Droga do opisu właściwości roztworów wodnych, w obszarach międzyfazowych, poprzez modelowanie struktury cieczy Janina GRODZKA i Andrzej POMIANOWSKI.

Prezentacja na temat: "Droga do opisu właściwości roztworów wodnych, w obszarach międzyfazowych, poprzez modelowanie struktury cieczy Janina GRODZKA i Andrzej POMIANOWSKI."— Zapis prezentacji:

1 Droga do opisu właściwości roztworów wodnych, w obszarach międzyfazowych, poprzez modelowanie struktury cieczy Janina GRODZKA i Andrzej POMIANOWSKI

2 Dygresja: Prawie pół wieku minęło od chwili, gdy przy okazji pierwszych międzynarodowych Kongresów Aktywności Powierzchniowej, poznałem (A.P) osobiście trzech spośród czterech twórców teorii DLVO. Niedawno miałem jeszcze papierowe serwetki, na których podczas jednego z bankietów, szkicowali urządzenie do usuwania niesfornych prelegentów i karania ich za “jakość” prezentacji! Najwięcej szpilek planowaliśmy wtedy wbić w siedzenie prof Ekwalla, za jego pracę o kwasach żółciowych.

3 Dierjaguin referował swe. początkowe badania procesu zetknięcia
Dierjaguin referował swe początkowe badania procesu zetknięcia baniek gazu w roztworze, oraz wyjaśniał zasadniczą różnicę między statycznie stabilnymi układami, a dynamiką nietrwałych pian i swobodnych filmów. Przez analogię do ciśnienia powierzchniowego w mono warstwach, zdefiniował wtedy równowagowe ciśnienie w filmach swobodnych).

4 WSTĘP Teoria DLVO - w połączeniu z teorią struktury pwe, stała się, (dzięki pracy Hamakera), podstawą opisu “trwałości” układów rozdrobnionych i wielu zjawisk powierzchniowych. Warto przypomnieć, że odnosi się ona do oddziaływania pomiędzy dwiema tylko molekułami. Mówimy, że oddziaływania są bliskiego, albo dalekiego zasięgu, zależnie od tego, jak szybko ich energia maleje ze zwiększeniem oddalenia.

5 Przy próbie „dociskania”
dwu, zbliżających się cząsteczek, energia układu gwałtownie rośnie, ujawniając oddziaływania odpychające Drobiny zachowują się praktycznie jak sztywne, twarde, nieściśliwe kule Ogólnie akceptowana teoria, oddziaływań Lennarda - Jonesa zakłada, że sumę algebraiczną ich energii, opisuje zależność: U = b/r12 + (- a/r6) .

6 Pierwszy,(dodatni) wyraz. odnosi się do ostrego spadku
Pierwszy,(dodatni) wyraz odnosi się do ostrego spadku oddziaływań odpychających, ze wzrostem odległości: r, drugi (ujemny), do szybkiego, (ale jednak o 6 rzędów wielkości wolniejszego), zaniku oddziaływań przyciągających. Te ostatnie manifestują swą obecność na odległościach porównywalnych z rozmiarami cząsteczek.

7 Jest to prawdziwe dla dwu,. obojętnych elektrycznie molekuł,
Jest to prawdziwe dla dwu, obojętnych elektrycznie molekuł, których suma energii, na krzywej zależności od odległości, ma ostre Naturalną minimum miarą, jednostką intensywności oddziaływań przyciągających dwu drobin jest 1 kT , gdyż swobodne cząsteczki uczestniczą w chaotycznych ruchach cieplnych. Średnia energia kinetyczna ruchów translacyjnych wynosi 1 kT na stopień swobody. .

8 Wynika stąd, że temperatura jest czynnikiem, który decyduje – jak silnie oddziaływania mogą wpłynąć na ruch zbliżających się do siebie cząsteczek. Wyrażenia na stałe oddziaływań przyciągających zależą od natury cząsteczek. Inne są dla trwałych dipoli, inne dla indukowanych, jeszcze inne dla molekuł nie- polarnych, lecz zawsze maleją "z szóstą potęgą odległości".

