Ионы в воде: характеристика сил, определяющих химические процессы и биологическую структуру

Континуальная электростатическая модель Дебая и Хюккеля [П. Дебай и Э. Хюккель. К теории электролитов. I. Понижение температуры замерзания и связанные с ним явления. Phys. Z. 24 (1923), 185–206] и её последующие варианты используют макроскопическую диэлектрическую проницаемость и предполагают, что все взаимодействия с участием ионов имеют исключительно электростатическую природу. Это означает, что простые ионы в воде создают электрические поля, достаточно сильные для ориентации диполей воды на больших расстояниях. Однако нейтронная и рентгеновская дифракция в растворах показывает, что даже двух- и трёхвалентные ионы существенно не изменяют плотность или ориентацию воды на расстоянии более двух молекул воды (5 Å). Следовательно, дальнодействующие электрические поля, создаваемые простыми ионами и выявляемые различными резонансными методами, например методом резонансного переноса энергии флуоресценции, на расстояниях 30 Å (около 11 диаметров молекулы воды) и более слабы по сравнению с взаимодействиями между молекулами воды. Результаты двух разных методов показывают, что вода взаимодействует с анионами посредством приблизительно линейной водородной связи. Это позволяет предположить, что взаимодействия ионов в воде определяются преимущественно короткодействующими силами химической природы.