Вода глазами военного химика (стр. 7 )

СВОБОДНАЯ И СВЯЗАННАЯ ВОДА В ПРИРОДЕ.

Многие минералы (гипс, глина, цемент) образуют с водой трёхмерный каркас геля. Его скрепляют электростатические и ван-дер-ваальсовские силы, которые на первых порах не препятствуют скольжению слоёв в тестообразном материале. Из гипса можно делать слепки, отливать формы и т. д., но уже через 5-10 минут он схватывается, превращаясь в монолит, сохраняя первоначальную форму. Эти изменения связаны с взаимодействием воды с ионами Са+2 и сульфатными группировками. Вода удаляется из гипса при нагреве до 200 С°. Несколько по-иному ведёт себя глина. Она начинает затвердевать при 100С°, а диффузия воды из плёночных слоёв приводит к сближению гидроксильных групп соседних молекул. В процессе сушки глины толщина плёнок жидкости уменьшаеться и частицы притягиваются друг к другу. При ~ 500 С° гидроксильные группы алюминия превращаются в ангидридные, происходит спекание образца - превращение его в монолит, керамику.

Менее известна способность глин лечить, поглощать радиоактивные ионы, ионы тяжёлых металлов, поверностно-активные вещества. Модификация бентонитовых глин солями NaCI приводила к очистке воды от ионов Sr+2 и Cs+ на 97%.[107].

Твердение цемента напоминает процесс получения керамики из глин, вот только протекает он при обычной температуре. В отличие от глин цементное сырьё – набор гидросиликатов кальция вначале обезвоживают в специальных печах и размельчают в порошок, а затем после добавления наполнителя - SiO2 увлажняют, превращая в тесто, которое медленно затвердевает. Вода энергично реагирует с оксидами кальция, и возникающий щелочной раствор способствует перемещению слоёв, врастанию частичек клинкера в силикатную структуру, чем и объясняется твердение цемента во времени.

Диффузия воды зафиксирована методом ЯМР в таких материалах как природные и синтетические цеолиты, активированные угли, оксид алюминия, силикагели, разнообразные синтетические пористые материалы.[108]. Диффузия воды в различных материалах во многом зависит от вида материалов, его удельной поверхности и диаметра пор. Обезвоживание таких материалов как окись алюминия, цеолиты происходит при температурах 150-800С°. Окись алюминия - полярный адсорбент с удельной поверхностью 200-300 м2/г из-за термостабильности и негорючести применяется для очистки воздуха от газов и органических веществ. Мелкие фракции Аl2О3 и нашли широкое применение в газовой и жидкостной хроматографии. Модифицированная катионами металлов, нитратами окись алюминия используется в качестве катализатора многих реакций тяжёлого органического синтеза.

Цеолиты - синтетические сорбенты со строго определённым размером пор в кристаллической решётке, состоящей из кремний - алюмо - кислородных октаэдров кубической формы. Активацию цеолитов осуществляют при температуре 350-450С°. Цеолиты в зависимости от величины пор избирательно поглощают воду и аммиак, спирты, углеводороды, поэтому их применяют для промышленного обезвоживания и очистки газовых выбросов.[109].

КОМПЛЕКСНЫЕ ГИДРАТЫ

Координационная теория была создана А. Вернером. В её основе лежит положение, что атомы после насыщения их обычных валентностей способны проявлять ещё и дополнительные валентности. Это могут быть как соединения внедрения, так и присоединения. Простейший пример образования соединения внедрения - образование гидрата при растворении соли в воде:

СаСI2 + 6H2O®[ Cа(ОН2 )6] CI2 Вода внедряется между ионом Са+2 и ионами СI- Образование фторборной кислоты - пример реакции присоединения:

HF + BF3 ® H[BF4]

Многие положительные ионы металлов способны к взаимодействию не только с ионами, имеющими отрицательный заряд, но и с нейтральными молекулами. Примерами таких соединений являются карбонилы железа Fe (CO)5, марганца, никеля. Электроотрицательные комплексообразователи встречаются сравнительно редко. Они имеются лишь в ионах гидроксония (ОН3)+, аммония (NH4)+, фосфония ( РН4)+ и в некоторых других.