9 Oddziaływania jonów, w zależności od ich ładunków mogą być przyciągające, lub odpychające, ale w odróżnieniu od dotąd omawianych są „dalekiego zasięgu”, gdyż zgodnie z prawem Coulomba – maleją proporcjonalnie do odległości ładunków, są zatem zauważalne przy znacznie większym oddaleniu. W latach powstawania teorii DLVO, stan rozwoju mechaniki kwantowej nie dawał możliwości tak dokładnego opisu wiązań...

10

11 Najistotniejszym powodem pojawiających się w literaturze prób modyfikacji, jest sposób włączenia do teorii w sposób jawny istnienia wiązań wodorowych. W szczególności jest to istotne z uwagi na rozpowszechnienie badań roztworów wodnych Opis kwantowo mechaniczny, oddziaływań dwu cząsteczek, które mogą tworzyć wiązanie wodorowe, wymaga innego, niż przez teorię DLVO, ujęcia modelowego!

12 Pomimo rosnącej świadomości, że uzupełnienie teorii jest konieczne, a nawet głosów, mówiących o potrzebie zupełnie nowego spojrzenia na ten problem, niewiele prac zajmuje się nim szczegółowo. Dlaczego więc staramy się to zagadnienie tutaj przedstawić? Przegląd aktualnej literatury przedmiotu wskazuje, że już w ciągu najbliższych lat, temat ten będzie szeroko rozwijany

13 Dysponujemy w Polsce wieloma dobrze wyposażonymi Ośrodkami Naukowymi, wykonującymi, na wysokim poziomie, zarówno prace eksperymentalne, jak też teoretyczne. Ośrodek Lubelski, łączy nawet oba te kierunki, warto więc pokusić się o rozwinięcie szerszej, krajowej współpracy, aby zapewnić naszym badaniom trwałe miejsce, w czołówce liczących się badań podstawowych „Aktywności Powierzchniowej”.

14 Dobrze przemyślany, oparty na krytycznym przeglądzie literatury
przedmiotu, układ doświadczalny - winien zawsze stanowić podstawę weryfikacji, rozwijanych coraz śmielej badań, „wirtualnej rzeczywistości”, modeli opartych na założonej dynamice molekularnej modelu!

15 OMAWIANE UKŁADY Przechodząc do właściwego tematu – przedstawimy wybrane układy, dla których oceniono niedostatki wynikające z dotychczasowego opisu, opartego tylko na „klasycznym” traktowaniu wyników doświadczalnych.

16 W tym REFERACIE trzy hasła będą miały kluczowe znaczenie:
woda, krzemionka, białko, opracowania "teoretyczne” danych eksperymentalnych dotyczące układów powierzchniowych, zawierających te substancje, z reguły oparte są na klasycznej teorii DLVO, rozwiniętej w pracy Hamakera.

17 Na czym polega istota tego rozwinięcia
Na czym polega istota tego rozwinięcia? Hamakera zainteresował opis oddziaływań powierzchni ciał stałych lub ciekłych, a więc "zbiorów" cząsteczek obecnych na granicach faz skondensowanych. Rozpoczął od rozważenia zmian przyciągania się płaszczyzn w próżni, a następnie zastąpił próżnię ośrodkami o innych właściwościach niż zbliżane ciała.

18 Jednym z ważnych wniosków jest, że sumowanie, a w praktyce całkowanie pojedynczych oddziaływań prowadzi do upodobnienia zasięgu oddziaływań przyciągających określonych jako "londonowskie" i elektrycznych, wynikających w roztworach wodnych z powstawania na granicach fazowych podwójnych warstw elektrycznych.

19 (Te ostatnie są określone przez stężenie i rodzaj elektrolitu, który decyduje też o gęstości ładunku na powierzchni fazy skondensowanej) W naszym referacie zamierzamy uzasadnić, że szerokie uwzględnienie właściwości wody, które wynikają z istnienia wiązań wodorowych ma wpływ na wszystkie te zjawiska, które nazywamy "powierzchniowymi".

