Влиятельный ион
Как один ион влияет на миллион молекул воды.
Что происходит, когда вы бросаете крупинку соли в стакан с водой? Молекулы воды начинают «разбирать» кристаллическую решетку соли, вытаскивая оттуда ионы натрия и хлора. Вокруг каждого иона образуется многослойная «шуба» из молекул воды. На языке химии это называется гидратация, а сама шуба – гидратной оболочкой. Исследователи из Политехнической школы в Лозанне решили выяснить, насколько велик размер этой водяной шубы у ионов, и пришли к удивительным результатам.
Считалось, что число молекул воды в гидратной оболочки у различных ионов составляет порядка сотни, что соответствует примерно трём слоям «водяной шубы». Это значит, что попавший в воду ион взаимодействует приблизительно с сотней окружающих его молекул воды, а молекулы, которые находятся за этим радиусом воздействия, никак не «ощущают» на себе присутствие иона. Под словом «ощущают» понимается наблюдаемое изменение какой-нибудь характеристики молекулы. Скажем, молекулы, которые непосредственно взаимодействуют с ионом, чуть-чуть изменяют свои геометрические параметры, например, длину связи между атомом кислорода и водорода.
Но у воды есть ещё одна замечательная особенность – это сильные водородные связи между молекулами. Они намного слабее химической связи между атомами внутри молекулы, но в то же время от межмолекулярного взаимодействия зависят свойства вещества, например, температура кипения или гидравлические свойства жидкости. Когда ион попадает в воду, то он своим присутствие искажает характер взаимодействия окружающих молекул воды друг с другом. Вопрос – сколько молекул «чувствуют» существование ионного соседа. Оказалось, что один ион может влиять приблизительно на миллион окружающих его молекулы воды, хотя, как мы уже говорили, раньше это число ограничивалось сотнями молекул. Это означает, что миллион молекул вокруг одного иона изменяют свой характер взаимодействия со своими соседями, и этот эффект удалось зарегистрировать в эксперименте.
Такое структурирование воды относительно небольшим количеством ионов может лежать в основе другого интересного эффекта – уменьшении поверхностного натяжения воды при растворении в ней неорганических солей. Исследователи предположили, что это может быть связано с тем, что ионы, находящиеся в толще раствора, делают его немного более «жёстким» за счёт искажения структуры водородных связей, в то время как поверхностный слой воды становится более «подвижным».
Всего экспериментаторы проверили воздействие больше двух десятков разных веществ, везде получив схожие результаты. Кроме того, они посмотрели, как меняется эффект, если вместо обычной воды взять тяжёлую воду – в которой атомы водорода заменены на его изотоп дейтерий. По своим химическим свойствам тяжёлая вода практически ничем не отличается от обычной, но, как выяснилось, не в этом эксперименте. Чтобы добиться от тяжёлой воды такого же изменения поверхностного натяжения, потребовались концентрации ионов в 6 раз большие, чем в случае с обычной водой. Авторы исследования отдельно подчеркнули, что результаты их работы полностью воспроизводимы и не имеет ничего общего с такими распространёнными мифами, как «память» воды, и никоим образом не подтверждают эффективность гомеопатии, в которой постулируется сохранение эффекта вещества, разбавленного до концентрации «один атом во Вселенной».
