Химические системы биологического уровня организации материи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Тюменский государственный университет

Международный институт финансов, управления и бизнеса

Реферат

на тему:

Химические системы биологического уровня организации материи

Тюмень 2010

Химический состав живого

Химический состав живого:

Элементы-органогены (органогены), главнейшие четыре элемента, участвующие в построении химич. соединений,.., входящих в состав организма, а именно: углерод, водород, кислород и азот.

Углерод и водород входят во все органические соединения, встречающиеся в организме; в важнейшие соединения, как жиры, углеводы, входит еще кислород, а в белковые вещества кроме того азот.

Микроэлементами называются элементы, содержание которых в организме мало, но они участвуют в биохимических процессах и необходимы живым организмам. Рекомендуемая суточная доза потребления микроэлементов для человека составляет менее 200 мг.

Макроэлементы -- минеральные вещества, содержание которых в человеческом организме и продуктах питания исчисляется десятками и сотнями милиграмм на 100 г (в отличие от микроэлементов, содержание которых иногда составляет около тысячной доли милиграмма на 100 г), к ним принадлежат кальций, фосфор, магний, калий, натрий, хлор, сера

Углерод -- это химический элемент, имеющий чрезвычайно важное значение для любого живого существа. Во всей материи, существующей на Земле, на его долю приходится менее одного процента, однако он содержится в любом организме, живом или уже мертвом. Тело любого живого существа построено из веществ, имеющих в своем составе углерод, и наличие его в том или ином месте на земле, даже в небольшом количестве, может указывать на то, что там когда-то существовала жизнь.

Растения добывают углерод из углекислого газа -- двуокиси углерода -- содержащегося в атмосфере, и используют его как строительный материал для корней, стеблей и листьев. Животные получают его, поедая эти растения. И те, и другие выделяют его в воздух в виде все той же двуокиси углерода при дыхании, а в почве он накапливается при разложении тел умерших существ.

Из всех форм существования чистого углерода наиболее известным и, возможно, наиболее ценным для людей является уголь. Он примерно на 4/5 состоит из углерода, а остаток составляют водород и другие элементы.

Ценность угля проистекает из химических свойств углерода, главным из которых является то, что он охотно взаимодействует с кислородом. Этот процесс протекает при сжигании угля на воздухе, при этом выделяется большое количество тепловой энергии, которую можно использовать для самых различных целей.

Однако углерод в неживой природе можно обнаружить не только в виде угля. Две другие формы его существования в чистом виде, резко отличающиеся друг от друга,-- графит и алмаз. Графит очень мягкий и жирный на ощупь. Он служит прекрасным смазочным материалом для многих механизмов. И еще, как вы знаете, из него изготовляют грифели карандашей. В этом случае графит смешивается с глиной для уменьшения его мягкости. Алмазы, напротив, являются самыми прочными из веществ, известных человеку. Их используют для создания особо прочных резцов, а также ювелирных украшений.

Атомы углерода могут образовывать связи между собой и с атомами других элементов. В результате получается огромное множество углеродных соединений. Одним из наиболее простых является уже упомянутая двуокись углерода, образующаяся при сжигании углерода в кислороде или на воздухе. Окись углерода или углекислый газ, являющийся ядовитым для людей и животных, образуется, если углерод горит в атмосфере, где имеется недостаток кислорода.

С большим трудом углерод реагирует с другими элементами или веществами. Как правило, это происходит при достаточно высокой температуре.

Вода - это древний универсальный символ чистоты, плодородия и источник самой жизни, это второй по важности элемент, необходимый для функционирования организма, после кислорода, это неотъемлемый атрибут жизни, без которого просто невозможно нормально существовать.

Вода в нашей жизни - самое обычное и самое распространенное вещество. Однако с научной точки зрения это самая необычная, самая загадочная жидкость. Пожалуй, только жидкий гелий может соперничать с ней. Но необычные свойства жидкого гелия (такие, как сверхтекучесть) проявляются при очень низких температурах (вблизи абсолютного нуля) и обусловлены специфическими квантовыми законами. Поэтому жидкий гелий - это экзотическое вещество. Вода же в нашем сознании является прообразом всех жидкостей, и тем более удивительно, когда мы называем ее самой необычной. Но в чем же заключается необычность воды? Дело в том, что трудно назвать какое-либо ее свойство, которое не было бы аномальным, то есть ее поведение (в зависимости от изменения температуры, давления и других факторов) существенно отличается от такового у подавляющего большинства других жидкостей, у которых это поведение похоже и может быть объяснено из самых общих физических принципов. К таким обычным, нормальным жидкостям относятся, например, расплавленные металлы, сжиженные благородные газы (за исключением гелия), органические жидкости (бензин, являющийся их смесью, или спирты). Вода имеет первостепенное значение при большинстве химических реакций, в частности и биохимических. Древнее положение алхимиков - «тела не действуют, пока не растворены» - в значительной степени справедливо. Человек и животные могут в своем организме синтезировать первичную ("ювенальную") воду, образовывать ее при сгорании пищевых продуктов и самих тканей. У верблюда, например, жир содержащийся в горбу, может путем окисления дать 40 л воды. Связь между водой и жизнью столь велика, что даже позволила В. И. Вернадскому «рассматривать жизнь, как особую коллоидальную водную систему... как особое царство природных вод». Вода - вещество привычное и необычное. Известный советский ученый академик И.В.Петрянов свою научно - популярную книгу о воде назвал “Самое необыкновенное вещество в мире”. А доктор биологических наук Б.Ф.Сергеев начал свою книгу “Занимательная физиология” с главы о воде - “Вещество, которое создало нашу планету”. Ученые правы: нет на Земле вещества более важного для нас, чем обыкновенная вода, и в то же время не существует другого такого же вещества, в свойствах которого было бы столько противоречий и аномалий, сколько в её свойствах.

Роль воды в природе и живых организмах

Роль воды в природе и живых организмах невозможно переоценить.