20 Wśród wymienionych substancji pierwszoplanową rolę odgrywa woda, a w istocie - podstawowe jej właściwości. Dwie z nich grają rolę szczególną: pH i HLB Podstawową właściwością „objętościową” chemicznie czystej wody jest jej “iloczyn jonowy”. Jednak w obszarach powierzchniowych “aktywność jonów wodorowych” staje się funkcją lokalną “miejsca”, zatem wartość: “pH powierzchni” zależy od naszych założeń modelowych...

21 Znamy jedynie średnie aktywności elektrolitów, "aktywność jonów wodorowych” jest wielkością umowną !
Podstawową „powierzchniową” cechą chemicznie czystej wody jest natomiast HLB. (Jak wiemy, skrót ten oznacza stałą równowagi hydro-filowo lipo-filowej). Jej wartość można, dla granicy wody z jej nasyconą parą, przyjąć umownie za równą 7.

22 Tak określona stała równowagi jest podstawową “stała podziału” molekuł wody pomiędzy “hydrofobową” próżnię i hydrofilową ciekłą wodę! Ciekła woda: H2O, w odróżnieniu jednak, od cięższego od niej siarkowodoru: H2S z uwagi na istnienie w niej wiązań wodorowych, nie jest cieczą molekularną

23 Drobina wody w stanie gazowym jest DIPOLEM

24 Zdolnym do wykonywania różnych drgań oraz obrotów
Rozkład gęstości elektronów w H3O+

25 wielokrotnie w okresie jednego drgania ...
MOLEKUŁYH2O i H3O+ ..… ich wiązania wodorowe mają zdolność przemieszczaniasię w ciągu piko-sekundowych czasów... wielokrotnie w okresie jednego drgania ...

26 Wiązanie wodorowe wędruje też pomiędzy drobinami wody !!

27 “Jednostką” stuktury o trwałości mikro - sekundowej..
..jest czworościenny klaster 14 molekuł wody w stanie ciekłym Wiązania wodorowe:

28 4 molekuły na narożach: a 4 molekuły we wnętrzu : b
6 molekuł na środkach krawędzi czworościanu: c

29 e Należy tu przerwać prezentację i otworzyć osobny plik:
Na osobnym obrazie pokazano animację czsowych zmian struktury, a zatem przemieszczania się wiązań wodorowych w obrębie klasteru: e water cluster equilibria (gifts).htm Dwudziestościenny klaster 280 molekuł wody

30 “OTWARTA” struktura wody:
ES Zawierający 280 molekuł wody klaster tworzy regularny dwudziestościan, który składa się z czternasto - cząsteczkowych czworościanów i regularnych dwunastościanów wypełniającyvh przestrzeń tak, że pojawiają się osie symetrii obrotowej: dwu, trój i pięcio - krotne:

31 Należy podkreślić, że w wodzie rozpuszczają się, słabiej – lub silniej, praktycznie wszystkie gazy. Ich rozpuszczalność - jest – (nie zdefiniowaną dotąd) - miarą ich hydrofilności ! Gazy szlachetne, oraz tlen czy azot – w różnym stopniu „wzmacniają ustrukturowanie” wody, (są hydrofobowe).

32 Dwutlenek węgla natomiast „niszczy strukturę” wody, (jest hydrofilny).
Zam iast – jak dawniej, mówić o substancjach "budujących" i "niszczących" strukturę, stosuje się obecnie uogólnione pojęcia: kosmo- i chao-tropów. Pamiętajmy także, że rozpuszczając w wodzie, dowolną ilość, dowolnej substancji, zmieniamy jej aktywność, a zatem także pH.

33 W zasadzie jest to istotne dopiero w momencie rozpatrywania konkretnego procesu Podobnie, każda wprowadzona do wody substancja, pojawia się we wszystkich obszarach granic faz, stykających się z roztworem Jednak interesują nas (na ogół) jedynie tak zwane “surfaktanty” i (ewentualnie) ich HLB.