Очень широкая группа комплексных соединений - это гидраты, где лигандами являются только молекулы воды. В водных растворах фактически каждый ион существует в гидратированном виде. При этом присоединение воды может быть настолько прочным, что при кристаллизации вещества молекулы воды переходят в состав кристаллов, образуя кристаллогидраты, в которых четыре или шесть молекул воды обычно координируются вокруг катиона. Однако встречаются и другие значения координационного числа. Иногда молекулы воды могут быть связаны и с анионами. Согласно этому структурную формулу кристаллогидрата сульфата меди СuSO4. 5 H2O ( медный купорос) следует изобразить так:

Н Н

НО ОН..O…O..H

Сu S O

HO OH..O O..H

Н Н

хотя некоторые исследователи изображали её с четырёхкоординированным атомом кислорода, что я считаю неправильным[110]. Выше описанный кристаллогидрат от одной молекулы воды избавляется очень легко - на сухом воздухе при выветривании. Другие три молекулы воды уходят при незначительном нагревании, но зато, чтобы отобрать последнюю воду, нужно раскалить кристаллы почти до 300°С. И тогда они меняют окраску, обесцвечиваясь. Аналогичное явление наблюдается у гептагидратов сульфатов тяжелых металлов, например, у железа: [ Fe (OH2 )6] SO4.Н2О.

Гидраты железа и алюминия достаточно устойчивы и не образуют аммиакатов при взаимодействии с аммиаком. Наоборот аммиакаты кобальта, меди, никеля очень устойчивы в водной среде. Ещё более устойчивыми аммиакатами являются вещества, содержащие бидентатные лиганды в лице этилен - (пропилен) диаминов. Кроме гидратов, аммиакатов, ацидокомплексов существуют комплексные соединения, во внутренней сфере которых имеются как молекулы воды, так и молекулы аммиака и кислотные остатки. Так, замена молекул аммиака молекулами воды сопровождается характерным изменением цвета:

[Cr(NH3)6]3+ - жёлтый, [Cr(NH3)5OH2]3+ – оранжево-жёлтый, [Cr(NH3)4(OH2)2]3+- оранжево-красный, [Cr(NH3)3(OH2)3]3+ -бледно-красный, [Cr(NH3)2(OH2)4]3+-фиолетово-красный, [Cr (OH2)6]3+ - фиолетовый.[111].

Комлексоны находят широкое применение для решения ряда задач аналитической химии. С использованием их многие элементы определяются в большом диапазоне концентраций. Для определения микроконцентраций элементов успешно применяются такие хелатообразующие реагенты, как b-дикетоны, находящиеся в таутомерном равновесии:

RC-CH2 C-R D R-C=CH-C-R,

О О О–H.. О

8 - оксихинолин и его производные, a-диоксимы, дифенилдитиокарбазон (дитизон), этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТА, Трилон Б ), дитиокарбаматы и дитиофосфаты, кислые эфиры фосфорной кислоты (оксифосы, ди-2-этилгексилфосфорная кислота Д2ЭГФК), ОЭДФК, НТФК.[112].

(HOC(O)CH2)2NCH2CH2N( CH2C(O)OH)2 ( ЭДТА )

Образование комплексов с ионами металлов сопровождается выделением водорода и созданием координационных и ковалентных связей. Рассмотрим несколько типичных случаев образования хелатов. Хелаты для Cu+2, Сd+2, Мо+5 с дитиопроизводными имеют следующее строение:

R-N-C-S-Cu-S-C-N-R, ( RO )2P-S-Mo-S-P (OR)2.

