Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2007 №10

Теперь обратим внимание на одну из основных проблем — создание стабильных водных ленточных кластеров. Создать сами ленточные кластеры можно с помощью взаимодействия воды с электромагнитным и электрическим полями. Если магнитное поле в основном применяется для создания круговых кластеров (рис. 3), то электрическое поле может быть применено для создания протяженных цепочек ленточных кластеров воды.

Проблема заключается в другом: некоторые теоретические исследования говорят о том, что ленточные кластеры имеют намного менее стабильную структуру, чем объемные простые структуры типа пентамеров и гексамеров. Если последние могут существовать в естественных условиях более нескольких дней или даже недель, то жизнь ленточных кластеров намного меньше. Это обусловлено тем, что время жизни простой водородной связи очень мало, в объемных же симметричных системах происходит усреднение между параметрами стабильной молекулярной связи и водородной. Протяженные ленточные кластеры в целом центральной симметрией не обладают (как впрочем и большие объемные конгломераты размером более 100А°). Из-за этого эти кластеры легко разрушаются флуктуациями, в том числе и тепловыми.

Для стабильного существования ленточных кластеров надо создавать специальные условия. Одним из таких условий является температурный режим, который в нашем случае совпадает с нормальными жизненными условиями (температура ниже 50 °C). Вторым условием является создание специальной поддерживающей структуры. Проведем еще одну аналогию для пояснения этого вопроса.

В настоящие время в физике наноструктур широкое распространение получают фуллерены типа С₆₀. Было сделано открытие, показавшее, что соединения фуллеренов с некоторыми металлами являются высокотемпературными сверхпроводниками. При попытке создать новые фуллерены с температурой сверхпроводящего перехода близкой к комнатной было выяснено, что максимальной температурой перехода обладали бы еще не синтезированные цепочки из самых маленьких фуллеренов С₂О [6]. К сожалению, также как и в нашем случае, такие цепочки, метастабильны. Для увеличения их стабильности было предложено следующее решение: упаковать их в специальные нанотрубки, которые не нарушали бы структуру цепочек, а поддерживали бы ее.

Такое же решение возможно применить в нашем случае. Несмотря на то, что радиус ленточного кластера воды около 2А°, а радиус фуллереновых цепочек около 5А°, разница не так уж и велика. Вероятно, в ближайшем будущем удастся синтезировать нанотрубки, которые смогут поддерживать стабильность кластеров воды.

Как и в случае фуллеренов, где нанотрубки сделаны из того же углерода, что и сами фуллерены, для воды поддерживающую структуру может быть удастся сделать на основе объемных кластеров той же воды. Этот вопрос, однако, является наиболее спорным и здесь возможно применение любых методов по пространственной стабилизации кластеров.

В любом случае надмолекулярная структура воды требует отдельного большого и тщательного изучения, но уже сейчас видны возможные перспективы по применению пространственных структур, образованных водными кластерами, например, в области передачи электрической энергии с наименьшими потерями.

Несмотря на все перечисленные особенности, ряд теоретических и экспериментальных фактов [8] позволяет все же считать, что в воде могут быть созданы условия для возникновения идеальной проводимости. В будущем, основываясь на данном механизме, возможно, удастся объяснить такие эффекты как обнаруженная высокотемпературная сверхпроводимость в биологических структурах (например, в нервах живых существ). Для указанных целей возможно даже искусственное создание кластеров воды с необходимыми свойствами, например, в тонких пленках. Тем более что описанные структуры очень похожи на структуры недавно открытых проводников и сверхпроводников на основе полимеров, которые в настоящее время создаются искусственно.

_{ЛИТЕРАТУРА}

_{1. Габуда С.Н. Связанная вода: факты и гипотезы. Новосибирск, Наука, 1982. 159с.}

_{2. Л.Г. Сапогин, И.В. Куликов, ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ, т. 3, № 4 (1998).}

_{3. О.А. Понамарев, И.П. Сусак, Е.Е, Фесенко, А.С. Шигаев}

, БИОФИЗИКА, т. 47, в. 3, стр. 395 (2002).

_{4. К. Lui, M.G. Brown, et al., Nature, 381, p501 (1996).}

_{5. Мартынов Г.А. «Структура жидкости — что это такое?» Журнал структурной химии. 2002, том 43, N3, стр.547–556.}

_{6. Y. Miyamoto, М. Saito. Condensed phases of all-pentagon C2О cages as possible superconductors. Phys. Rev. В 63, 161401R (2001).}