Она покрывает 74% поверхности Земли и образует океаны, моря, реки и озёра. Немалая часть воды находится в газообразном состоянии (в виде паров в атмосфере), в виде снега и льда, в недрах земли. Общие запасы воды на Земле составляют 1454,3 млн км? ( из них менее 2% относятся к пресным водам, а доступны для использования 0,3%). Вода - одно из наиболее распространённых веществ на Земле, при этом она покрывает большую часть планеты. Горбачёв В.В. Концепции современного естествознания (учебник для вузов) Москва.«Оникс» 2008 г.

В первичной водной оболочке земного шара воды было гораздо меньше, чем теперь (не более 10% от общего количества воды в водоемах и реках в настоящее время). Дополнительное количество воды появилось впоследствии в результате освобождения воды, входящей в состав земных недр. По расчетам специалистов, в составе мантии Земли воды содержится в 10-12 раз больше, чем в Мировом океане. При средней глубине в 4 км Мировой океан покрывает около 71% поверхности планеты и содержит 97,6% известных нам мировых запасов свободной воды. Реки и озера содержат 0,3% мировых запасов свободной воды.

Большими хранилищами влаги являются и ледники, в них сосредоточено до 2,1% мировых запасов воды. Если бы все ледники растаяли, то уровень воды на Земле поднялся бы на 64 м и около 1/8 поверхности суши было бы затоплено водой.

Около 86% водяного пара поступает в атмосферу за счет испарения с поверхности морей и океанов и только 14% за счет испарения с поверхности суши. В итоге в атмосфере концентрируется 0,0005% общего запаса свободной воды. Количество водяного пара в составе приземного воздуха изменчиво. При особо благоприятных условиях испарения с подстилающей поверхности оно может достигать 2%. Несмотря на это, кинетическая энергия движения воды в морях составляет не более 2% от кинетической энергии воздушных течений. Происходит это потому, что более трети солнечного тепла, поглощаемого Землей, тратится на испарение и переходит в атмосферу. Кроме того, значительное количество энергии поступает в атмосферу за счет поглощения проходящего через нее солнечного излучения и отражения этого излучения от земной поверхности. Прошедшая же через водную поверхность лучистая энергия Солнца и небесного свода уменьшается в интенсивности наполовину уже в верхнем полуметре воды вследствие сильного поглощения в инфракрасной части спектра. Арабаджи Всеволод Исидорович. Загадки простой воды. М.: «Знание», 1973

Природная вода не бывает совершенно чистой, она содержит различные примеси: в пресных водах это обычно от 0,01 да 0,1% (масс.), в морской воде - 3,5%(масс.). Причём в последней главную массу растворённых веществ составляет хлорид натрия (поваренная соль). Горбачёв В.В. Концепции современного естествознания (учебник для вузов) Москва.«Оникс» 2008 г.

Вода, содержащая большое количество солей кальция и магния, называется жёсткой, в отличие от мягкой воды, например, дождевой.

Роль и значение воды для возникновения и существования жизни огромна, поскольку именно из неё в основном состоят почти все живые существа, да и сама жизнь по общепринятой модели А.И. Опарина зародилась в океане.

Растворенные в морской воде аммиак и углеводы в контакте с некоторыми минералами при достаточно высоком давлении и воздействии мощных электрических разрядов могли обеспечить образование белковых веществ, на основе которых в дальнейшем возникли простейшие организмы. По мнению К.Э. Циолковского, водная среда способствовала предохранению хрупких и несовершенных вначале организмов от механического повреждения. Суша и атмосфера стали впоследствии второй ареной жизни. Арабаджи Всеволод Исидорович. Загадки простой воды. М.: «Знание», 1973

Неизмеримо велика роль воды в природе и жизни человека. Можно сказать, что все живое состоит из воды и органических веществ. Она - активнейший участник формирования физической и химической среды, климата и погоды. При этом она влияет и на экономику, промышленность, сельское хозяйство, транспорт и энергетику.

Без пищи мы можем прожить несколько недель, а без воды - лишь 2-3 дня. Для обеспечения нормального существования человек должен вводить в организм воды примерно в 2 раза больше по весу, чем питательных веществ. Потеря организмом человека более 10% воды может привести к смерти. В среднем в организме растений и животных содержится более 50% воды, в теле медузы ее до 96%, в водорослях 95-99%, в спорах и семенах от 7 до 15%. В почве находится не менее 20% воды, в организме же человека вода составляет около 65%. Разные части человеческого организма содержат неодинаковое количество воды: стекловидное тело глаза состоит из воды на 99%, в крови ее содержится 83, в жировой ткани 29, в скелете 22 и даже в зубной эмали 0,2%. В течение всей своей жизни человек теряет воду из организма, и его биоэнергетический потенциал уменьшается. В шестинедельном человеческом эмбрионе содержание воды составляет до 97%, у новорождённого - 80%, у взрослого - 60-70%, а в организме пожилого человека - лишь 50-60%.

Вода абсолютна необходима для всех ключевых систем жизнеобеспечения человека. Вода и содержащиеся в ней вещества становятся средой питания и поставляют живым организмам необходимые для жизни микроэлементы. Она содержится в крови (79%) и способствует переносом по кровеносной системе в растворённом состоянии тысяч необходимых веществ и элементов (геохимический состав воды близок к составу крови животных и человека.).

В лимфе, которая осуществляет обмен веществ между кровью и тканями живого организма вода составляет 98%.

Вода сильнее других жидкостей проявляет свойства универсального растворителя. Через определённое время она может растворить почти любое твёрдое вещество.

Такая всеобъемлющая роль воды обусловлена её уникальными свойствами.

Уникальные (аномальные) свойства воды

Теплопроводность и теплоёмкость воды

Благодаря этому свойству тепло от происходящих химических реакций равномерно распределяется по организму и устраняет его перегрев, а в силу большой теплоёмкости даже для небольшого повышения температуры организму требуется большое количество энергии. Так, высокие тепловые свойства воды обеспечивают стабильность среды организма и постоянство протекания биохимических процессов при низких температурах. Вода может сохранять тепло и помогает организму поддерживать постоянную температуру. Её тепловые свойства наиболее подходят для функционирования организма. Горбачёв В.В. Концепции современного естествознания (учебник для вузов) Москва.«Оникс» 2008 г.