R S S R S S

При этом химические связи С-S и Р-S делокализованы и соответственно равноценны, и возникающие четырёхчленные циклы достаточно устойчивы. Увеличение числа атомов в цикле приводит к упрочнению комлексов. Наиболее устойчивы пятичленные и шестичленные циклы без двойных связей и с локализованными двойными связями. Наиболее ярко это проявилось в образовании комплексов никеля и палладия с a-диоксимами. В молекулах a-диоксиматов металлов в подавляющем большинстве случаев реализуется структурный тип[113]:

R - C - C-R

О- N N - O

H Me H

O-N N-O

R-C - C-R

Это подтверждается большим числом рентгеноструктурных исследований кристаллических диоксиматов металлов. Твёрдо установлено, что сфера ближнего координационного окружения в них представляет собой почти плоский квадрат МеN4, для которого длина связи металл - азот колеблется в интервале 1,85-1,96Å. Эта p-дативная связь оказывает стабилизирующее влияние на хелаты металлов с диоксимами. Характерной особенностью диоксиматов металлов является также наличие двух коротких внутримолекулярных водородных связей, найденных во всех известных комплексах состава 1:2 и существенно увеличивающих их прочность. По-видимому, некоторый избыток электронной плотности на атомах азота в оксиматах никеля сбрасывается на атомы кислорода, что вызывает увеличение степени ковалентности водородной связи и делает её более короткой и прочной. В зависимости от природы центрального атома и степени его окисления в некоторых комплексах наблюдается тенденция к координации добавочных лигандов в аксиальных положениях к плоскости МеN4 таких, как аммиак, пиридин, имидазол, вода. Совокупность всех этих факторов, наличие в молекулах диоксиматов металлов четырёх квазиароматических циклов, двух коротких внутримолекулярных связей и p - дативное взаимодействие предопределяет большую прочность этих соединений. Константы устойчивости диоксиматов никеля составляют от 8,42 до 25,32 в зависимости от строения органических радикалов. В щелочной среде в присуствии окислителя никель образует с a-диоксимами растворимые в воде интенсивно окрашенные комплексы. Доказано методом ЭПР, что в них может происходить окисление никеля до высшей валентности Ni+2’Ni+3 + NНа соотношение Ni(III) и Ni(IV) в окисленных диоксиматах влияет природа окислителя и его концентрация. [114].

Способность комплексонов образовывать с металлами высокопрочные внутрикомплексные гидрофильные соединения обусловила широкое применение их в технике, медицине, биологии. Так, свинца( 2 ) тринитрорезорцината моногидрат С6Н(NO2)3O2Pb·Н2О нашёл применение как инициирующее ВВ для капсюлей-детонаторов и капсюлей- воспламенителей [115]. В своё время комлексоны - карбонилы никеля и железа представляли определённый интерес как ингаляционные яды.[116].. Токсичность их в 5 раз превышает токсичность СО, они также вызывают головную боль, удушье. Оба карбонила используются в технике для получения особо чистых металлов Ni и Fe по схеме:

Fe(CO)5 + H2O2®Fe + 5CO2+ H2O

Оказалось, что карбонилы прекрасно детектируются электронозахватным детектором (диапазон измеряемых концентраций в растворе изопропилового спирта 1.10-5 –5.10-4 мг/мл). Поэтому метод ГЖХ был использован для определения их в воздухе рабочей зоны. Минимальная определяемая концентрация пентакарбонила железа в воздухе равна 0,05 мг/м3. Время проведения анализа 20 минут.[117]. Находят применение и другие карбонилы металлов, например Мо(СО)6 и Fe2(CO)9, получаемый из пентакарбонила железа [149]:

