ЭВОЛЮЦИЯ ФРАКТАЛЬНО - КЛАСТЕРНОЙ СТРУКТУРЫ ВОДЫ
Шостка В.И.1, Шостка Н.В.2, Доненко И.Л.3
1
канд. физ. – мат. наук, доцент кафедры общей физики, ФГАОУ ВО «Крымский
федеральный университет им. В.И. Вернадского»,vshostka@yandex.ru
2
канд. физ. –мат. наук, ведущий аналитик отдела организации научноисследовательской работы студентов и конкурсов ФГАОУ ВО «Крымский федеральный
университет им. В.И. Вернадского»
3
обучающийся первого курса магистратуры кафедры общей физики, ФГАОУ ВО
«Крымский федеральный университет им. В.И. Вернадского»
Введение. В последние годы возрастает интерес к вопросам исследования структуры
воды как со стороны биологов, химиков или медиков, но также и со стороны физиков.
Накоплен достаточно интересный экспериментальный материал, который позволяет
рассматривать воду как основу процессов, происходящих в ней благодаря перестройке ее
структуры. Отсутствие же строгих представлений о структуре воды и ее организации на
молекулярном уровне тормозит развитие методов не только количественного анализа, но и
качественной оценки структурированности воды.
Структура воды связывается с наличием в них водородных связей и образованием
гидратированных
ионов,
формирующих
сложную
трехмерную
сетку.
Отдельные
молекулы, соединенные водородными связями, объединяются в ассоциаты или кластеры,
размеры которых зависят от разных условий, прежде всего, от температуры. Т.к. вода
чувствительна к внешним воздействиям, то для изучения эволюции ее свойств необходимо
применять адекватные неразрушающие методы исследования.
Целью данной работы является применение оптических методов исследования
изменений структуры воды, т.к. она представляет собой неупорядоченную жидкость,
водородные связи в которой являются короткоживущими, быстро распадаясь и также
быстро объединяясь. В результате образуются ассоциаты три-, тетра-, пента-, и
гексамеров, а также и свободных молекул воды.
Изложение основного материала. В качестве исследуемой была выбрана
дистиллированная вода, которая помещалась в виде капли в треугольную ячейку,
показанную на рис.1.
Рис.1. Треугольная ячейка, вырезанная на пленке, наклеенной на предметное стекло
микроскопа, в которую помещена капля исследуемой дистиллированной воды.
Свет от He – Ne лазера с длиной волны λ = 0,6328 мкм фокусируется с помощью
микрообъектива через предметное стекло на ячейку с каплей дистиллированной воды.
Фрактальные срезы структуры воды до фокуса и после фокуса фиксируются при помощи
ССД – камерой на мониторе компьютера (рис.2).
Рис.2 Поверхность эллиптической омбилики вблизи фокуса микрообъектива, фрактальные
срезы которой исследованы в данной работе.
Эволюция фрактально - кластерной структуры дистиллированной воды представлена
на рис.3.
а
б
в
г
д
Рис.3
Выводы. В результате проведенных исследований подтверждено и наглядно показано, что
вода обладает уникальными свойствами, которые связаны с наличием порядка в ее
разнообразных
состояниях
вследствие
кооперативного
эффекта
структурного
и
динамического изменений в неоднородной сетке водородных связей. Обнаружено, что,
группируясь, тетраэдры молекул воды (а) образуют разнообразные пространственные и
плоскостные структуры (б – д). Как видно из полученных фрактальных картин кластеры
представляют
собой
микрообъемы,
которые
содержат
в
своей
структуре
как
ассоциированные молекулы воды, так и фрагменты, обладающие развитой структурой с
сильно выраженной упорядоченностью. Иерархия модулей «фрактальной» структуры
воды соответствует следующим моделям(рис.4).
а
б
в
г
Рис.4. а -димер, б - гексацикл (Н2О)6, в - (Н2О)20 или L-кластер, г - (Н2О)27 или Т-кластер.
Отзывы:
Авторизуйтесь, чтобы оставить отзыв