Высокая температура кипения воды способствует обеспечению жизнедеятельности организма при низких температурах, и при этом, т.к. на испарение требуется энергия, при процессе испарения происходит охлаждение организма (потоотделение).

Эти же свойства воды предопределяет большое ее влияние на климат. Основным терморегулятором климата являются воды океанов и морей: накапливая тепло летом, они отдают его зимой. Отсутствие водоемов на местности обычно приводит к образованию резко континентального климата.

Благодаря высокой удельной теплоте плавления воды климат на Земле достаточно стабилен и мягок. Арабаджи Всеволод Исидорович. Загадки простой воды. М.: «Знание», 1973

Благодаря влиянию океанов на значительной части земного шара обеспечивается перевес осадков на суше над испарением, и организмы растений и животных получают нужное им для жизни количество воды. Водная и воздушная оболочки земного шара постоянно обмениваются углекислотой с горными породами, растительным и животным миром, что также способствует стабилизации климата.

Теплоемкость морской воды стоит на третьем месте после теплоемкости водорода и жидкого аммиака. Арабаджи Всеволод Исидорович. Загадки простой воды. М.: «Знание», 1973

Поверхностное натяжение воды

Среди необычных свойств воды трудно обойти вниманием еще одно - ее исключительно высокое поверхностное натяжение 0,073 Н/м (при 20o С). Из всех жидкостей более высокое поверхностное натяжение имеет только ртуть. Оно проявляется в том, что вода постоянно стремится стянуть, сократить свою поверхность, хотя она всегда принимает форму емкости, в которой находится в данный момент. Вода лишь кажется бесформенной, растекаясь по любой поверхности. Сила поверхностного натяжения заставляет молекулы ее наружного слоя сцепляться, создавая упругую внешнюю пленку. Свойства пленки также определяются замкнутыми и разомкнутыми водородными связями, ассоциатами различной структуры и разной степени упорядоченности. Благодаря пленке некоторые предметы, будучи тяжелее воды, не погружаются в воду (например, осторожно положенная плашмя стальная иголка). Многие насекомые (водомерки, ногохвостки и др.) не только передвигаются по поверхности воды, но взлетают с нее и садятся, как на твердую опору. Более того, живые существа приспособились использовать даже внутреннюю сторону водной поверхности. Личинки комаров повисают на ней с помощью не смачиваемых щетинок. Высокое поверхностное натяжение позволяет воде принимать шарообразную форму при свободном падении или в состоянии невесомости: такая геометрическая форма имеет минимальную для данного объема поверхность. Струя химически чистой воды сечением 1 см2 по прочности на разрыв не уступает стали того же сечения. Водную струю как бы цементирует сила поверхностного натяжения. Поведение воды в капиллярах подчиняется и более сложным физическим закономерностям. Сент-Дьердьи отмечал, что в узких капиллярах возникают структурно упорядоченные слои воды вблизи твердой поверхности. Структурирование распространяется в глубь жидкой фазы на толщину слоя порядка десятков и сотен молекул (ранее предполагали, что упорядоченность ограничивается лишь мономолекулярным слоем воды, примыкающим к поверхности). Особенности структурирования воды в капиллярных системах позволяют с определенным основанием говорить о капиллярном состоянии воды. В природных условиях это состояние можно наблюдать у так называемой поровой воды.

В виде тончайшей пленки она устилает поверхность полостей, пор, трещин пород и минералов земной коры.

Развитые межмолекулярные контакты с поверхностью твердых тел, особенности структурной упорядоченности, вероятно, и являются причиной того, что поровая вода замерзает при более низкой температуре, чем обычная, свободная, вода. Исследования показали, что при замерзании связанной воды проявляются не только изменения ее свойств, - иными становятся и свойства тех горных пород, с которыми она непосредственно соприкасается. И.В.Петрянов. Самое необыкновенное вещество в мире. М., “ Педагогика “ ,1975 год

Необычайно высокие скрытая теплота испарения и скрытая теплота плавления воды

Необходимо для превращения воды в пар и льда - в воду.

Скрытая теплота плавления воды -- наиболее высокая среди всех веществ за исключением аммиака и водорода, а скрытая теплота испарения -- наиболее высокая из всех веществ. Арабаджи Всеволод Исидорович. Загадки простой воды. М.: «Знание», 1973

Чтобы перевести ее из жидкого состояния в парообразное или из твердого в жидкое, надо затратить большое количество энергии, которое требуется, как это следует из гипотез, для разрушения ее межмолекулярной структуры. Эту энергию и называют скрытой теплотой испарения или таяния. Чтобы превратить лед в воду, надо затратить 332,43 Дж на 1 г, а для превращения такого же количества воды в пар требуется 2258,5 Дж. При обратных переходах -- превращении пара в воду и воды в лед -- из каждого грамма воды выделяется эквивалентное количество тепла. интернет-источники.

Наглядное представление об этой энергии дает такое сравнение -- 1 м3 воды при замерзании выделяет примерно столько же тепла, сколько его получается при сжигании 10 кг угля. В течение весеннего и осеннего сезонов за счет скрытой теплоты плавления (замерзания) происходит обмен таким количеством тепла, которое эквивалентно 2*1011 т сожженного угля, что намного превышает годовую добычу его во всем мире.

Изменение плотности воды в зависимости от температуры

Аномалия плотности двоякая. Во-первых, после таяния льда плотность увеличивается, проходит через максимум при 4оС и только затем уменьшается с ростом температуры. В обычных жидкостях плотность всегда уменьшается с температурой. И это понятно. Чем больше температура, тем больше тепловая скорость молекул, тем сильнее они расталкивают друг друга, приводя к большей рыхлости вещества. Разумеется, и в воде повышение температуры увеличивает тепловую скорость молекул, но почему-то это приводит в ней к понижению плотности только при высоких температурах. интернет-источники.