2Fe(CO)5hn74%® Fe2(CO)9 +CO

Особое внимание химиков привлекли полидентантные аминополикарбоновые кислоты и, в частности, этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТА) и её динатриевая соль (трилон Б). Получается ЭДТА при действии NaCN и формальдегида на основной раствор этилендиамина. Возникающий этилендиаминтетранитрил уксусной кислоты при нагревании подвергается гидролизу в присуствии катализатора (СdO), образуя соли ЭДТА, хорошо растворимые в воде. Для ЭДТА характерна бетаиноподобная цвиттерионная структура. Трилон Б образует с большинством катионов водорастворимые устойчивые комплексы с константами связывания lgK1 равными для Мg+2 8,8; Ca,6; Mn,8; Cu,7; Zn,4. Он используется в технике для умягчения воды, очистки и отмывки оборудования от солей, металлов, в аналитической химии, для выведения из организма радиоактивных металлов, солей кальция и т. д.[118].

С целью выяснения специфики комплексообразования были синтезированы соединения типа ЭГТА, в которых в этилендиаминовый мостик были введены атомы О, S, N, а также соединения, содержащие карбоксильные и алкилфосфоновые группировки (этилендиамин-N, N-диметилфосфоновая-N. N-диуксусная кислота), бисфосфоновые кислоты (1-оксиэтан-1,1-дифосфоновая кислота ОЭДФК), производные нитрилотриметиленфосфоновых кислот (НТФК). Для синтеза ОЭДФК была предложена промышленная схема взаимодействия трёххлористого фосфора с уксусной кислотой с добавлением уксусного ангидрида, что позволило устранить выделение хлористого водорода[119]:

OCOCH3 H2O

2РСI3 + 4CH3COOH + 2(CH3CO)2OŽCH3- C-PO(OH)2 ¨

PO(OH)2

HO

CН3-C-PO(OH)2 + 6CH3COCI

PO(OH)2

Сочетание в молекуле a-замещённых ¾алкандифосфоновых кислот двух кислотных фосфоновых групп и оксигруппы обуславливает возможность образования этими лигандами прочных комплексов со щелочноземельными, переходными и редкоземельными металлами. ОЭДФК представляет многоосновную кислоту со следующими константами ионизации:

рК1= 0,32 рК2 = 1,95 рК3 = 5,31 рК4 = 6,74 рК5 = 8,51

Уникальным свойством ОЭДФК является её способность вступать во взаимодействие с катионами в сильно кислой среде, вплоть до 6- нормальной азотной кислоты. Повышенная дентантность ОЭДФК за счёт окси - группы благоприятствует образованию комплексов за счёт координационных связей с кислородом катионов железа, тория, циркония, урана. ОЭДФК предложена в качестве аналитического реагента для определения железа, тория в кислой среде. Другое её применение - она способна в концентрации 40 г/л растворять при 70 С° карбонатные отложения со скоростью 3,5 мм за 4 часа, что важно для очистки котлооборудования.[120].

Технологические способы получения нитрилтриметиленфосфорной кислоты НТФК основаны на взаимодействии водного раствора формальдегида и производных аммиака (NH4CI, уротропин) с фосфористой кислотой или трёххлористым фосфором или с диметилфосфитом. Реакции протекают по схемам:

H3PO3¤ PCI3

NH4CI +( CH2O )n ¾¾¾¾¾¾

H3PO3 ¤PCI3

N4( CH2 )6 +( CH2O )n ¾¾¾¾® N [CH2PO(OH)2]3

H3PO3¤PCI3

NH3 + ( CH2O )n ¾¾¾¾¾

Условия проведения технологического процесса приведены в патентных исследованиях, химизм в работе [121], в которой методом ПМР идентифицированы промежуточные и побочные продукты реакции. Для НТФК, как и для аминокарбоновых структур, характерна цвиттерионная структура даже при низких значениях рН, в щелочной области происходит отщепление протонов от бетаинового азота.

