Какую структуры имеет вода

Структурированная вода

Структурированная вода несет в себе биологическую активность за счёт особой молекулярной структуры. Чем стабильнее сформирована молекулярная структура, тем полезнее и эффективней будет её потребление.

Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода, которые соединены между собой ковалентной связью. Молекула воды имеет полярную химическую связь т.к. кислород притягивает к себе отрицательно заряженные электроны, а атомы водорода — положительно заряженные электроны. В результате молекула имеет два полюса, что во многом определяет ее необычные свойства.

Молекулы воды способны соединяться между собой благодаря положительно заряженным атомам водорода, которые притягиваются к отрицательно заряженному кислороду, такая молекулярная связь называется водородная.

Водородная связь образует как случайные соединения(ассоциаты), не имеющие упорядоченной структуры, так и кластеры, в которых ассоциаты имеют определенную структуру. По прочности водородная связь примерно в 15 — 20 раз слабее ковалентной связи. Поэтому ассоциаты молекул воды не стабильны и коротко живущие, они постоянно разделяются и образуютновые соединения. Считается, что из-за таких свойств, вода является самым универсальным растворителем.

Интересным фактом является то, что отдельные молекулы воды, не связанные в ассоциаты, присутствуют в самой структуре воды лишь в виде 1%. В основном вода – это совокупность беспорядочных ассоциатов и кластеров «водяных кристаллов», где количество связанных молекул может достигать сотен и даже тысяч единиц.

Кластеры воды имеют стабильную структуру подобно клеточной воде

Под кластером обычно понимают группу атомов или молекул, объединенных физическим взаимодействием в единое целое, но сохраняющих внутри него индивидуальное поведение. Их жизнь быстротечна, и потому они с трудом поддаются изучению. Уникальность воды заключается в том, что она представляет собой сложную и динамически меняющуюся структуру кластеров и ассоциатов.

Кластеры – это группы молекул, объединенные водородными связями, которые имеют стабильную структуру. Группируясь, молекулы воды создают различные пространственные и плоскостные структуры. Базовой структурой кластера считается группа из шести молекул, объединенных в кольцо. Такой тип структуры имеют лёд, снег, талая вода, и клеточная вода всех живых тканей.

К примеру, в обычной воде кластеры состоят из макромолекулярных групп, образованных из 15-17 молекул и более сотен молекул. Такая вода менее подвижна, плохо растворяет химические вещества, плохо проникает через мембрану клеток, что ухудшает клеточный метаболизм (обмен веществ) и приводит к дополнительным энергозатратам, т.к. каждый организм структурирует воду под себя.

Изменения структуры воды в природе

Вода самое аномальное из всех известных в природе веществ. Её структура легко может изменяться под внешним воздействием: при помощи давления, температуры, магнитного поля, электрического поля и т. д.

При изменении температуры структура воды меняет свое состояние: Пар, жидкость, лед.

Объяснение такого изменения в том, что молекулы воды совершают колебания с определенной частотой. При нагреве воды до 100 градусов, амплитуда колебания молекул становится такой силы, что притяжение молекул воды друг к другу становится не в состоянии удерживать их вместе, в результате структура кластера распадается. При охлаждении амплитуда колебаний уменьшается, и структура становится более прочной.

Газообразное состояние. При температуре выше +100°С вода преобразуется в газообразное состояние. В газообразном состоянии водородная связь между молекулами воды почти полностью отсутствует. На этом примере мы можем увидеть, как легко разрываются водородные связи между молекулами превращаясь в пар.

Жидкое состояние. При температуре от 0 до 100°С вода находиться в жидком состоянии. В жидком состоянии водородные связи –легко образующие, спонтанные, быстро разделяются и объединяются вновь с другими молекулами. Всё это приводит к неоднородности в структуре воды. Но так же есть и более устойчивые долгоживущие соединения — кластеры.

Согласно недавним научным исследованиям Японским институтом воды, в обычной питьевой воде находится случайных ассоциатов — 70% (деструктурированная вода) и кластеров — 30% (структурированная вода).

