Водный обмен растений - Жолкепич В.Н.
ISBN 5-02-003977-2
Скачать (прямая ссылка):
ТАБЛИЦА 4. Изменение значений энергии активации обмена (AEi) и энтропии (A*S) при растворении некоторых ионов [24, 29]
Катион Д ?. Д5 Кристал Лниои АЕ ? AS Кристал
лический лический
радиус, радиус,
нм им
Mg2+ +0,80 --48,1 7,4 so42- +0,15 ---30,2 23,0
Са2"1" +0,28 ---31,6 10,4 С1- ---0,10 + 1,5 18,1
Li+ +0,39 ---13,3 6,8 Вг- ---0,14 + 6,6 19,6
Na+ +0,17 ---1,3 9,8 I' ---ОД 5 + 13,1 22,0
К+ ---0,20 +8,2 13,3
Pb+ ---0,30 + 12,5 14,9
Cs+ ---0,34 + 14,1 16,5
На конечный эффект взаимодействия иона с водой влияет также структура воды. Образование Н-связей между ее молекулами (стабилизация структуры) ведет к уменьшению гидратации, разрушение связей — к усилению [29]. Таким образом, успех гидратации определяется конкурентным соотношением двух взаимодействий: ион — вода и вода — вода. В литературе есть указания на то, что ослабление взаимодействия вода — вода (при повышении температуры) может вести не только к усилению гидратации, но даже к превращению отрицательной гидратации (иона К+) в положительную.
Растворы неэлектролитов. В этом случае действует лишь геометрический фактор нарушения структуры чистой воды. В образовании новой структуры до сих пор много неясного. Между неполярными молекулами и водой не могут возникать электростатические взаимодействия и водородные связи, но большой экспериментальный материал указывает на упорядочение структуры и снижение энтропии воды при растворении неэлектролитов (табл. 5 и 6).
Из табл. 5 видно, что при растворении углеводорода увеличивается среднее число существующих при данной температуре Н-связей. Следовательно, можно говорить об упорядочении
ТАБЛИЦА 5. Влияние растворения алифатического углеводорода на количество Н-связей в воде [22]
Температу Количество Н-связей, % Температу Количество Н-связей, %
раствор уг вода раствор уг вода
леводорода леводорода
0 ¦ 67 52 40 52 41
10 63 49 50 49 39
20 59 46 60 46 37
30 56 43 70 43 35
ТАБЛИЦА 6. Энтропия перехода углеводорода из неполярного окружения в воду при 25° {30]
Вещество AS Вещество AS
сн4 --- 18 с4н10 ---23
С2НВ --- 19 СвНв --- 14
с3н8 ---23 СвН5---СНз -16
структуры воды. Данные изменения энтропии (табл. 6) подтверждают это.
Относительно характера и механизмов образования новой структуры при взаимодействии воды с неэлектролитами высказываются различные мнения. Можно выделить следующие, наиболее общепризнанные положения. Неполярные молекулы не встраиваются в льдоподобную структуру, а располагаются в ее полостях. Поэтому взаимодействие вода — вода не нарушается. Если размер неполярных молекул невелик, они не затрагивают гексагонального каркаса, если велик, то вокруг них образуется иная структура воды (пентагональная, додекаэдрическая и др.), с большими пустотами, способная существовать лишь при заполнении этих пустот неполярными молекулами. В любом случае возможны две причины упорядочения структуры воды:
1) заполнение полостей каркаса неполярными молекулами затрудняет трансляционное движение молекул воды, т. е. ослабляется фактор «размыва» структуры; 2) возникают дополнительные ван-дер-ваальсовы взаимодействия между неполярными молекулами и водой.
С позиций модели кластеров стабилизация структуры воды при взаимодействии с неэлектролитами объясняется тем, что структура кластеров благодаря ее изменчивости идеально приспособляется к структуре неполярного соединения. При этом происходит увеличение координационного числа и энергии Н-связей для молекул воды, контактирующих с неполярными молекулами '[31]-
Возможен и другой механизм взаимодействия воды с неполярными молекулами. Основываясь на том, что на границе воды. с воздухом (неполярной средой) самопроизвольно возникает отрицательная поляризация поверхности воды (ориентация молекул отрицательными полюсами к неполярной среде), можно допустить такую же поляризацию воды по отношению к другим неполярным средам. Тогда на границе с неполярной средой (молекулой) образуется максимально уплотненный мономоле-кулярный слой, на котором могут строиться за счет Н-связей следующие слои.
Стабилизацию структуры воды под влиянием неполярных
молекул и радикалов Р. Хорн [25] предлагает называть «гидрофобной гидратацией».
Растворы белков. Первым этапом является сильное действие геометрического фактора нарушения структуры чистой воды (из-за большого размера макромолекул). Образование новой структуры осуществляется путем гидратации (ионной и электронейтральной), «гидрофобной гидратации» и иммобилизации (механического захвата) воды.