В литературе имеются многочисленные данные о комплексообразующей способности НТФК с такими катионами, как кальций, магний, никель, железо, золото, уран и т. д. При этом в зависимости от соотношения металла и НТФК могут образовываться как монодентантные, так и полидентантные комплексы. С переходными металлами образуются прочные монодентантные комплексы с логарифмом устойчивости для Сu,75; Zn+216,37. При избытке алюминия в области рН = 5-6 образуется малорастворимый комплекс Аl2L, который выделяется из раствора в виде гексагидрата. Повышение рН до 9 приводит к растворению осадка вероятно из-за образования моногидроксикомлекса [AlOH HL]-3. НТФК образует более устойчивые комплексы нежели аминокарбоновые кислоты с легко гидролизующимися солями, содержащими железо, алюминий, титан, хром. В то время, как ЭДТА образует с ионом Fe+3 высоко устойчивые водорастворимые комплексы состава 1:1, НТФК даёт водо-нерастворимые полиядерные комплексы за счёт атомов кислорода фосфоновых групп. При чём, если при переходе в щелочные среды прочность комплексов ЭДТА с железом падает, то в условиях полиядерных фосфорилированных аминов они переходят в растворимые моно и биядерные комплексы с реализацией связи N®Ме.[122].

НТФК разрушается до неорганических фосфатов в достаточно жёстких условиях концентрированными кислотами при нагревании. На этом основан один из методов определения НТФК в водных растворах. НТФК практически не токсична по отношению к теплокровным животным, и впоследствии она и другие производные фосфорилированных полиаминов были исследованы на выведение из организма радиоактивных изотопов, ионов Са+2, Ве+2 и других тяжёлых металлов. Таким образом, основная область применения комплексонов весьма обширна: производство ПАВ, мыл, шампуней, очистка металлических поверхностей, продуктов питания, защита лекарственных средств от металлов, производство средств для обработки тканей, кож, использование в качестве антидиоксидантов, в аналитической химии и т. д.

ГИДРАТАЦИЯ И КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЕ МЕТАЛЛОВ С

ФЕРМЕНТАМИ

Многие важные вопросы, касающиеся связывания ионов металлов с белками и ферментами в живых клетках, до сих пор остаются неясными. Большинство ионов металлов может последовательно связываться с несколькими аминокислотами. Например, медь, имея координационное число 4, может связывать два лиганда. Важным фактором, влияющим на связывание металла, является нуклеофильность лиганда и рН среда. При низких значениях рН ионы металлов конкурируют с протонами, а в щелочной среде в качестве конкурента начинает выступать гидроксильная группа в виде CuOH+ и FeOH+2. Образование хелатных комплексов зависит от заряда, атомного радиуса, степени гидратации иона и формы его орбиталей. Чем меньше радиус иона, тем при данной величине заряда он сильнее гидратирован по сравнению с крупными ионами, в которых заряд распределён по большей поверхности. Ионы Na+ (ионный радиус 0,98 Аº), K+ ( 1,33 Аº), триметиламина ТМА+( 3,5 Аº) ; Mg+2 и Са+2 имеют первичную гидратную оболочку, образованную 4-8 молекулами воды. Например, значения Кd (константа диссоциации), полученные при связывании неорганических ионов с Н-ХР, равно для Na+1,51·10-1 М, для К+-9,2·10-2М, для Сs+ -3,8·10-2М, для ТМА+-5·10-4М [150]. Интересно отметить, что натриевые каналы в клеточных мембранах имеют диаметр 7-8Аº. Это ~в 2раза шире калиевых каналов, поэтому ион натрия, имеющий гораздо большую гидратную оболочку, чем калий, не может диффундировать через калиевые каналы. Средняя энергия связывания одной молекулы воды с ионной группой равна~7 ккал/моль, с дипольной группой ~1ккал/моль, с метильной~0,2 ккал/моль. Для образования хелатного комплекса рецептора и металла ион металла должен, как правило, потерять воду и он это успешно делает, так как энергия ион-ионного взаимодействия фермента и металла гораздо выше ~100ккал/моль. [ 150]. Природа с успехом использовала эти особенности при создании таких важных металлосодержащих хелатов, как АТФ и Мg+2, осуществляющих дефосфорилирование; комплексов порфиринов с ионами Fe+3; хлорофилла с ионом Мg+2; медьсодержащий гемоцианин, кальций-связывающих белков. В кальций-связывающих белках ион Са+2 связан как с амидной группой одной полипептидной цепи белка, так и с кластером карбоксилат-ионов другой цепи. Установлена трёхмерная структура такого белка из мышцы карпа, поддержанная водородными связями двух сегментов полипептидной цепи. Образование таких комплексов делает структуру белка более жёсткой, что может иметь значение для её биологической активности. Известно, что ионы кальция поступают в цитоплазму в ответ на нервную стимуляцию, вызывающую мышечные сокращения. Весьма вероятно, что в результате присоединения кальция к некоторым белкам в них происходят определённые конформационные изменения, приводящие, например, к выделению ацетилхолина в синаптическую щель или других медиаторов[123].

