http://lechebnaya-glina.ru » Материя организма

Возможность и условия самоорганизации воды жидкой фазе в фрактальные кристаллы

Автор: lenka   Май 8, 2015 Нет комментариев

Как уже говорилось, в мезокосме человека всегда и с несомненностью под кристаллизацией воды понимают образование льда. Постоянно происходящий в природе и знакомый человеку с древних времён этот процесс в физике именуется фазовым переходом {жидкость (вода) твердое тело (лед)} и является наглядной демонстрацией термодинамики открытых неравновесных систем. В термодинамике кристаллизация обычно рассматривается с более общих позиций, т. е. как самоорганизация некоторой среды, а её пути определяются состоянием этой среды, т. е. её физическими и химическими параметрами. Для воды такими параметрами среды являются температура и давление газовой фазы — водяного пара.
Изучение кристаллизации воды показало, что кроме известного человеку в его мезокосме льда с гексагональной структурой (лед Н1), постоянно образующегося вокруг нас при нормальном давлении и температуре 0 °С, при бóльших давлениях и соответственно изменённых температурах могут образовываться льды с другими решетками. Конечно же, подразумевается, что сама вода при этом является континуальной средой, т. е. однородным массивом «чистой» воды (воды с низкой концентрацией примесей).
С точки зрения термодинамики различные льды являются аттракторами самоорганизации, отвечающими различному состоянию среды. Представления классической кристаллографии, как уже говорилось, основаны на классической термодинамике, т. е. на том, что переход в упорядоченную фазу (самоорганизация молекул) всегда является энергетически выгодным, поэтому кристаллизация в неорганической природе — естественный и повсеместно наблюдаемый процесс. Кристаллизация из жидкости, при которой реализуется принцип «минимума свободной энергии», во всех случаях начинается только при определённых температурах — температурах фазового перехода, и эти температуры изменяются, если изменяется давление среды. В среде обитания человека, в его мезокосме давление среды меняется слабо, и температура замерзания воды, как важнейшая точка в жизни человека была выделена из всех других температур. В общепринятой шкале температур (шкале градусов Цельсия) эта температура была постулирована как её ноль (0 ºС).
Если температура границы раздела фаз понижается ниже 0 ºС, то на ней начинает формироваться упорядоченная гексагональная структура, к которой на вакантные места из объёма конденсированной фазы непрерывно поступают новые молекулы воды. Достаточная теплопроводность льда обеспечивает, несмотря на увеличение его толщины, хороший контакт с холодной внешней средой вплоть до границы с жидкой фазой, а следовательно, — и стабильные условия роста кристаллической решетки. Не менее важен и процесс отвода избытка энергии, возникающего вследствие уменьшения энтропии в упорядоченном состоянии (лёд) по сравнению с энтропией воды. Избыток энергии, выделяющейся этом фазовом переходе непосредственно на границе раздела фаз, данных условиях поступает непосредственно в жидкую воду. Этот процесс решает сразу две проблемы: поддержание отрицательной температуры на поверхности кристаллизации льда, обращённой к жидкой фазе (воде), и поддержание массива воды в жидком состоянии при температуре, не опускающейся ниже точки кристаллизации (0 ºС). Присутствующие в воде примеси (при их низкой концентрации, т. е. микропримеси) оттесняются от растущей решётки кристалла, поскольку ей не соответствуют. Указанные процессы в совокупности создают условия для идеальной кристаллизации, при которой могут расти бездефектные кристаллы льда неограниченно больших размеров.

Процессы кристаллизации воды из конденсированной фазы достаточно изучены и описаны, в частности, в Физической энциклопедии в разделе «Вода».

Из вышесказанного следует, что классической кристаллизации отвечает следующая совокупность параметров среды: массив однородной жидкой фазы с очень низкой концентрацией примесей (континуальность жидкой фазы), а также температура и давление, соответствующие условию фазового перехода. Кристаллы льда, образующиеся при этом в соответствии с принципом «минимума свободной энергии», далее при неизменных параметрах среды самопроизвольно разрушиться не могут. Для разрушения кристаллов льда необходимо радикальное изменение параметров среды, обеспечивающее приток к ним внешней энергии (тепла).
Если же температура среды (при нормальном давлении) выше температуры фазового перехода, классическая кристаллография утверждает, что кристаллизация воды происходить не может. И действительно, в этих условиях образование кристалла льда с конфигурацией Н1 никогда в природе не наблюдается. Это, однако, вовсе не означает, что в объёме жидкой фазы воды не происходит образования других упорядоченных структур из её молекул. Рассмотрение этой среды с позиций принципов и методов нелинейной модульной кристаллографии показывает, что в конденсированной фазе воды постоянно происходит процесс самоорганизации её молекул, при котором формируются квазикристаллические энергонапряжённые структуры воды. Поскольку кристаллизация, даже энергонапряжённая, есть более упорядоченное состояние по сравнению с жидкой водой, в её процессе также выделяется теплота фазового перехода, некоторое время поддерживающая существование энергонапряжённой структуры внутри жидкой фазы. Но это время невелико, и кристаллическая структура, просуществовав несколько наносекунд, разрушается тепловым движением окружающих молекул жидкой воды. Таким образом, в объёме жидкой фазы воды постоянно возникает и разрушается множество различных энергонапряжённых кристаллов воды. Вполне возможно, что именно этот процесс можно рассматривать как существование в воде «мерцающих кластеров», время жизни которых, рассчитанное на основе указанных энергий, составляет от единиц до десятков наносекунд. При этом наличие в воде примесей химически активных молекул даже в малых концентрациях (≥ 10–10) обычно сокращает время жизни таких структур, приближая воду к континуальному состоянию, близкому к тому, которое описывается в модели Дж. Бернала и Р. Фаулера, как «сетка водородных связей» [123].
Однако, как мы видели в главе 2, в цитоплазме живой клетки концентрация растворённых веществ столь велика, что воду в ней ни в коей мере нельзя рассматривать как континуальную жидкость. В таком растворе практически отсутствует то, что можно было бы именовать «массив чистой воды», а значит, и затруднено непрерывное поступление молекул воды к образующимся структурам. Кроме того, температура цитоплазмы для большинства живых организмов существенно выше 0 ºС. Очевидно, что в таком растворе не может осуществляться «классическая» кристаллизация с образованием каких бы то ни было льдоподобных структур, что вовсе не означает, что в цитоплазме вообще не идут процессы самоорганизации воды. Однако для описания этих процессов следует привлекать более сложные алгоритмы, разработанные для нелинейной модульной кристаллографии воды и учитывающие не только ближайшее к данной молекуле водное окружение (пáрные потенциалы), но и коллективные процессы для всей водной среды. Прежде всего, в этих условиях молекулы воды (или их димеры) подходят к растущему кристаллу последовательно, «одна за другой». Образующийся энергонапряжённый кристалл в цитоплазме клетки испытывает постоянную «атаку» химически активных примесей и может длительно существовать и даже продолжать расти только в том случае, если он соединён с источником энергии.

В живой клетке источники энергии — это биополимеры, кристаллические водные системы, соединённые с ними водородными связями, могут, хоть и видоизменяя постоянно своё строение вследствие атак химических примесей, тем не менее, существовать столько же, сколько существует сама клетка.

1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (Еще не оценили)
Загрузка...

Выразить свое мнение:

Копирование и использование материалов сайта разрешено только при наличии прямой ссылки на источник.
Голубая глина и белая для масок для лица и волос. Фитотерапия и спирулина