CC BY
3МОДЕЛИ СТРОЕНИЯ И ХИМИЧЕСКОЙ КИНЕТИКИ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ
ДОМИНИРУЮЩИЕ МОТИВЫ СЕТКИ ВОДОРОДНЫХ
СВЯЗЕЙ КАК ОТРАЖЕНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ СТРУКТУРНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ МОЛЕКУЛ ВОДЫ В ОКРЕСТНОСТИ ГИДРОФИЛЬНЫХ И ГИДРОФОБНЫХ
ЧАСТИЦ
Новаковская Ю.В.
МГУ имени М.В. Ломоносова, Химический факультет, Ленинские горы, д. 1, стр. 3,
Москва, 119991. РФ [email protected]
Свойства водных растворов, включая их спектральные характеристики, термодинамические функции, отклик на внешние воздействия и особенности взаимодействия с инородными системами, предопределены особенностями взаимодействий между молекулами воды и посторонними частицами, которые зависят от характера распределения электронной плотности всех вовлеченных во взаимодействие частиц и возможностей внутренне согласованного перераспределения этой плотности при возникновении межмолекулярных контактов. В случае молекул воды ключевая роль принадлежит электронному связыванию, которое традиционно именуют водородными связями и которое в существенной степени обусловлено перекрыванием молекулярных орбиталей неподеленных электронных пар атомов электроотрицательных элементов при необходимом участии мостиковых протонов. При этом индивидуальные кластеры или ансамбли молекул воды при появлении рядом с ними инородных частиц можно рассматривать как метастабильные формирования, механизм реорганизации которых кардинально различается в зависимости от природы инородных частиц. Гидрофильные частицы инициируют реорганизацию молекул воды в радиальном направлении, тогда как в окрестности гидрофобных частиц доминирующим направлением реорганизации является тангенциальное. Соответствующие движущие силы предопределяют не только взаимное расположение молекул воды, но и преобладающие направления водородных связей и степень и характер их упорядочения. При тангенциальной организации сетки водородных связей превалируют энергии связи молекул между собой; при радиальной - координация молекул к центральной инородной частице. Соответственно, могут быть выделены типичные мотивы связывания, которые зависят не только от гидрофильности/гидрофобности инородной частицы, но и от ее эффективного размера.
Эта концепция проиллюстрирована на примере ассоциатов, объединяющих от 20 до 60 молекул воды, которые формируются (а) при релаксации фрагментов льдоподобной структуры; (б) при возникновении полости в сетке водородных связей, инициируемой наличием гидрофобных атомов или малоатомных молекул; (в) при сольватации гидрофильных частиц и частиц, в структуре которых присутствуют структурные группы различной природы.
Работа выполнена в рамках темы «Молекулярное строение и надмолекулярная организация индивидуальных веществ, гибридных и функциональных материалов» (121031300090-2).