Деятельность половых, щитовидных желез, гипофиза, надпочечников активируется медью. Каждый день взрослый человек должен съедать примерно 2 мг меди. С другой стороны – передозировка в 1-2 г медного купороса, попавшего в организм, вызывают тяжелые отравления.[124].

СТРУКТУРА МОЛЕКУЛ ВОДЫ

По нашему мнению, авторы многих изданий не совсем верно описывают структурное состояние воды из-за неправильной трактовки связанности атома кислорода в молекуле воды. В начале этой книги сообщалось, что атом кислорода имеет две связывающие орбитали ОН и две неподелённые пары, имеющие разный энергетичесий уровень. Весь материал этой книги говорит о том, что из двух этих электронных пар у атома кислорода только одна может участвовать в образовании водородной связи. Таким образом, атом кислорода может быть только трёхкоординированным, при этом водородная связь в ряде случаев может переходить в ковалентную на примерах образования ионов гидроксония НОН + Н+®Н3О+, солей оксония ROH + HBrD [ R-O-H2]+Br - и т. д.

Молекула воды из-за ассиметрического строения обладает значительным дипольным моментом, который сближает молекулы и является причиной за счёт водородных связей образовывать продукты присоединения. Вода образует ассоциаты даже при 100 С°, а с увеличением давления асоциация возрастает. При давлении 4 атм найдена плотность, отвечающая молекулярному весу 19,06. Этот факт подтверждает предположение, что молекулы воды могут образовывать прямые и разветвлённые цепочечные агрегаты: Н-О…Н-О-Н…О-Н комплементарого взаимодействия, либо наиболее устойчивые пентагональные или гексагональные конфигурации типа кольца:

Другие структуры - кольца из двух, трёх, четырёх молекул воды делают водородные связи крайне напряжёнными, так как валентный угол при протоне между связями Н-О при образовании водородной связи обычно отклоняется от 180º не более, чем на 10º. Шестичленное плоское кольцо с углом Н - связи 120°, так же как и семи-и более многочленные, также должны быть напряжёнными. Неплоские шестичленные кольца типа циклогексана из 3-6 молекул воды наиболее точно соответствуют углам и длине водородной связи. Реальные структуры льда действительно показывают наличие пяти - и шестичленных колец. Очевидно, что и прочность Н - связей в кольце (матрице) выше, нежели прочность водородных связей в полимерной цепи (Н2О)n из-за попадания молекул воды в так называемую энергетическую яму, причём все связи и ковалентные и водородные в матрице выравнены по величине. Таким образом, матрица воды чем - то напоминает строение глюкозы или рибозы. Три внешних аксиальных атомов водорода такого « глюкозного» цикла способны образовывать за счёт водородных связей других молекул воды расширяющиеся зигзагообразные цепочечные структуры, идущие три вверх, а три вниз. Эти расширяющие цепочки имеют слабе водородные связи. длина их постоянно меняется