34 Tymczasem każda substancja, (i oczywiście także każdy jon, na który w wodzie dysocjuje), ma swoją charakterystyczną wartość HLB, w konkretnym układzie równowagowym. Na swobodnej powierzchni wody, (względem jej pary nasyconej), te wartości HLB określamy jako, uwarunkowane przez termodynamikę, stałe równowagi adsorpcji, ujawniane przez zmiany energii swobodnej powierzchni.

35 Musimy jednak pamiętać, że zwykle napięcie powierzchniowe mierzymy w wodzie, zawierającej rozpuszczone gazy, albo dodatkowe substancje, a te często , w sposób mniej lub bardziej zauważalny wpływają na obserwowany stan równowagowy, a zatem na prawidłowe wartości HLB, które są niezbędne dla modelowania dowolnego, konkretnego układu, metodą Dynamiki Molekularnej.

36 Równie duże znaczenie, jak dla swobodnej powierzchni roztworów, mają wartości HLB dla opisywania równowag w układach tworzących trwałe mikroemulsje. Największe i chyba najciekawsze wyzwanie stanowi pełny, rzetelny opis równowag hydro-filowo lipo-filowych, przy rozwiązywaniu problemów równowag micelizacji oraz zwilżania. Wymienione tu układy należą jednak do najtrudniejszych do opisania!

37 Procesowi zwilżania towarzyszy zawsze charakterystyczne, dla heterogeniczności powierzchni ciał stałych, zjawisko histerezy. Rozważania termodynamiczne prowadzimy z reguły dla powierzchni płaskich, zapominając nawet często o wzorze Kelvina, który dla powierzchni o nieznacznych zakrzywieniach, albo jedynie makroskopowo „szorstkich”, nie wymaga pamiętania o pojawieniu się w obszarze powierzchniowym gradientu ciśnienia.

38 Gdy jednak na powierzchni pojawia się szorstkość w skali nano-metrycznej, lub molekularnej, gradienty ciśnień, uwarunkowane napięciem powierzchniowym, gwałtownie rosną, a zgodnie z termodynamiką Gibbsa, decydującą rolę zaczynają odgrywać wartości tak zwanych ciśnień rozsadzających, oraz ciśnienia liniowego.

39 Ilościową miarą „aktywności” chemicznej każdej substancji, jest prężność jej pary nasyconej. Kropelka wody o promieniu 1 m (mikrona) ma prężność pary nasyconej tylko o 1 promil wyższą niż nad powierzchnią płaską. Kropelka o promieniu 5 nm ma już prężność pary nasyconej dwukrotnie wyższą niż nad płaskim zbiornikiem, a w miarę zbliżania się do rozmiarów molekularnych, wzrost aktywności staje się gwałtowny.

40 Zmiana aktywności wody, szczególnie w silnie zakrzywionych obszarach powierzchniowych - powoduje, że molekularny opis energetyki i zmian strukturalnych „klasycznymi” funkcjami energii swobodnej (a więc: FT, V, N albo: GT, p, N) nie jest wystarczający! Niestety, jedynie uczniowie Scheludki, mają ostro zakodowaną konieczność, stosowania przy opisie obszarów powierzchniowych, reguł termodynamiki układów otwartych.

41 Należy zawsze pamiętać że:
Wymaga ona rozpatrywania stanu równowagi przy ustalonej wartości iloczynu: pV! (Tam – gdzie to możliwe – z zastosowaniem zasad termodynamiki statystycznej). Należy zawsze pamiętać że: - HLB - jako stała równowagi jest wielkością addytywną, kombinując wyniki pomiarów na odpowich układach, wyznaczamy addytywne wartości HLB nawet dla grup funkcyjnych lub tylko "fragmentów" większych cząsteczek.

42 Często myli się, względnie „miesza” pojęcia faz i składników rozpatrując procesy w konkretnych układach. Pewne fazy, tworzące układ, bywają równocześnie jego składnikami. Przykłady: Roztwór wodny, z dodatkiem surfaktantu staje się fazą wielo - składnikową, ciało stałe pokryte surfaktantem, staje się dla bańki określonego gazu, inną fazą.

