ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ПЛОТНОСТЬ СИСТЕМИ ВОДА-СОЛЬ-ДНК

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ПЛОТНОСТЬ СИСТЕМЫ ВОДА-СОЛЬ-ДНК

Симонян Геворг Саркисович

доц., канд. хим. наук, заведующий кафедрой общей математики и естествознания Иджеванский филиал Ереванского государственного университета,

Армения, г. Иджеван

Маргарян Алексан Шамилович

ассистент, канд.физ-мат.наук, Иджеванский филиал Ереванского государственного университета,

Армения, г. Иджеван

EFFECT OF TEMPERATURE ON DENSITY OF WATER-SALT-DNA SYSTEMS

Gevorg Simonyan

Associate Professor, Candidate of Chemical Sciences, Head of the Department of General Mathematics and Natural Science Ijevan Branch of Yerevan State University,

Armenia, Ijevan

Alexan Margaryan

Assistant, Candidate of Physics and Mathematics, Ijevan Branch of Yerevan State University,

Armenia, Ijevan

АННОТАЦИЯ

Установлено, что в интервале температур T = 293–323K плотность воды, физиологического раствора и раствор ДНК в физиологическом растворе с повышением температуры уменьшается, а коэффициент теплового расширения увеличивается. Показано, что с увеличением концентрации поваренной соли плотность раствора линейно увеличивается. Доказано, что температура и соль влияют на раствор ДНК, влияя на структуру воды.

ABSTRACT

It was found that in the temperature range T = 293–323K, the density of water, physiological solution and DNA solution in physiological solution decreases with increasing temperature, while the coefficient of thermal expansion increases. It is shown that with an increase in the concentration of sodium chloride, the density of the solution increases linearly. It has been proven that temperature and salt affect the DNA solution, affecting the structure of water.

Ключевие слова: вода, хлорид натрия, ДНК, температура, плотность, сольватация, корреляция.

Keywords: water, sodium chloride, DNA, temperature, density, solvation, correlation.

Введение. Вода играет жизненно важную роль в различных секторах экономики, таких как промышленная деятельность, сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыболовство, гидроэнергетика и другие виды творческой деятельности [1]. Известно, что вода составляет самый большой процент всех органов живого организма. Именно от чистоты и типа структуры молекул воды зависит его состояние здоровья и продолжительность жизни [2].

В работах [3,4] обсуждаются аномальные и специфические свойства воды, и прозрачность, скорость звука в воде и т.д.. Показано, что необычные свойства воды связаны не только с наличием водородной связи, но также с «особенностью» структуры воды. Следует отметить, что большинство свойств воды имеют аномальную зависимость от температуры. Зависимость теплоемкости воды от температуры при атмосферном давлении не линейна. При нагревании воды до 27°С теплоемкость уменьшается, от 4217 до 4174 Дж/(кг·град), затем в интервале температуры 27–40°С значение этой величины остается практически постоянным (следует отметить, что в этом диапазоне температуры вода обладает наименьшей теплоемкостью). При температуре выше 40°С ее удельная теплоемкость увеличивается и достигает своего максимума при температуре кипения 4220 Дж/(кг·град). Плотность воды в зависимости от температуры максимальная при температуре от 3,8 до 4,2°С. В этих условиях точное значение плотности воды составляет величину 999,972 кг/м³. Такая температурная зависимость плотности характерна только для воды. Вода существует как отдельная жидкость при температуре от 0 до 374,12 °С–это ее критическая температура, при которой исчезает граница раздела между жидкостью и водяным паром. При нагреве воды от точки плавления вплоть до 46°C сжимаемость уменьшается, а потом увеличивается. Эксперименты показали, что вода и водные растворы после прогре­ва при высоких значениях температуры и давления в течение неко­торого времени находятся в метастабильном состоянии. Так, вода, активированная при 200, 300 и 400 °С, повыша­ет свою растворяющую способность по отношению к кальциту в 2, 3 и 4 раза соответственно. Способность воды сохранять свое струк­турное состояние в течение некоторого времени после изменения внешних условий называется структурной памятью воды. Для всех жидкостей, кроме воды, скорость звука уменьшается с повышением температуры. Зависимость скорости звука в воде от температуры при атмосферном давлении не линейна. При нагревании воды от 0 до 70°С скорости звука в воде увеличивается от 1403 до 1555 м/с, затем в интервале температуры 70– 85 °С значение этой величины остается практически постоянным При температуре выше 85°С скорость звука в воде уменьшается и при температуре кипения достигает величины 1543 м/с.

Корейский ученый Му Шик Джон показал, что гексагональная вода энергетически мощная и имеет больше возможностей для хранения и передачи энергии во всем организме человека. Гексагональная структура воды «организовывает» в форме жидкости матрицу, которая была обнаружена на окружающих здоровые ДНК и другие белки в организме. Показано также, что вода вокруг аномальных (вызывающие рак) белков имеет незначительное число гексагональных структур и увеличение числа пятиугольных структур [5].

Денситометрическим и спектрофотометическими методами исследованы плотность и термостабильность водно-солевых растворов ДНК, облученных нетепловыми миллиметровыми электромагнитными волнами с резонансными для водных структур колебаниями с частотами 64.5 ГГц и 50.3 ГГц и нерезонансной – 48.3 ГГц. Показано, что с увеличением времени облучения резонансными частотами от 0 (необлученная) до 120 мин. термостабильность ДНК и плотность ее растворов (~ на 10^-4 г/см³) увеличиваются приблизительно на 1°С и 10^-4 г/см³,соответственно. При облучении же нерезонансной частотой 48.3 ГГц увеличение термостабильности ДНК и плотности ее растворов находятся в пределах погрешности эксперимента. Предполагается, что под действием низкоэнергетического излучения миллиметрового диапазона происходит дегидратация ДНК и присутствующих в растворе ионов Na⁺ [6,7].