( 1х 10-10 сек ). Это и есть ячейка воды. Интересно отметить, что так как атом кислорода трёхкоординационный, а не четырёх, как описывается в работах(102,154), и все его связи задействованы в матричном кольце, то такие цепи не способны образовывать замкнутые кольца- глобулы. Конформационный анализ такой ячейки достаточно сложен. . Эти гексагональные структуры с боковыми ответвлениями, по нашему мнению, и есть сгустки воды, содержащие в зависимости от длины боковых цепей от 6 до 50 и более молекул воды. Главная особенность таких построений лёгкость, ажурность плетения, наличие пустот, а не плотная упаковка. Плотность обычного льда 0,92г/ см3, а при плотной упаковке эта плотность по расчётным данным должна быть в три раза выше. Внешняя часть связей матрицы ( аксиальные водороды) несколько ослаблены, поэтому возникают во льду слоистые решётки веществ типа графита или сульфида молибдена. Такие кристаллы рыхлы и легко расщепляются на тонкие пластинки (как в слюде). В такой ячейке воды водородные связи разные по энергетике. Более слабыми являются водородные связи в боковых цепях, идущих от водородов кольца. плавление льда начинается с разрушения такого рода связей. Помимо циклических ячеек водасодержит и цепочечные структуры: мономеры, димеры и т. д. Такая переменная структура воды не позволяет допустить ни кодирование, ни програмирование её. Подобную структуру воды, состоящую из мелких и крупных ассоциатов, колец и цепочек подтвердили американские учёныё из Стэнфордского университета в лице доктора А. Нилссона и лаборатории Министерства энергетики США.

Поскольку жидкая вода лишь на 10% плотнее льда можно полагать, что в ней имеются пустоты, в которых могут заселяться «гостевые» молекулы газов (хлор, метан, кислород, азот, инертные газы), гидрофобные органические молекулы. Такие клеточные гидраты - клатраты устойчивы в основном при низких температурах и, в том числе, за счёт возникновения межмолекулярных ван-дерваальсовых сил (~1 кДж/моль) « гостей ». Увеличение стабильности за счёт заселения малых пустот носит название «эффект хелп-газа». Огромные запасы клатратов типа вода - метан содержат подводные земные недра. Примерные расчёты показывают, что 100 молекул воды могут удерживать до 8 молекул газа. Хотя многие вопросы, касающиеся структуры жидкой воды, всё ещё остаются неясными, наличие льдоподобных кластеров, непрерывно распадающихся и образующихся вновь под действием физико-химических параметров таких, как температура, давление, электромагнитные волны и т. д., можно считать твёрдо установленным фактом. Поэтому такие кластеры называют «мерцающими» структурами. И это понятно, ведь каркас воды соткан из водородных связей с энергией всего лишь 25-35 кДж/моль. Если растопить лёд, то талая вода лишь несколько часов будет активной, а затем вновь станет обычной водицей. Крупные ассоциаты воды входят во внешний слой сольватов и практически не участвуют в химических и биохимических процессах. Ряд учёных утверждает, что все воздействия на воду приводят к одному результату - распаду крупных ассоциатов на более мелкие, вплоть до тримеров, димеров, мономолекул. После прекращения физического воздействия вновь происходит слипание молекул воды в мелкие и крупные ассоциаты. Мономолекулы, являющиеся аномально полярными частицами, более активны, чем ассоциаты в различных химических реакциях воды. Это относится к электролитической диссоциации, растворению, гидролизу. Биологическая активность воды также во многом связана с её структурой. Мономолеклы гидратируют катионы и анионы, способствуют осуществлению работы натрий-калиевого насоса, участвуют в нервной передаче, изменяют конфигурацию белков. Мономолекулы воды лучше растворяют питательные вещества, легче проникают через поры клеточных мембран, лучше выводят продукты распада. Её тонкие монослои цепочечной структуры находятся в области контакта ионных групп лекарства и рецептора и удаляются из зоны реакции при конкурентном ингибировании.[150].Таким образом, мономолекулярная структура воды более значима в химических и биологических реакциях, нежели её ассоциаты. Гипотезу о «механизме временной активации» воды измельчением её ассоциатов впервые высказал в 90- ые годы украинский учёный . Ряд американских и русских исследователей предлагают использовать вместо лекарств дистиллировнную воду, надеясь на вымывание из клетки отработанных веществ с помощью осмоса. Другие предлагают использовать для лечения замороженные кристаллы льда с добавлением морской соли. Разработан прибор для получения такой структурированной воды - «аквадиск». Статистика применения не известна.