Твердое состояние. При температуре ниже 0 вода переходит в твердое состояние «Лед». В твердом состоянии водородные связи молекул воды образуют крепкую, непрерывную кристаллическую сетку, в которой каждая молекула имеет четырёх ближайших соседей, которые соединены между собой прямыми одинаковыми водородными связями в сетчатый каркас с пустотами в нем. Это объясняет почему плотность льда меньше плотности воды.

Самый наглядный пример структурированной воды — талая вода. Она образуется, когда происходит оттаивание льда при температуре 0 °С. При плавлении кристаллической решетки льда разрушается только 17% от общих водородных связей. Поэтому свойственна льду связь каждой молекулы воды с четырьмя соседними молекулами при оттаивании в значительной степени сохраняется, но при каждом повышении температуры, разрушение происходит активнее. А после кипячения воды ее структура разрушается.

Этим можно объяснить полезность воды из горных источников. Она зарождается у кромки таяния снега и льда, то имеет специфическую структуру, где связи между молекулами упорядочены, а молекулы объединены в кластеры.

Роль структурированной воды в организме человека

Человек состоит на большую часть из воды, поэтому вода является самым важным элементом в организме. Подробнее о клеточной воде и ее функциях.

Вода в организме человека также структурирована. Она похожа на структуру кристаллической решетки льда, но по-своему уникальна. Обычная вода состоит из макромолекулярных групп — кластеров, образованных из 15-17 молекул и более. В организме клеточная и межклеточная вода имеет кластеры из 5-7 молекул воды, ее называют низкомолекулярной водой.

Благодаря такой структуре, вода обладает хорошей проникающей способностью в клетки, быстро циркулирует и способствует нормальному протеканию всех биохимических реакций, что существенно повышает эффективность и синхронность работы всех систем организма.

При потреблении обычных водопроводных или газированных вод либо напитков, где структура воды всегда разрушена и состоит из макромолекулярных кластеров, организм структурирует воду по типу своей внутренней структуры, затрачивая при этом клеточную энергию. Именно затрата жизненной энергии на структурирование воды является главной причиной «синдрома хронической усталости». Поэтому потребление структурированной воды легко усваивается организмом и не требует энергетических затрат.

Чем полезна структурированная вода

Структурированная вода, имеющая структуру близкую к внутренней жидкости организма легко усваивается организмом, не тратиться дополнительная клеточная энергия на преобразование в низкомолекулярную. Биологическое действие на организм связано с тем, что каналы мембран клеток имеют регулярную структуру схожую со структурой преобразованной воды, в результате молекулы структурированной воды пропускаются с повышенной скоростью. Кстати, таким же эффектом объясняется польза от потребления различных фруктов и овощей в связи с тем, что, межклеточная жидкость растений, имеет аналогичную структуру.

Вывод: Клеточная вода любого живого организма имеет упорядоченную структуру (структурированная), а употребление структурированной воды не требует затрат дополнительной энергии на ее преобразование. Высвободившийся энергетический потенциал организм использует на собственное восстановление, тем самым укрепляется иммунитет, регенерация тканей. Существенно повышается порог интеллектуальных и стрессовых перегрузок.

Вода с «живой» структурой без труда проникает через мембраны клеток, где приносит каждой клетке витамины и питательные вещества, вымывает токсины и шлаки из организма, а также усиливает действие натуральных лекарственных препаратов.

Как обычно структурируют воду в домашних условиях

Вода структурируется, а точнее обретает особую регулярную структуру при воздействии некоторых факторов, от которых зависят способы ее приготовления и жизненный цикл регулярной структуры. Например,

1. при замораживании-оттаивании воды (талая вода, где сохраняются “ледяные” кластеры)
2. при воздействии электрического поля (электролиз)
3. при воздействии постоянного магнитного поля (магниты)
4. при химических воздействиях (магниевый стержень ViloVit)
5. при механических воздействиях, происходит незначительное изменение структуры (встряхивание, перемешивание, течение в различных режимах)

Полученная структурированная вода становиться активной и несет полезные свойства для всего организма.