Различные типы ионов по разному взаимодействуют с структурой воды. Катионы: лития, натрия, гидроксония-разрушают структуру воды в интервале температур от 10 до 50° С. Анионы: хлора, брома, иода-упрочняют структуру воды, увеличивая число водородных связей.

Цель исследования: исследование влияния температуры и хлорида натрия на плотности системы вода-соль-ДНК методом денсиометрии.

Материалы и методы. В работе использовали ДНК тимуса теленка ( «sigma»). Растворы ДНК приготовлены в 0,09% физиологическом растворе. Использован 0,9% физиологический раствор фирмы LIQVOR. Рабочий раствор - 0,09 % NaCl получали 10-кратным разведением физиологического раствора бидистиллированной водой. Плотность воды, физиологического раствора и растворов ДНК определяли на денситометре DMA 4500 Anton Paar (Aвстрия), с чуствительностью 10^-5  г/см³.

Для расчета температурного коэффициента растворов и исследования линейного уравнения была выбрана электронная программа «Origin – 6».

Результаты и их обсуждение. В соответствии с целью работы было изучено влияние температуры и хлорида натрия на плотность воды и раствора ДНК денсиометрическим методом.

Исследовали плотность воды, физиологического раствора и раствора ДНК в диапазоне температур 293–323 К (таблица 1).

Таблица 1.

Плотность и α бидистиллированной воды, физиологического раствора и раствора ДНК при [ДНК] = 9,0х10^-5 моль /р.

Имея значения плотности в 293–323 К температурном интервале для растворов (бидистиллированной воды, физиологического раствора и водно-солевого раствора ДНК), вычисляли коэффициент теплового расширения по формуле [8].

В таблице 1 приведены значения коэффициента теплового расширения для вышеуказанных растворов при различных температурах.

Известно, что вода по сравнению с другими жидкостями имеет наименьшее значение коэффициента теплового расширения, которое объясняется структурными особенностями воды. В жидкой фазе молекулы воды образуют ассоциаты и каждая молекула воды окружена 4÷5 воды. Если за основу взять гексагональную структуру воды, то часть свободных молекул внедряются в пустотах тетраэдрической структуры.

Как следует из табл. 1, с увеличением температуры наблюдается увеличение α для исследуемых растворов. Следовательно, происходит увеличение молярного объема, возможно, вследствие вытеснения часть молекул воды из пустот гексагональной структуры и увеличением доли линейных водородных связей [8]. Возможно, это обусловлено тем, что ионы вытесняют из пустот гексагональную структуру свободных молекул воды, вследстие чего увеличивается степень гидратации ионов и доля линейных водородных связей.

Изучение влияния концентрации поваренной соли на плотность воды и раствора ДНК, показывает, что она линейно увеличивается (таблица 2).

Таблица 2.

Влияние концентрации хлорида натрия на плотность воды и раствора ДНК, Т = 293 К, [ДНК] = 9,0х10^-5 моль /р.

ρ_вода = (0.99826 ± 0.00002) + (0.00694 ± 0.00004)•[NaCl], R² = 0.99999, n=7

ρ_ДНК = (0.99834± 0.00003) + (0.00722 ± 0.00006)•[NaCl], R² = 0.99986, n=6

Получается отличная корреляция плотности воды и раствора ДНК с концентрацией хлорида натрия.

Интересно, что с повышением концентрации хлорида натрия увеличивается также разность плотностей (Δρ = ρ_{ДНК -} ρ_вода).

Заключение

1. Показано, что плотность воды, физиологического раствора и раствор ДНК в физиологическом растворе с повышением температуры уменьшается, а коэффициент теплового расширения увеличивается.
2. Установлено, что температура и хлорид натрия влияют на раствор ДНК, влияя на структуру воды.
3. Показано, что с увеличением концентрации соли плотность раствора линейно увеличивается, получается отличная корреляция плотности воды и раствора ДНК с концентрацией хлорида натрия.

Список литературы:

1. Gevorg Simonyan. Impact of Municipal Wastewater of the Dilijan City on the Hydrochemical Indicators of Water of the Agstev River // Current Research in Wastewater Management, 2021, V.1, №1, P.30–32.
2. Слесарев В.И. Химия. Основы химии живого. С.Пб., Химиздат, 2007, 784с.
3. Симонян Г.С. Арутюнян Н.М. Представление об аномальных и специфических свойствах воды // Наука и образование сегодня, 2018, № 4 (27), С.10-12.
4. Мосин О.В., Игнатов И. Структура воды // Химия. 2013. № 1. С. 12–32
5. Jhon M. Sh The Water Puzzle and the Hexagonal Key. Uplifting Press,Inc. 2004, 147р.
6. Бабаян Ю.С., Акопян С.Н., Казарян Р.С., Калантарян В.П., Симонян Г.С., Хачатрян А.Б., Антонян А.П., Вардеванян П.О. Некоторые физико-химические свойства ДНК, облученной низкоэнергеческими миллиметробыми когерентными электромаягнитными волнами // Биомед. Технол. и радиоэлек., 2006, № 11, С. 64-68.
7. Симонян Г.С., Маргарян А.Ш., Карапетян М.Г. Влияние миллиметровых электромагнитных волн на биосистемы // Теоретические и прикладные вопросы науки и образования: по материалам международной научно-практической конференции 31 января 2020 г. Вестник научных конференций, 2020, № 1-2(53), С.103-104.
8. Егоров Г.И., Сырбу А. А., Колкер А.А. Объемные свойства смеси при давлении 0101 МПа в интервале температур 278,15 ÷ 323,15 К // Журнал общей химии, 2002, T.72, №5, C. 744-746.