43 Gaz z kolei jest wprawdzie fazą, ale, np
Gaz z kolei jest wprawdzie fazą, ale, np. para wodna (będąca najczęściej w równowadze z roztworem wodnym), zawiera też z reguły inne, rozpuszczalne w roztworze wodnym składniki! Zwilżalność jest właściwością równowagową układów. Scheludko wnikliwie badał dynamikę procesu zarodkowania, poprzedzającego - bardzo często - ustalenie się równowagi pomiędzy fazami.

44 Istnieją obecnie silne. przesłanki przemawiające za
Istnieją obecnie silne przesłanki przemawiające za tym, że zmiana strukturu wody na granicy z hydrofobową fazą stałą może spowodować proces lokalnego przesycenia wody rozpuszczonym w niej gazem o właściwościach HYDROFOBOWYCH

45 HLB jest charakterystyką “fenomenologiczną” układów - jednak ich zrozumienie, oraz opis “molekularny”, wymagają “modelowania”, istniejących w nich oddziaływań, cząsteczek rozpuszczalnika, z powierzchniami ciał stałych, a potem dopiero badania wpływu substancji, które wprowadzono, aby celowo zmodyfikować naturę obszaru granicznego. Temu celowi służyć powinna teoria DLVO - zarówno istniejąca, jak i modyfikowana.

46 Zamiarem autorów jest wskazanie źródeł braków w dotychczasowym stanie teorii DLVO bez względu na rodzaj materii do której się ona odnosi. Wyróżniamy dwa podstawowe rodzaje materii, opierając się na terminologii anglo-języcznej: MATERIĘ „TWARDĄ” I „MIĘKKĄ” . Pierwsza odznacza się sieciami krystalicznymi, w których węzły obsadzone są atomami i małymi molekułami lub ich jonami.

47 W drugiej - węzły, a raczej „pozycje” sieci, zajmują duże cząsteczki, zwykle „organiczne” (a czasem nawet ich "krystaliczne" w sensie klasycznym, agregaty). Ten drugi rodzaj “usieciowania” uwarunkowany jest, w zasadzie, dużymi rozmiarami i kształtami cząsteczek. Przyjęty w oparciu o te kryteria podział, jest oczywiście umowny!

48 Rozpatrywać będziemy tylko wybrane, równowagowe układy wielofazowe, "materiałów" miękkich oraz twardych, w środowisku wodnym Teoria HLB w swej klasycznej formie, opiera się na opisie stanu równowagi podziałowej substancji pomiędzy fazy: hydro- i lipo-filową. Nie wszystkie gazy, zawarte w „powietrzu” są, w porównaniu z roztworem wodnym fazą hydrofobową.

49 Konieczność ścisłego zdefiniowania pojęcia hydrofobowości została sformułowana w monografii Daviesa i Rideala, w formie w, której Davies przedstawił ją, w roku 1957, na II Międzynarodowym Kongresie Aktywności Powierzchniowej. Poszukiwano wtedy intensywnie podstaw teoretycznych dla uzasadnienia istnienia na krzywej zależności gęstości ciekłej wody od temperatury - minimum jej gęstości, ok. 4o C.

50 Pomimo upływu przeszło 40
Pomimo upływu przeszło 40. lat, za przyczynę tej anomalii przyjmuje się jeszcze ciągle -hipotezę istnienia dodatkowego przejścia fazowego, pomiędzy dwiema strukturami wody o różnym rozkładzie przestrzennym wiązań. Próby rozróżnienia w wodzie „pełnych” (nienaruszonych) wiązań wodorowych od zupełnie „zerwanych”, mają długą tradycję.

51 Panują aktualnie opinie, oceniające, że w 0o C od 7 do 60% wiązań wodorowych jest zerwanych, a oceny te dawniej były jeszcze bardziej rozbieżne! W ostatnich kilku latach ukazało się wiele prac uzasadniających obliczeniami modelowymi realność występowania dynamicznych agregatów molekuł wody różniących się ilościami drobin i ich wzajemnym ułożeniem. Istnienie tych agregatów pozwala wyjaśnić wszystkie obserwowane doświadczalnie „anomalie”.