Во-вторых, аномалия плотности состоит в том, что плотность воды больше плотности льда (благодаря этому лед плавает на поверхности воды, вода в реках зимой не вымерзает до дна и т.д.). Обычно же при плавлении плотность жидкости оказывается меньше, чем у кристалла. Это тоже имеет простое физическое объяснение. В кристаллах молекулы расположены регулярно, обладают пространственной периодичностью - это свойство кристаллов всех веществ. Но у обычных веществ молекулы в кристаллах, кроме того, плотно упакованы. После плавления кристалла регулярность в расположении молекул исчезает, и это возможно только при более рыхлой упаковке молекул, то есть плавление обычно сопровождается уменьшением плотности вещества. Такого рода уменьшение плотности очень мало: например, при плавлении металлов она уменьшается на 2 - 4%. А плотность воды превышает плотность льда сразу на 10%! То есть скачок плотности при плавлении льда аномален не только по знаку, но и по величине. интернет-источники.

Переохлажденная вода

В последнее время много внимания уделяется изучению свойств переохлажденной воды, то есть остающейся в жидком состоянии ниже точки замерзания 0 оС. (Переохладить воду можно либо в тонких капиллярах, либо - еще лучше - в виде эмульсии: маленьких капелек в неполярной среде - "масле"). Вода с аномалией плотности при переохлаждении ведет себя странно.

С одной стороны, плотность воды сильно уменьшается по мере переохлаждения (то есть первая аномалия

усиливается), но, с другой стороны, она приближается к плотности льда при понижении температуры (то есть вторая аномалия ослабевает).

Сжимаемость воды

Вот еще пример аномалии воды: необычное температурное поведение ее сжимаемости, то есть степени уменьшения объема при увеличении давления. Обычно сжимаемость жидкости растет с температурой: при высоких температурах жидкости более рыхлы (имеют меньшую плотность) и их легче сжать. Вода обнаруживает такое нормальное поведение только при высоких температурах. При низких же сжимаемость ведет себя противоположным образом, в результате чего в ее температурном поведении появляется минимум при 45 оС.

На этих двух примерах мы видим, что необычные свойства воды характеризуются экстремальным поведением, то есть появлением максимумов (как в плотности) или минимумов (как в сжимаемости) на кривых их зависимостей от температуры. Такие экстремальные зависимости означают, что в воде имеет место противоборство двух процессов, каждый из которых обусловливает противоположное поведение рассматриваемого свойства. Один процесс - это обычное тепловое движение, усиливающееся с ростом температуры и делающее воду (как и любую другую жидкость) более раз упорядоченной; другой процесс необычный, присущий только воде, за счет него вода становится более упорядоченной при низких температурах. Разные свойства воды по-разному чувствительны к этим двум процессам, и поэтому положение экстремума наблюдается для каждого свойства при своей температуре.

Существует множество других аномалий воды. Среди них, например, температурный коэффициент расширения воды на интервале от 0 до 45?С увеличивается с ростом давления, а у других тел, обычно, наоборот; так же это теплопроводность, зависимость диэлектрической проницаемости от давления, коэффициент самодиффузии и многие другие свойства.

Во многом это связано со структурами, образованными молекулами воды и изменяющихся при их взаимодействиях в зависимости от условий существования различных фаз воды.

На свойства воды могут влиять магнитное поле или воздействие на неё переменного электрического поля разной частоты. Горбачёв В.В. Концепции современного естествознания (учебник для вузов) Москва.«Оникс» 2008 г.

Объяснение некоторых аномалий

Теперь можно объяснить происхождение многочисленных аномалий воды. Рассмотрим аномалии плотности. Первая - резкое увеличение плотности при плавлении льда - связана с тем, что сетка водородных связей льда сильно искажается после плавления: в водной сетке углы между связями отклоняются от оптимальных тетраэдрических, в результате чего уменьшается объем пустого пространства между молекулами воды. Вторая определяется тепловой перестройкой структуры водной сетки. Чем ниже температура, тем ажурнее становится сетка, обусловливая уменьшение плотности при понижении температуры ниже 4?С. При высоких температурах перестройка структуры сетки уже мало влияет на плотность, поскольку сетка здесь сильно отличается от ажурной тетраэдрической конфигурации. Тогда становится видным общее для всех веществ (нормальное) явление увеличения расстояний между частицами при нагревании. Заметим, что приближение плотности воды при ее переохлаждении к плотности льда не означает, что структура воды становится все больше похожей на структуру льда. Хотя углы между водородными связями при этом приближаются к тетраэдрическим, но структура ажурной случайной водной сетки при низких температурах не имеет ничего общего с регулярной структурой льда Ih . интернет-источники.

Аналогичным образом можно объяснить аномальное поведение и других свойств воды при низких температурах, например, сжимаемости. Общая причина такого аномального поведения заключается в том, что при низких температурах сетка водородных связей воды еще не очень искажена по сравнению с тетраэдрической конфигурацией, и при изменении температуры имеет первостепенное значение перестройка структуры этой сетки, которая и определяет аномальный вклад в поведение наблюдаемого нами свойства воды.

При высоких температурах, когда водная сетка сильно деформирована, ее перестройка оказывает меньшее влияние на наблюдаемое свойство и вода ведет себя, как и все обычные жидкости.

Чтобы деформировать сетку при изменении температуры, перестроить ее структуру, нужно затратить энергию; это и объясняет аномальный вклад в теплоемкость. Изменение структуры сетки можно назвать изменением ее конфигурации, поэтому аномальный вклад в теплоемкость, который описывает затраты энергии на изменение структуры сетки (при увеличении температуры на один градус), называют конфигурационной теплоемкостью. Аномальный вклад в теплоемкость не исчезает вплоть до 100°С (при обычном давлении) и его величина мало изменяется с температурой. Это означает, что сетка водородных связей в воде существует на всем интервале существования жидкости - от точки плавления до точки кипения: с ростом температуры водородные связи не разрываются, а постепенно изменяют свою конфигурацию.