Недавно в промышленном масштабе появилось устройство - вихревой теплогенератор, в котором вода раскручивается с помощью насоса и при этом может нагреваться от 50 до 100Сº. Обогреватели такого типа нашли широкое применение для нагрева производственных помещений и частных домов. Они просты в эксплуатации, не требуют специальных согласований, долговечны. Механизм нагрева воды в этих теплогенераторах не ясен. Можно предположить, что нагрев воды в них происходит за счёт энергии, выделяющейся при разрыве межмолекулярных аксиальных и экваториальных водородных связей, т. е. за счёт появления меньших ассоциатов. Эти исследования, несомненно, имеют и другую практическую значимость, ведь ещё в 90-х годах прошлого века нашими исследователями было показано увеличение урожайности при использовании омагниченной воды. В Венгрии до сих пор широко используют поливы такой водой, так как стоимость её сравнительно незначительна. В промышленности, где необходим большой расход воды на промывку изделий, красок, оборудования, на приготовление цемента и т. д., расход её можно сократить, например, используя омагниченную воду. Объяснить действие магнитного поля можно более упорядоченным движеним полярных молекул воды, у которых на атоме кислорода формируется отрицательныц полюс, а у водородов - положительный. К сожалению, наука отстаёт от практики, не удалось создать прибор, различающий мономолекулы и ассоциаты. Таким образом, вода является уникальным растворителем, заменить который на Земле оказалось невозможно ни аммиаком, ни перфторсоединениями, ни другими растворителями. Более 20 лет в США, Европе, СССР проводились обширные исследования по поиску исскуственного кровезаменителя на основе перфторана (голубая кровь). Его пытались применить на практике при ранениях, например, в Афганистане, но впоследствии оказалось, что предложенный кровезаменитель необходимо хранить в стекле при низких температурах, и это резко ограничило его применение. В дальнейшем медицинские исследования показали, что растворы перфторана плохо выводятся почками из организма, канцерогенны, поэтому сегодня они ограниченно используются в медицинской практике - в основном для временного хранения органов.

В 1992г. японский ученый Китаяма точно определил число молекул в кластерах воды живой клетки. В идеале - это кольцо из 6 молекул воды размером приблизительно 1 нанометр (или 10 ангстрем). Им было определено, что через мембрану внутрь  клетки могут проникать беспрепятственно только микрокластеры гексагонального типа, несущие ионы Na+, K+, Fe+3 и др. Корейский ученый д-р Му Шик Джон, является одним из ведущих в мире ученых профилирующихся на исследовании воды. На его счету более 250 официально опубликованных научных работ. Подавляющее большинство из них по конкретной гексагональной структуре воды. Он считает, что гексагональная Пи-вода - вода жизни, так как от неё зависит здоровье и старение людей [12]. В биологических процессах вода ( гксагональная или цепочечная) играет огромную роль, гидратируя ионы, рецепторы, ферменты, субстраты и транспортируя их. Кроме того, вода является средой, в которой проходят необходимые живому организму химические процессы. Однако, считать её панацеей от всех болезней было бы опрометчиво.