52 Anomalie te, towarzyszące zmianom: temperatury, ciśnienia, a także wprowadzaniu do wody cząsteczek i jonów – w różnym stopniu ulegających procesowi hydratacji, a nawet hydrofobowość. Dynamiczny rozwój badań w tej dziedzinie najlepiej ilustruje fakt, że w zbiorze stu najciekawszych publikacji, na temat struktury wody, opublikowanych w latach 1990, a 2004, aż 5/6 powstało w ostatnich czterech latach.

53 Z prac z lat: 1999 – 2001 na szczególną uwagę zasługują dwie
Z prac z lat: 1999 – 2001 na szczególną uwagę zasługują dwie. Ogromny wzrost zainteresowania teoretycznym uzasadnianiem szczególnej pozycji wody i jej roztworów w praktyce i badaniach naukowych można wyjaśnić dwiema przyczynami. Pierwsza – to lepsze zrozumienie ważnej roli, jaką spełnia tworzenie uproszczonych modeli, pozwalających, w trafny sposób, przewidywać właściwości nie przebadanych jeszcze układów.

54 Druga – to szybki rozwój mechaniki kwantowej, oparty o postępy w konstrukcji sprzętu komputerowego i oprogramowania. Od dziesiątków lat przyznawano, że większość szczególnych właściwości wody wynika z obecności występujących w niej wiązań wodorowych. Pokazano to jednak w odpowiednich pracach modelowych dopiero w ciągu kilku ostatnich lat

55 Ważnym uwarunkowaniem rozwoju jest ogromny postęp w dziedzinie technik pomiarowych. Pozwalają weryfikować wyniki rozważań teoretycznych. Szereg anomalii to „normalna” konsekwencja zmian, jakie we wiązaniach wodorowych wody wywołują: temperatura, ciśnienie i obecność „obcych” cząsteczek. W szczególności można mówić o przełomie w zrozumieniu procesów zachodzących w obszarach styku wody i jej roztworów z innymi fazami!

56 do precyzyjniejszego zdefiniowania
Otwarta została droga do precyzyjniejszego zdefiniowania HYDROFOBOWOŚCI Droga ta powinna doprowadzić do stworzenia ilościowego określania, zarówno teoretycznego, jak doświadczalnego, zmian jakim wiązania wodorowe podlegają w obszarach zetknięcia ciekłej wody z inną fazą, obojętną cząsteczką, lub jonem. Stworzy możliwość jednolitego traktowania „hydrofobowości”

57 Dowodem na możliwość realizacji takiego celu jest duże zainteresowanie zachowaniem jonów w roztworach wodnych. Opis zmian ich hydratacji, koreluje z zachowaniem układów koloidalnych, wyrażonym przez t.zw. „Szereg Hofmeistra”. W krótkim artykule przeglądowym nie ma miejsca na omawianie znacznej liczby konkretnych układów, na których należałoby wykazać przydatność ściślejszej definicji hydrofobowości.

58 Dlatego wybraliśmy tylko po jednym przykładzie zachowania wody w wobec materii „twardej” i „miękkiej”. Krzemionka i kwarzec to przykłady materii twardej, krystalizującej w rozmaitych układach krystalograficznych. Chemiczny skład czystego Si O2 warunkuje rozmaitość przestrzennego rozmieszczenia atomów krzemu i tlenu w kryształach i decyduje też o bardzo słabej jego rozpuszczalności.

59 Wystarczy jednak zmiana warunków temperatury i ciśnienia, a w szczególności pH wody, aby z kryształów krzemionki otrzymać żel (gel). O tak drastycznej zmianie postaci, od trudno rozpuszczalnej krzemionki do dobrze rozpuszczalnego krzemianu sodu decyduje postępująca za zmianami pH zmiana charakteru wiązań wodorowych w obszarze oddziaływania grup powierzchniowych „SiO2” z „H2O”, „OH-” i „Na+”. Związek HLB z pH układu!