Такое резкое отклонение от установленной закономерности как раз и объясняется тем, что вода является ассоциированной жидкостью. Ассоциированность ее сказывается и на очень высокой теплоте парообразования. Так, для того чтобы испарить 1 г воды, нагретой до 100о С, требуется в шесть раз больше тепла, чем для нагрева такого же количества воды от 0 до 80о С. Благодаря этому вода является мощнейшим энергоносителем на нашей планете.

Память воды

Недавно были обнаружены кластеры молекул воды, которые образуются в процессе самоорганизации. Они изменяют структуру воды (структурированная вода) и могут играть роль ячеек памяти. Структурированная вода - вода с изменённой относительно равновесия к окружающей среде структурой. Часто структурированной вода предлагается в виде некоего «сверхлекарства», способного лечить заболевания, признаваемые неизлечимыми официальной медициной.

Эффект памяти воды давно вошел в медицинскую практику. Немецкий ученый Самуэль Ганеман еще 200 лет назад разработал новый метод лечения, который назвал «гомеопатией». Растворяя или разводя лекарства во все более малых концентрациях в нейтральном растворителе (спирт, физраствор), Ганеман обнаружил, что их действие не только не исчезает, но и, наоборот, возрастает. После 12-го сотенного разведения лекарства в растворе не оставалось ни одной молекулы исходного вещества, а лекарства, разведенные порядка 10 тысяч раз, давали лучшие результаты лечения.

Феномен действия малых и сверхмалых концентраций вещества был тщательно исследован в ХХ веке. Во всем мире предпринимаются попытки уменьшить дозировку обычных лекарственных средств с целью уменьшения их вредного воздействия на организм, изучить действие сверхмалых доз, в сотни и тысячи раз меньших, чем в обычных лекарствах. Для лекарственной основы, в основном, используют воду. В России первыми начали такие исследования в НИИ биохимической физики им.Н.М. Эмануэля РАН под руководством профессора Е.Бурлаковой, затем к ним подключились и фармакологи . Серии экспериментов показали отсутствие молекул исходного вещества в высоких разведениях гомеопатических препаратов и сохранение их лечебного эффекта. Эффекты действия веществ в сверхмалых концентрациях хорошо задокументированы и сомнений не вызывают .

Что же остается в водном растворе от лекарства, если там нет даже молекулы этого лекарства?

молекулы воды обладают способностью образовывать конгломераты типа кристаллов с помощью водородных связей, создавать «водородные мостики» (ассоциаты), которыми она может касаться других молекул. Эти водородные мостики долго считались недолговечными, проживающими одну миллиардную долю секунды 20. Сатпрем. Разум клеток. СПб. Мирра. 1995

Ведущий научный сотрудник, кандидат химических наук, кандидат философских наук С.В.Зенин вместе с группой коллег обнаружил в воде водородные мостики-долгожители, а потом выявил в воде суперстабильные кластеры (cluster - скопление) - структурные элементы воды Тихоплав В.Ю., Тихоплав Т.С. Гармония Хаоса или Фрактальная реальность. ИД «ВЕСЬ».

Санкт-Петербург. 2003 г.. Оказалось, что молекулы воды не двигаются хаотически по отдельности, а сцепляются в полиассоциаты-супермолекулы, состоящие из 57 молекул воды, образуя геометрические объемные фигуры правильной формы. 16 таких супер-молекул соединены между собой в один структурный элемент воды, состоящий из 912 молекул Н2О, напоминающий льдинку. Из таких «льдинок»-кластеров и состоит на 80% химически чистая вода. 15% представляют полиассоциаты-супермолекулы, и только 3% - отдельные классические молекулы Н2О.

Как показали исследования, кластеры из 912 молекул воды, составляющих 80% чистой воды, не разрушаются даже при температурах, близких к точке кипения, просто их концентрация немного уменьшается.

Казалось бы, что такая «кристаллическая» и «ребристая» вода должна быть необыкновенно вязкой! Но «льдинки»-кластеры почти не взаимодействуют друг с другом, не образуют сложных устойчивых конструкций и легко скользят гранями относительно друг друга, создавая текучесть. Воду можно сравнить с переохлажденным раствором, который никак не может кристаллизоваться.

А как же влияют на воду примеси? Известно, что каждая молекула воды представляет «диполь». Это значит, что она состоит из положительного и отрицательного полюсов, которые взаимно притягиваются. Благодаря этому, молекулы через водородные мостики соединяются в большие развитые структуры - кластеры 19. Б.Зайлер. Тайна жизни. (Zeiten Schrift.) Почерк времени. 2002. №2. Но сочетание положительных и отрицательных зарядов на каждой грани «льдинки»-кластера может быть разным. И, в зависимости от этого сочетания зарядов, они могут по-разному ориентироваться друг относительно друга, либо притягиваясь, либо отталкиваясь. Исследования С.В.Зенина Ф. Ханцеверов. Эниология: чудеса без мистики. Книга научных версий. Международная Академия энергоинформационных наук. АНМ. Москва. 1999. показали, что в химически чистой воде суперкластеры (похожие на льдинки) и классические молекулы Н2О находятся в хаосе, а энергия теплового движения больше энергии поворота «льдинки», поэтому никакого общего рисунка вода не несет. Когда в чистую воду попадают молекулы примеси, то вокруг них начинают ориентироваться определенным образом супермолекулы (кластеры) воды, а те, в свою очередь, ориентируют следующие «льдинки», притягивая или отталкивая. Создаются различные структуры, которые зависят от сочетания положительных и отрицательных зарядов на каждой грани полиассоциата, образуя сложные пространственные узоры. А это уже своеобразные шифры, варьируя которые, можно записывать разную информацию Ф. Ханцеверов. Эниология: чудеса без мистики. Книга научных версий. Международная Академия энергоинформационных наук. АНМ. Москва. 1999.

