Много неизвестного хранит наиболее аномальное вещество на нашей земле, которым стала вода. Самым загадочным в ее составе является следующее. Молекулы воды при нахождении в отрицательных низких температурах, а также больших давлениях в нанотрубках, изготовленных из углерода, кристаллизуются в виде двойной спирали, которая похожа на молекулу дезоксирибонуклеиновой кислоты. Это обстоятельство доказано учеными из Америки во время компьютерных экспериментов, что это нанотрубочная вода.
Эта кислота состоит из двойной цепочки, которая скручена в виде спирали. Ее нити состоят из соединенных нуклеотидов, каждый из которых включает азотистые основания. Они связаны с ДНК, к которой присоединена группа фосфатов. Между собой нуклеотиды соединяются цепью из фосфодиэфирной связи, созданной гидроксильной и фосфатной группами.
Видео: Агрегатные состояния воды
Это свойство позволяет создать полярность в дезоксирибонуклеиновой кислоте, другими словами противоположной направленности. Последовательность нуклеотидов дает возможность кодировать информацию о видах РНК, самыми важными из которых стали матричные, транспортные и рибосомальные кислоты. Все типы этих кислот образуются на матрице с помощью копирования последовательности дезоксирибонуклеиновой кислоты в РНК, создаваемой при транскрипции, и участвуют в важном жизненном процессе – копировании и транспортировки данных.
Особенности структуры воды
Первичная структура является линейной цепью ДНК. Она фиксируется буквенной формулой. Вторичная структура создается с помощью взаимодействий нуклеотидов и связей молекул водорода. Примером такой структуры может служить двойная спираль. Она наиболее распространенная форма ДНК, которая включает в себя две цепи полинуклеотидов ДНК.
Построение инновационной цепи выполняется способом комплементарности. Каждому основанию соответствует другая цепь. Чтобы вода образовала спираль, аналогичную дезоксирибонуклеиновой кислоте, ее располагали в углеродные нанотрубки. Далее создавали высокое давление от 10 до 40 тысяч атмосфер. Ученые создавали температуру -23 градуса по Цельсию. При этом делался запас по замерзанию, потому что при возрастании давления лед таял при меньшей температуре.
Нанотрубки имеют размер в длину несколько нм, и состоят из трубчатых плоскостей. Диаметр их находится в пределах 1,35-1,9 нанометров.
Молекулы воды соединяются водородными связями. Между атомами водорода и кислорода удаление равно 96 пикометров, между атомами водорода 150 пикометров. В строении льда кислородный атом образует две связи с другими молекулами. В кристальной структуре воды участвует несколько водородных связей, имеющих направление к остриям тетраэдра. В центре расположен атом кислорода, на разных вершинах – атомы водорода, а также электроны, участвующие в ковалентных связях с молекулами кислорода.
Две остальные вершины заняты электронами, не участвующими во внутренних связях молекул. Когда молекула протона соединяется с двумя электронами кислорода, появляется водородная связь, которая не такая сильная, как связь внутри молекул, но достаточная для удержания молекул воды. Они могут сразу создавать 4 связи водорода с молекулами под заданными углами, по направлению к остриям тетраэдра, не дающим возможность при замерзании воды затвердевать.
Молекулы воды касаются между собой разными полюсами. Поэтому они создают слои, внутри которых молекулы связываются с 3-мя молекулами этого слоя и 1-ой из соседнего слоя. В итоге кристалл льда включает в себя соединенные шестигранные «трубки», в виде пчелиных сот.
Из чего состоит нанотрубочная вода
Ученые надеялись обнаружить, что вода имеет трубчатую структуру. Однако аналогичная модель показала, при малом диаметре подобной трубки и при большом давлении связи водорода искривляются и создают двойные спирали. Внутренняя стенка скручена в четыре слоя, а наружная включает в себя 4 двойных спирали, которые похожи на строение молекулы ДНК. Если условия будут другими, то лед в нанотрубках подобен обычным трубкам без спиралей.
Последняя информация объясняет эволюцию воды и ранней жизни. При рассмотрении предположения, что при создании жизни глинистые образования были в виде нанотрубок, то появляется вопрос о том, не могла ли сама вода являться матрицей для создания ДНК и съема информации? Может быть, поэтому спиральный вид ДНК похож на нанотрубочную воду. Теперь ученым предстоит доказать, что существуют макромолекулы воды в эксперименте с применением инфракрасной спектроскопии.
Обнаружение нанотрубочной воды
Александр Колесников с учеными из американской лаборатории открыли инновационное состояние воды, при котором она не будет замерзать, в том числе при абсолютном нуле. Многие учёные производили компьютерное моделирование поведения воды в разных неординарных условиях и, в том числе, в очень ограниченном объёме, при этом стенки «бака» незначительно больше молекул воды.
Но еще никто не пробовал выполнить настоящий эксперимент по размещению воды, например, внутри нанотрубок из углерода. Это осуществили американские ученые. Они использовали углеродные нанотрубки диаметром в 1,4 нм, длиной 10000 нм, и расположили их в водяной пар на некоторое время. Затем дождались, пока вода на наружной поверхности трубок превратится в пар, и расположили трубки на интенсивное излучение нейтронами, позволяющими с помощью эффекта рассеивания обнаружить внутреннее строение вещества, до атомов водорода.
Оказалось, вода в трубках создала определенное образование, похожее лёд по твердой структуре, но движущееся, как жидкость. По свойствам это вещество отличалось от обычного льда и жидкости. По форме оно было похоже на кольцевую подложку внутри трубки с промежутком между молекулами и углеродными стенками. Эта субстанция оставалась подвижной подобно жидкости при 8 градусах Кельвина больше абсолютного нуля и передвигалось по трубке, как в одномерном пространстве.
При этом стало ясно, что так рассматриваемое координатное количество молекул воды уменьшилось с 3,8 до 1,86. Другими словами, значительно сократилась свобода связей водорода и их возможность создавать многочисленные пространственные структуры из разных молекул воды, например, как это получается во льду. Новому состоянию авторы трудов дали название «нанотрубочной воды». Её изучения будут продолжены. Они станут полезными не только в физике, но и в других областях науки, так как в организмах вода таким же образом попадает в непростое окружение, когда проходит по капиллярам или клеточным мембранам.
