ИСТИНА

Вода является гетерогенной системой. Все ее физико-химические свойства являются проявлением большого количества процессов на различных уровнях рассмотрения водных сред: от направления вращения электронов в атомах водорода молекул H2O и до материала сосуда, в котором они размещены, от способа их получения и до термодинамических параметров состояния каждой из них. Водные среды относятся к макросистемам, где хаотическое поведение на микроуровне, преобразуется в детерминированную эволюцию на макроуровне [1]. Несмотря на отсутствие у молекул воды дальнего порядка, их движение обладает определенными признаками: колебания молекул H2O происходят вблизи положения равновесия в течение характерного времени оседлой жизни, а далее они перескакивают в другие аналогичные области пространства. Физико-химические свойства водных сред определяются ее структурой, формируемой такими колебательными движениями. Причем, одновременно в одном равновесном состоянии такой системы находится смесь нескольких фазовых состояний (газообразные, жидкие, льдоподобные кластеры из молекул воды). Согласно статистической механики, равновесие определяет распределение Максвелла по скоростям частиц в веществе. Однако при взаимодействии локальных объемов (не каждого) происходят химические реакции, приводящие к отклонениям от равновесия с последующим быстрым возвращением в него. Высокая скорость релаксации в исходное состояние позволяет сохранить локальность исходного микрообъема. Такие области вещества могут вести себя колебательно или хаотически. Поэтому вода относится к таким неравновесным термодинамическим системам, которые, при определённых условиях, поглощая вещество и энергию из окружающего пространства, могут совершать качественный скачок к усложнению и появлению диссипативных структур (например, появление в воде Бенаровской неустойчивости). В работе [2] было обнаружено возникновение разнообразных типов упорядоченных диссипативных структур в чашках Петри под воздействием ЭМИ. Макроскопические физико-химические свойства системы определяются ее структурой в микрообъемах. Представляется целесообразным описывать структурные свойства водных сред в таких областях как смеси нескольких фазовых состояний в рамках определения их структурной характеристики воды [3]. Под ними подразумевается набор водородо-связанных геометрических фигур, каждая из которых является связанным ориентированным (ребро направлено от кислорода, являющегося донором протона, к кислороду – акцептору) графом, вершинами которого являются атомы кислорода, а ребрами – водородные связи между молекулами воды. В результате, численными методами можно однозначно выявить и классифицировать все возможные конфигурации молекул воды в единице объема исследуемого образца и им соответствующие структурные характеристики при произвольных внешних факторах, независимо от их принадлежности к различным фазовым состояниям. Моделирование водных кластеров (H2O)n, Na+(H2O)n и K+(H2O)n (n≤8) методом Монте-Карло (NVT-ансамбль) по стандартной схеме Метрополиса с атом-атомными потенциальными функциями Полтева-Маленкова при температурах T1=1 К и T2=300 К позволило выявить для всех исследованных водных кластеров наборы наиболее вероятных конфигураций молекул воды, реализующихся в процессе теплового движения. Данные наборы характеризуют структурные свойства водной системы, находящейся в равновесном состоянии. Они различны в зависимости от термодинамических условий, а, следовательно, показывают высокую неоднородность таких состояний водных сред. Перебирая типы равновесных конфигураций, данная система адаптируется к внешним условиям. Проведённый последующий анализ наиболее вероятных типов структур сетки водородных связей равновесных конфигураций водных кластеров выявил их наследование в кластерах с n молекулами воды у кластеров с n-1 молекулами воды с точностью до одной водородной связи. Данный факт показывает, высокую степень их коллективной эволюции. Постоянный перебор типов равновесных конфигураций приводит к изменению степени восприимчивости системы к различным внешним воздействиям. Установлено, что при наложении низкоинтенсивного внешнего электрического поля состав этих наборов не изменяется, а вероятности реализации конкретных конфигураций изменяются в пределах 3-6%. Так же выявлено, что данное воздействие приводит к изменению очередности появления различных типов структур из сеток водородных связей. Таким образом, описанная выше неоднородность равновесных состояний водных сред может быть ключом к пониманию их особых физико-химических свойств, а анализ типов наиболее вероятных конфигураций входящих в такие системы молекул воды создает предпосылки для разработки методов эффективного управления ими. Литература 1. Попков Ю. С. Теория макросистем (равновесные модели). М.: Эдиториал УРСС, 1999. 320 с. 2. Мартынюк В.С., Нижельская А.И. Возникновение диссипативных структур при воздействии ЭМИ КВЧ на систему "Вода-краситель" // Физика живого. 2009. Т. 17. №1. С. 105-111. 3. Хахалин А.В., Теплухин А.В. Исследование сеток водородных связей в водных кластерах, содержащих ион Na+ или К+ // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2006. № 1-2. С. 70-74