Вода приобретает общую структурированность, отражающую структуру растворенного вещества. Другими словами, вода записывает в себе информацию о растворенном веществе. Мы можем довести концентрацию вещества в растворе почти «до нуля» - вода все равно запомнит, что именно в ней было растворено. На этом и основан гомеопатический эффект. Существует бесконечное разнообразие кластеров, потому что водородные мостики позволяют молекулам воды соединяться самыми различными способами. Конфигурация элементов воды самым чутким образом реагирует на любое внешнее воздействие: пропускают через воду ток - они образуют одну фигуру, меняют давление - кластеры тут же производят передислокацию, начинают играть с освещенностью, элементы выдают новую картину. То есть вода меняет свою структуру под воздействием многочисленных факторов. И каждая из геометрических структур хранит определенную энергетическую информацию. удалось установить, что молекулы составляют в воде кластеры геометрически правильной формы в виде пяти «тел Платона»: тетраэдр, гексаэдр, октаэдр, додекаэдр и икосаэдр Ф. Ханцеверов. Эниология: чудеса без мистики. Книга научных версий. Международная Академия энергоинформационных наук. АНМ. Москва. 1999.. Поскольку «тела Платона» существуют во всей Вселенной, вода путем резонирования с вибрационным образцом такой же формы может воспринимать информацию и отдавать ее вновь Тихоплав В.Ю., Тихоплав Т.С. Гармония Хаоса или Фрактальная реальность. ИД «ВЕСЬ». Санкт-Петербург. 2003 г..

Подобные скопления молекул воды являются ее ПАМЯТЬЮ, потому что она накапливает информацию в своей такой разнообразной структуре. То, что образование кластеров не является продуктом случая, можно увидеть по структурам кристаллов льда и снега, которые существуют в бесконечных, но всегда правильных вариантах Тихоплав В.Ю., Тихоплав Т.С. Гармония Хаоса или Фрактальная реальность. ИД «ВЕСЬ». Санкт-Петербург. 2003 г..

Вода представляет собой иерархию правильных объемных структур, в основе которых лежит кристаллоподобный «квант воды» - кластер, состоящий из 57 ее молекул. В результате взаимодействия кластеров за счет свободных водородных связей возможно образование структур высшего порядка, состоящих из 912 молекул воды, которые уже практически не способны к взаимодействию за счет образования водородных связей Т.Батенева. Одна молекула на ведро воды. Известия. 14.02.2003

Таким образом, водная среда представляет собой как бы иерархически организованный жидкий кристалл. Изменение положения одного структурного элемента в этом кристалле под действием любого внешнего фактора или изменение ориентации окружающих элементов под влиянием добавляемых веществ обеспечивает высокую чувствительность информационной системы воды. Тем не менее, «память» воды не объясняется одним лишь изучением изменения расположения кластеров-супермолекул.

Вода обладает способностью бесконечно структурироваться под воздействием информации. И информация эта может быть в виде слов, музыки, мыслей, эмоций, картин, полевого воздействия.

Группой С.В.Зенина было создано устройство, чутко реагирующее на изменения в структуре воды. В частности, было зафиксировано, что на свойство жидкости влияет мысль человека. При этом, чем объемней Тихоплав В.Ю., Тихоплав Т.С. Гармония Хаоса или Фрактальная реальность. ИД «ВЕСЬ». Санкт-Петербург. 2003 г. выглядит мысленная картина, тем большие изменения происходят с водой. Итак, ученые разных стран пришли к выводу: окружающая нас и содержащаяся во всех живых организмах вода очень чутко реагирует на информацию любого характера, структурируется, хранит в себе полученную информацию, обменивается ею с окружающим миром. Вода связана в информационном плане с физическим вакуумом. Вода - это звено, через которое Космос управляет процессами на Земле Тихоплав В.Ю., Тихоплав Т.С. Гармония Хаоса или Фрактальная реальность. ИД «ВЕСЬ». Санкт-Петербург. 2003 г..

Научно доказано лишь существование эффекта упорядочения молекул воды при адсорбции молекул воды на поверхностях, имеющих специфическое чередование положительно и отрицательно заряженных групп атомов, а также при растворении некоторых полимеров, в частности, белковых макромолекул, что используется для описания некоторых свойств клеточной жидкости. Такое упорядочение не является ни полным по всему объёму жидкости, ни стабильным во времени. Полное упорядочение воды в стабильную структуру (возникновение дальнего порядка) означало бы её замерзание.

Вода - фрактал

Структура воды в организме человека играет огромную роль в получении извне, хранении и получении информации. И эта структура фрактальна.

Исследователям под руководством Ю.Левина удалось обнаружить фрактальные водяные потоки в человеческом организме и научиться управлять ими. Они выяснили, что существует связь лимфатических путей на поверхности тела с внутренними органами. И если требуется доставить лекарство в определенный орган, надо только знать, в какое место на теле его необходимо ввести. А потоки жидкости сами доставят его по назначению.

Доказательство фрактальности питьевой воды (структурной упорядоченности) имеет принципиальное значение для понимания биоинформационных свойств питьевой воды, так как именно фракталы, как информационно-полевые структуры, объясняют особые (информационно-энергетические) свойства питьевой воды, что находит свое применение в новых направлениях современной медицины - биоинформационной медицине, новых физических методах контроля питьевой воды с учетом ее биоэнергетических свойств Тихоплав В.Ю., Тихоплав Т.С. Гармония Хаоса или Фрактальная реальность. ИД «ВЕСЬ». Санкт-Петербург. 2003 г..

Талая вода и её свойства

Она рождается при таянии льда и сохраняет температуру 0?С, пока весь лед не растает. Специфика межмолекулярных взаимодействий, характерная для структуры льда, сохраняется и в талой воде, так как при плавлении кристалла разрушается только 15% всех водородных связей. Поэтому присущая льду связь каждой молекулы воды с четырьмя соседними ("ближний порядок") в значительной степени не нарушается, хотя и наблюдается большая размытость кислородной каркасной решетки.

Таким образом, талая вода отличается от обычной изобилием многомолекулярных кластеров, в которых в течение некоторого времени сохраняются рыхлые льдоподобные структуры. После таяния всего льда температура воды повышается и водородные связи внутри кластеров перестают противостоять возрастающим тепловым колебаниям атомов. Размеры кластеров изменяются, и поэтому начинают меняться свойства талой воды: диэлектрическая проницаемость приходит к своему равновесному состоянию через 15-20 минут, вязкость - через 3-6 суток. Биологическая активность талой воды спадает, по одним данным, приблизительно за 12-16 часов, по другим - за сутки. интернет-источники.

