Свойства и функции воды

Свойства воды	Обеспечиваемые этими свойствами функции
Высокая теплоемкость (75,3 Дж/мольК). Большая теплота испарения (40,8 кДж/моль)	Термостатирование организма
Высокая диэлектрическая проницаемость ( = 80)	Растворение солей, кислот, оснований, диссоциация их на ионы, что обусловливает высокие скорости протекания биохимических реакций, быструю миграцию ионов и передачу нервных импульсов
Большой дипольный момент ( = 1,82 D) и способность образовывать водородные связи	Формирование определенных структур водных ассоциатов в самой воде и у молекул биополимеров в водных растворах
Низкая вязкость ( = 0,001 Пас)	Транспортные функции и возникновение жидкокристаллического состояния у биосубстратов

Как уже говорилось, при плавлении льда частично рвутся водородные связи и появляются ассоциаты, в которых сохраняется каркасная структура за счет водородных связей, полости между ассоциатами и внутри них, а также отдельные молекулы воды (рис. 3).

В стандартных условиях 30% молекул воды свободны, 70% входит в состав ассоциатов, из которых 30% приходится на случайные не имеющие определенной структуры ассоциаты, а 40% – на энергетически выгодные ассоциаты – структурированную воду. Совокупность случайных ассоциатов и отдельных молекул воды составляют «деструктурированную воду».

Ассоциаты

Рис. 3. Ассоциаты молекул воды

Все возможные состояния Н₂О энергетически неразличимы, т.к. имеющиеся отличия не превышает величину энергии теплового движения.

Эту сложную динамичную систему можно представить в виде схемы:

Для описания свойств деструктурированной воды используется энтропия, а для описания структурированной воды нужно знать структурно-информационные свойства, называемые ее памятью.

Основу памяти воды составляет ее способность сохранять структурно-информационные свойства во времени. В зависимости от жизни ассоциатов различают короткую и долговременную память. Так, например, время жизни крупных ассоциатов больше, чем мелких. Крупные ассоциаты при тепловом движении могут распадаться на мелкие, которые, выступая зародышами, достраиваются, воспроизводя структуру материнских ассоциатов.

Рассмотрим изменение структурно-информационных свойств воды при растворении в ней некоторых веществ.

При растворении образующиеся ионы окружаются гидратной оболочкой, содержащей плотный и рыхлый слой «связанной» воды. В плотном слое молекулы воды сильно поляризованы и удерживаются ион-дипольным взаимодействием. Подвижность молекул воды и мелких ассоциатов, находящихся в рыхлом слое, больше, чем в «свободной» воде.

1) Растворение веществ с ионным типом связи

В зависимости от средней продолжительности жизни молекул воды в гидратной оболочке иона различают положительную и отрицательную гидратацию (табл. 2).

Таблица 2