60 Prace nad powierzchniowymi zmianami pod wpływem pH skoncentrowały się, od momentu powstania t.zw. „teorii miejsc wią żących” na pomiarach zjawisk elektrokinetycznych i prowadzeniu miareczkowań potencjometrycznych zawiesin ziaren krzemionki. Niezależnie pojawiły się też opracowania uogólniające istotną rolę występowania wody, w dwu stanach struktury i gęstości, warunkującej postać "gelową" materii - (a tu powierzchni SiO2).

61 Rozważając kwestię zmiany rozpuszczalności zarówno w omówionym przykładzie krzemionki, jak też ogólnie, musimy zawsze pamiętać o tym, czy interesuje nas tylko stabilny w czasie stan równowagi termodynamicznej roztworu nasyconego, czy też dynamika osiągania tego stanu. Termodynamika określa stężenie w stanie nasycenia, kinetyka – szybkość dochodzenia do równowagi. Ta ostatnia zależy od barier procesu.

62 Barierą , zawsze jest ograniczenie dyfuzyjne, które możemy zmniejszać intensywnością mieszania. Barierę t.zw. aktywacyjną rozpuszczania, w pewnym tylko stopniu – zmianą temperatury. Rozpuszczanie jest tym trudniejsze, im bardziej złożony jest, wieloetapowy, proces utworzenia nowej struktury cząsteczki, aby była zdolna przejść do roztworu. Etap ten przypomina proces heterogenicznego „zarodkowania” nowej fazy – z roztworów wodnych.

63 Coraz więcej prac, nawiązuje do prac szkoły Scheludki, które procesy powstawania nowej fazy warunkowały hydro fobowością układu: powierzchnia - „zarodek” i występowaniem napięcia liniowego. Z przybliżenia opisującego ciekłą wodę – jako substancję obdarzoną dynamiczną strukturą, umożliwiającą jej istnienie w dwu odmianach, korzysta się też w opisie jej oddziaływań z „materią miękką”.

64 BIAŁKO - Za prosty przykład takiej
BIAŁKO - Za prosty przykład takiej materii może nam posłużyć drobina białka, o strukturze globularnej. Prócz wody o zwykłej strukturze, na odległościach większych niż ok. 15 Å od molekuły białka, wyróżnia się, w rozcieńczonych roztworach, agregaty wody o strukturze zmienionej hydrofobowym charakterem „powierzchni” molekuł, oraz tzw. wodę strukturalną, warunkującą typową spiralną budowę białka.

65 Obszerne, fachowe i przejrzyście udokumentowane opracowania monograficzne opisują strukturę wewnętrzną białek jako skutek występowania mostków wodorowych, wiążących co czwartą grupę aminową kolejnych aminokwasów. W zależności od rodzaju łączonych grup, mostki te różnią się energetycznie. W miarę wzrostu stężenia białka, zmienia się, struktura roztworu, prowadząc do aglomeracji cząsteczek.

66 Wynik aglomeracji jest uzależniony od gry czynnika entalpowego, związanego z energią oddziaływania cząsteczek i entropowego, związanego z ich konfiguguracją . Nie prowadzi jednak do krystalizacji – jak w kryształach powiązanych jonowo, albo kowalencyjnie, lecz do agregacji typu micelarnego, w którym elementy struktury przyjmują określone typy symetrii, nie wyodrębniają się jednak w postaci fazy makroskopowej.

67 Obecny stan wiedzy na temat teorii wiązań występujących w ciekłej wodzie, budzi u fizyko-chemików badających „zjawiska powierzchniowe”, t.zw. „mieszane uczucia”. Zgodnie jednak, z przekonaniem wyrażonym w naszym opracowaniu, w podsumowaniach wielu prac przeglądowych stwierdza się, że już w najbliższej przyszłości należy spodziewać się przełomowych postępów w omówionej dziedzinie!

68 Dziękujemy za uwagę !!!