Источник

Какое строение имеет молекула воды

Вода является источником жизни для всех живых организмов.

Молекула воды имеет уникальное строение. В ней удивительным образом сочетаются прочность и устойчивость кристаллической структуры (льда), и подвижность жидкого вещества.

В статье мы подробно рассмотрим особенности строения молекулы воды в различных агрегатных состояниях: жидком, твердом, газообразном.

Какое строение имеет молекула воды

Долгое время химики считали воду простым соединением, не вступающим в сложные реакции.

Состав воды как сложного вещества был установлен Лавуазье в 1783 г.

Одна молекула воды состоит из трех атомов: двух атомов водорода и одного атома кислорода, которые соединены между собой ковалентной связью. Химическая формула: H₂O

Характерные свойства ковалентной связи — направленность, насыщаемость, полярность, поляризуемость. Они определяют химические и физические свойства соединений.

Молекула воды, картинка № 1

По форме молекула воды напоминает равнобедренный треугольник, в основании которого находятся два атома водорода. Связь между атомом кислорода и атомами водорода полярная, т.к. кислород притягивает электроны сильнее, чем водород.

Межъядерные расстояния О—Н близки к 0,1 нм, расстояние между ядрами атомов водорода равно 0,15 нм, угол между связями Н—О—Н равен 104,5°.

Молекула воды имеет два положительных и два отрицательных полюса и поэтому в большинстве случаев ведёт себя как диполь (т.е. на одной стороне – положительный заряд, на другой – отрицательный)

Значения эффективных зарядов на атомах составляет ±0,17 от заряда электрона.

Водородная связь

В жидкой воде происходит ассоциация молекул, т. е. соединение их в более сложные агрегаты за счёт особой химической связи, которая называется водородной.

Особенностями водородной связи, по которым её выделяют в отдельный вид, является её не очень высокая прочность.

Водородная связь также играет важную роль в процессах растворения, поскольку растворимость зависит и от способности соединения давать водородные связи с растворителем. В результате содержащие ОН-группы такие вещества, как сахар, глюкоза, спирты, карбоновые кислоты, как правило, хорошо растворимы в воде.

На картинке № 2 показано образование димера воды с одной водородной связью.

Димер — это две молекулы Н2О, соединенные водородной связью. Связь между молекулами воды водородная.

Каждая молекула способна образовать четыре водородные связи: две между неподеленными электронными парами её атома кислорода и атомами водорода соседних молекул и ещё две – между атомами водорода и атомами кислорода двух других молекул.

Энергия водородной связи может изменяться от 17 до 33 кДж/моль.

Строение молекулы в различных агрегатных состояниях

Вода может быть в нескольких состояниях:

1. Жидком. Это ее преимущественное состояние в нормальных условиях. Жидкая вода образует многочисленные реки, ручьи, озёра, Мировой океан.
2. Твердом – это лед, а его кристаллы часто образуют иней или снег.
3. Газообразном — водяной пар.

Существуют также и переходные состояния жидкости, которые возникают при замерзании или испарении.

Примечательно, что различные формы воды могут одновременно находиться рядом и даже взаимодействовать, например реки с ледниками, айсберги с морской водой, облака на небе с водяным паром.

Строение молекулы воды, водородная связь способствует расположению молекул воды. Рассмотрим особенности каждого агрегатного состояния по отдельности.

Представляет собой твердое состояние воды.

Молекулы воды образуют слои, причём каждая молекула связана с тремя молекулами в своём слое и с одной молекулой соседнего слоя. Расстояние между атомами кислорода ближайших молекул равно 0,276 нм.

Атом кислорода связан с четырьмя атомами водорода: с двумя, расположенными на расстоянии 0,096 — 0,102 нм посредством валентных связей, и с двумя другими, находящимися на расстоянии 0,174 — 0,180 нм посредством водородных связей.

Жидкая вода

В отличие от структуры льда структура жидкой воды исследована ещё недостаточно.

Предполагается, что жидкая вода по своему строению представляет нечто среднее между кристаллами льда и паром.