Итак, физико-химические свойства талой воды самопроизвольно меняются во времени, приближаясь к свойствам обычной воды: она постепенно как бы "забывает" о том, что еще недавно была льдом.

Лед и пар - различные агрегатные состояния воды, и поэтому логично предположить, что в жидкой промежуточной фазе валентный угол отдельной молекулы воды лежит в диапазоне между значениями в твердой фазе и в паре. В кристалле льда валентный угол молекулы воды близок к 109,5?. При таянии льда межмолекулярные водородные связи ослабевают, расстояние Н-Н несколько сокращается, валентный угол уменьшается. При нагревании жидкой воды происходит разупорядочение кластерной структуры, и этот угол продолжает уменьшаться. В парообразном состоянии валентный угол молекулы воды составляет уже 104,5?.

Значит, для обычной жидкой воды валентный угол вполне может иметь некоторое среднее значение между 109,5 и 104,5?, то есть примерно 107,0?. Но так как талая вода по своей внутренней структуре близка ко льду, то и валентный угол ее молекулы должен быть ближе к 109,5?, скорее всего, около 108,0?.

Сказанное выше можно сформулировать в виде гипотезы: в силу того, что талая вода значительно более структурирована, чем обычная вода, ее молекула с большой долей вероятности имеет структуру, максимально приближенную к гармоничному треугольнику золотой пропорции с валентным углом, близким к 108?, и с отношением длин связей примерно 0,618-0,619?. Экспериментального доказательства данные выводы не имеют.

Человеку с незапамятных времен известны удивительные свойства талой воды. Талая вода, в отличие от обычной, по своей структуре очень похожа на жидкость, содержащуюся в клетках растительных и живых организмов.

Именно поэтому для человека более подходит "ледяная" структура талой воды, в которой молекулы объединены в ажурные кластеры. Это уникальное свойство талой воды способствует ее легкому усвоению организмом, она биологически активна. Вот почему так полезны овощи и фрукты - они доставляют в организм воду, имеющую аналогичную структуру.

При питье талой воды происходит подпитка организма самым гармоничным из всех веществ на Земле. Она улучшает обмен веществ и усиливает кровообращение, снижает количество холестерина в крови и успокаивает боли в сердце, повышает адаптационные возможности организма и способствует продлению жизни. Сатпрем. Разум клеток. СПб. Мирра. 1995 «воды с изменённой относительно равновесия к окружающей среде структурой».

Биологические полимеры (биополимеры). Биологические полимеры- это органические соединения, входящие в состав клеток живых организмов и продуктов их жизнедеятельности.

Полимер - (от греч, «поли» - много) - многозвеньевая цепь, в которой звеном является какое-либо относительно простое вещество - мономер. Мономеры, соединяясь между собой, образуют цепи, состоящие из тысяч мономеров. Если обозначить тип мономера определенной буквой, например А, то полимер можно изобразить в виде очень длинного сочетания мономерных звеньев: А - А - А - А - … А. Это, например, известные вам органические вещества: крахмал, гликоген, целлюлоза и др. Биополимерами являются белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды.

Свойства биополимеров зависят от строения их молекул: от числа и разнообразия мономерных звеньев, образующих полимер.

Если соединить вместе два типа мономеров А и Б, то можно получить очень большой набор разнообразных полимеров. Строение и свойства таких полимеров будут зависеть от числа, соотношения и порядка чередования, т. е. положения мономеров в цепях. Полимер, в молекуле которого группа мономеров периодически повторяется, называют регулярным. Таковы, например, схематически изображенные полимеры с закономерным чередованием мономеров:

…А Б А Б А Б А Б…

…А А Б Б А А Б Б…

…А Б Б А Б Б А Б Б А…

Однако значительно больше можно получить вариантов полимеров, в которых нет видимой закономерности в повторяемости мономеров. Такие полимеры называют нерегулярными.

Допустим, что каждый из мономеров определяет какое-либо свойство полимера. Например, мономер А определяет высокую прочность, а мономер Б - электропроводность. Сочетая эти два мономера в разных соотношениях и по-разному чередуя их, можно получить огромное число полимерных материалов с разными свойствами. Если же взять не два типа мономеров (А и Б), а больше, то и число вариантов полимерных цепей значительно возрастет.

Оказалось, что сочетание и перестановка нескольких типов мономеров в длинных полимерных цепях обеспечивают построение множества вариантов и определяют различные свойства биополимеров, входящих в состав всех организмов. Этот принцип лежит в основе многообразия жизни на нашей планете.

Химические соединения с высокой молекулярной массой (от нескольких тысяч до многих миллионов). В состав молекул В. с. (макромолекул) входят тысячи атомов, соединенных химическими связями.

Классификация. По происхождению высокомолекулярные соединения делят на природные, или биополимеры (напр., белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды), и синтетические (напр., полиэтилен, феноло-альдегидные смолы).

В зависимости от расположения в макромолекуле атомов и атомных групп различают:

Линейные высокомолекулярные соединения, макромолекулы которых представляют собой открытую, линейную, цепь (напр., каучук натуральный) или вытянутую в линию последовательность циклов (напр., целлюлоза);

Разветвленные высокомолекулярные соединения, макромолекулы которых имеют форму линейной цепи с ответвлениями (напр., амилопектин);

Сетчатые высокомолекулярные соединения - трехмерные сетки, образованные отрезками высокомолекулярных соединений, цепного строения (напр., отвержденные феноло-альдегидные смолы).

Полимеры, макромолекулы которых состоят из одинаковых стереоиэомеров или из различных стереоизомеров, чередующихся в цепи в определенной периодичности, наз. стереорегулярными. Полимеры, в к-рых каждый или нек-рые стереоизомеры звена образуют достаточно длинные непрерывные последовательности, сменяющие друг друга в пределах одной макромолекулы, наз. стереоблоксополимеры.

