды. Для понимания особенностей структуры  питьевой воды и ее связи с биологическими свойствами в живом организме  необходимо иметь более простые  и информативные методики, чем  упоминаемый выше рентгеноструктурный  анализ. К счастью, методы определения  степени структурированности воды, кроме рентгеноструктурного анализа, многообразны. Среди ник отметим  следующие:

1. Изучение структуры  следа высохшей капли воды, диэлектрический  метод.

2. Исследование  спектра поглощения воды в  УФ области спектра.

3. Топологические  тесты: определение структуры  воды на мембранах клеток и  т.д.

4. Методы ЯМР,  в частности, определение времени  «оседлости», то есть стабильного  существования молекулы воды  в данной молекулярной структуре  — «прыгучесть» молекулы воды. Определение числа водородных  связей у каждой молекулы воды. Если связей 4, то молекула менее  подвижна, более структурирована,  чем при 1-2 связях.

Метод ЯМР количественно  характеризует связанную воду. Им можно определять, сколько воды остается неподвижной на мембране. Кроме того, как показывает этот метод, в структурированной  воде много молекул с высоким  временем оседлой жизни (=10-5 сек). В неструктурированной воде преобладают молекулы с низким временем оседлости (=10-12 – 10-11 сек).