В результате изучения молекулы воды с помощью инфракрасных и рентгеновых лучей было видно, что при температуре близкой к точке замерзания, молекулы жидкой воды собираются в небольшие группы, практически так, как в кристаллах.

При температуре близкой к точке кипения они располагаются более свободно.

Водяной пар

Это газообразное агрегатное состояние воды.

При данном состоянии молекула воды не имеет структуры и состоит преимущественно из мономерных молекул воды, которые находятся на расстояние относительно друг друга.

Из чего состоит вода

При обычных условиях вода выглядит как прозрачная жидкость. У нее отсутствуют вкус и запах. При небольшой толщине слоя не наблюдается даже цвета.

Вода является отличным растворителем. В природе в ней постоянно находятся растворенные газы и соли. При соединении атомов кислорода с водородом получается молекула воды. Поскольку более сильными являются водородные соединения, то, когда происходит их разрыв, они прикрепляются к иным веществам, помогая тем растворяться.

Из-за своего малого размера каждую молекулу растворенного вещества окружают очень много молекул воды. Благодаря этому в ней присутствуют отрицательные и положительные ионы.

Чистая вода является еще и хорошим изолятором с концентрацией протонов и гидроксильных ионов в количестве 10-7 моль/л, это позволяет ей проводить электричество. Именно по ее электропроводности можно оценивать чистоту жидкости.

При взаимодействии с другими веществами состав воды не изменяется, что играет особую роль в жизни любого живого организма. Ведь очень важно, чтобы жидкостные растворы, через которые в организм поступают полезные вещества, не изменялись.

Кроме того, вода хорошо поглощает инфракрасное и микроволновое излучение, а также способна хранить в себе память о веществах, которые были в ней растворены.

Элементы

Проходя гидрологический цикл: испарение, конденсацию и выпадение в виде осадков вода может дополняться разными химическими элементами, которые можно разделить на 6 категорий. Рассмотрим информацию в таблице № 1.

Таблица № 1 «Элементы, которые могут входить в состав воды».

Ионы	Na, K, Mg, Ca, анионы: Cl, HCO3 и SO4. Эти компоненты находятся в воде в наибольшем, по сравнению с другими, количестве.
Растворенные газы	Кислород, азот, сероводород, углекислый газ и прочие. Количество каждого газа в воде напрямую зависит от ее температуры.
Биогенные элементы	Главными из них являются фосфор и азот, которые поступают в жидкость из осадков
Микроэлементы	Их насчитывается около 30 видов: бром, селен, медь, цинк и т. д. Показатели их в составе воды очень малы и колеблются от 0,1 до микрограмма на 1 литр.
Органические вещества	Спирты, углеводы, альдегиды, фенолы, пептиды и прочее.
Токсины	Тяжелые металлы и продукты нефтепереработки.

В настоящий момент доступны специальные методы очистки, которые эффективно борются с вредными химическими соединениями.

Вода также может содержать в себе магний и катионы кальция. В зависимости от этого ее подразделяют на мягкую и жесткую.

По изотопам водорода в молекуле воды можно говорить о легкой воде, тяжелой и сверхтяжелой воде.

Подводим итоги

Вода необходима для жизни всего живого на Земле. Она участвует в мировом круговороте воды в природе. Благодаря испарению с поверхности водоемов, почвы, растений образуются облака. Затем они выпадают в виде дождя, снега, града, питая собой подземные воды и родники. Родниковые воды по рекам попадает в море.

Таким образом, количество воды на Земле не изменяется, она только меняет свои формы — это и есть круговорот воды в природе.

Уникальное строение молекулы воды помогает ей трансформироваться в три агрегатных состояния.

При замерзании воды ее молекулы собираются в небольшие группы. При испарении находится на расстоянии относительно друг друга. Жидкая вода по своему строению представляет нечто среднее между кристаллами льда и паром.

1. Химия и микробиология воды. Учебное пособие В. В. Котов, Г.А. Нетесова
2. Конспект лекций ГИДРОГЕОХИМИЯ. Киреева Т.А., МГУ им. М.В. Ломоносова, 2016

Источник