По химическому составу макромолекулы различают гомополимеры (полимер образован из одного мономера, напр. полиэтилен) и сополимеры (полимер образован, по меньшей мере, из двух разл. мономеров). Высокомолекулярные соединения, состоящие из одинаковых мономерных звеньев, но различающиеся по мол, массе, наз. полимергомологами.

Сополимеры в зависимости от характера распределения разл. звеньев в макромолекуле делят на регулярные и нерегулярные. В регулярных макромолекулах наблюдается определенная периодичность распределения. Для нерегулярных сополимеров характерно случайное, или статистическое распределение звеньев; оно наблюдается у мн. синтетич. сополимеров. В белках нерегулярные последовательности звеньев задаются генетич. кодом. Сополимеры, в к-рых достаточно длинные непрерывные последовательности, образованные каждым из звеньев, сменяют друг друга в пределах макромолекулы, наз. блоксополимерами. Последние наз. регулярными, если длины блоков и их чередование подчиняются определенной периодичности. При уменьшении длины блоков различие между блоксополимерами и статистическими сополимерами постепенно утрачивается. К внутренним (не концевым) звеньям макромолекулярной цепи одного химического состава или строения могут быть присоединены одна или несколько цепей другого состава или строения; такие сополимеры называются привитыми.

В зависимости от состава основной цепи макромолекулы все ВС, делят на два больших класса: гомоцепные, основные цепи которых построены из одинаковых атомов, и гетероцепные, в основной цепи которых содержатся атомы разных элементов, чаще всего С, N, Si, P. Среди гомоцепных высокомолекулярных соединений наиболее распространены карбоцепные (главные цепи состоят только из атомов углерода), например полиэтилен, полиметилметакрилат, и др. Примеры гетероцепных В. С.- полиэфиры, полиамиды, кремнийорганические полимеры, белки, целлюлоза. В. С., в макромолекулы к-рых наряду с углеводородными группами входят атомы неорганогенных элементов, наз., элементоорганическими. В полимерах, содержащих атомы металла (напр., Zn, Mg, Cu), обычные ковалентные связи могут сочетаться с координационными.

В зависимости от формы макромолекулы В. с. делят на глобулярные и фибриллярные. У фибриллярных В. С. молекулы представляют собой линейные или слаборазветвленные цепи. Фибриллярные В. с. легко образуют надмолекулярные структуры в виде асимметричных пачек молекул - фибрилл. Глобулярными паз. В. С., макромолекулы к-рых имеют форму компактных шарообразных клубков - глобул, возможно также образование глобул из фибриллярных.

Свойства и важнейшие характеристики

Высокомолекулярные соединения обладают специфическим комплексом физико-химических и механических свойств.

Важнейшие из этих свойств:

способность образовывать высокопрочные анизотропные высоко- ориентированные волокна и пленки;

способность к большим, длительно развивающимся обратимым деформациям;

способность в высокоэластичном состоянии набухать перед растворением; высокая вязкость растворов.

Этот комплекс свойств обусловлен высокой мол. массой, цепным строением, а также гибкостью макромолекул и наиболее полно выражен у линейных В. с. При переходе от линейных цепей к разветвленным, редким трехмерным сеткам и, наконец, к густым сетчатым структурам этот комплекс свойств становится все менее выраженным. Сильно сшитые В. С. нерастворимы, неплавки и неспособны к высокоэластичным деформациям.

Высокомолекулярные соединения могут существовать в кристаллическом и аморфном состояниях. Необходимое условие кристаллизации - регулярность достаточно длинных участков макромолекулярной цепи. В кристаллических полимерах возможно возникновение разнообразных кристаллических форм (фибрилл, сферолитов, монокристаллов и др.), тип которых во многом определяет свойства полимерного материала.

Незакристаллизированные полимеры могут находиться в трех физических состояниях:

стеклообразном.

высокоэластичом.

вязкотекучем.

Высокомолекулярные соединения с низкой (ниже комнатной) температурой перехода из стеклообразного в высокоэластичное состояние называются эластомерами, с высокой- пластиками.

Свойства отдельных высокомолекулярных соединения определяются химическим составом, строением и взаимным расположением макромолекул (надмолекулярной структурой) в конденсированной фазе. В зависимости от этих факторов свойства высокомолекулярные соединения могут меняться в очень широких пределах. Большие различия в свойствах высокомолекулярных соединений могут наблюдаться даже в том случае, если различия в строении макромолекул на первый взгляд и невелики.

Высокомолекулярные соединения могут вступать в основном в следующие реакции:

Образование химичесикх связей между макромолекулами (т. и. сшивание);

Распад макромолекулярных цепей на отдельные, более короткие фрагменты (см. деструкция);

химический органоген макроэлемент кислород

Реакции боковых функциональных групп высокомолекулярных соединений с низкомолекулярными веществами, не затрагивающие основную цепь и приводящие к образованию полимераналогов;

Внутримолекулярные реакции, протекающие между функциональными группами одной макромолекулы, направленная внутримолекулярная циклизации.

Некоторые свойства высокомолекулярных соединений например: растворимость, способность к вязкому тёчению, стабильность и др., очень чувствительны к действию небольших количеств примесей или добавок, реагирующих с макромолекулами.

Важнейшие характеристики высокомолекулярных соединений: химический состав, молекулярная масса и молекулярно-массовое распределение, степень разветвленности макромолекулярных цепей, стереорегулярность и др.

Получение высокомолекулярных соединений

Природные высокомолекулярные соединения образуются в процессе биосинтеза в клетках живых организмов, могут быть выделены из растительного и животного сырья. Неорганические природные В. с. образуются в результате геохимических процессов, происходящих в земной коре. Синтетические В. с. получают путем реакций полимеризации и поликонденсации. Карбоцепные В. с. обычно получают полимеризацией мономеров с одной или несколькими кратными углерод -- углеродными связями или мономеров, содержащих неустойчивые карбоциклические группировки. Гетероциклические В.С. получают в результате реакций поликонденсации, а также полимеризации мономеров, содержащих кратные связи углерод -- элемент (напр. С--О, С--N , N--С--О) или же непрочные гетероциклич. группировки.