Как сообщает информационное издание «МедиаПоток», специалистами Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики США впервые была зафиксирована ионизация молекул воды. Строение молекулы воды Самая простая принятая сегодня модель молекулы воды – тетраэдр. Учебные модели придется перерисовать после того, как группа исследователей обнаружила, что молекулы воды на поверхности соленой воды организованы иначе, чем считалось ранее. Строение электронного облака молекулы воды таково, что во льду каждая молекула связана четырьмя водородными связями с ближайшими к ней молекулами, координационное число молекул в структуре льда равно четырем.
Компьютерная модель взаимодействия молекул воды
Изображение: Andreas Neophytou et al. Ну что ж, будем ждать новых результатов данных экспериментов, а с уже проделанной работой ученых можно ознакомиться в материале, который был опубликован на портале Nature Physics. Понравился материал? Тогда не забудьте его оценить, а также подписаться на канал. Спасибо за ваше внимание!
Внутренняя электронная пара кислорода равномерно обрамляет ядро: схематически она представлена окружностью с центром - ядром O2 рис. Четыре внешних электрона группируются в две электронные пары, тяготеющие к ядру, но частично не скомпенсированные. Схематически суммарные электронные орбитали этих пар показаны в виде эллипсов, вытянутых от общего центра — ядра O2-. Каждый из оставшихся двух электронов кислорода образует пару с одним электроном водорода.
Эти пары также тяготеют к кислородному ядру. Поэтому водородные ядра — протоны — оказываются несколько оголенными, и здесь наблюдается недостаток электронной плотности. Таким образом, в молекуле воды различают четыре полюса зарядов: два отрицательных избыток электронной плотности в области кислородного ядра и два положительных недостаток электронной плотности у двух водородных ядер. Для большей наглядности можно представить, что полюса занимают вершины деформированного тетраэдра, в центре которого находится ядро кислорода рис. Общий вид электронного облака молекулы воды показан на рис. Вода - диполь: полярность воды Почти шарообразная молекула воды имеет заметно выраженную полярность, так как электрические заряды в ней расположены асимметрично. Под воздействием диполей воды в 80 раз ослабевают межатомные или межмолекулярные силы на поверхности погруженного в нее вещества. Иначе говоря, вода имеет высокую диэлектрическую проницаемость, самую высокую из всех известных нам соединений.
Также, последние исследования установили полярность кластеров воды. Вода растворяет все!
Согласно его теории элементарной структурной ячейкой воды являются тетраэдры, в которых может содержаться 4 простой тетраэдр или 5 объемно-центрированный тетраэдр молекул воды. При этом у каждой молекулы воды в простых тетраэдрах сохраняется способность образовывать водородные связи, благодаря чему создаются более сложные структуры, как показано на рисунке 13. Рисунок 13 - Формирование сложных ассоциатов из молекул воды по С. Кластеры, содержащие 20 молекул воды додэкаэдры более стабильны. Схема их образования показана на рисунке 14. Рисунок 14 - Формирование кластеров воды из 20 молекул.
Из четырех таких образований возникают энергетически выгодные "кванты" - тетраэдрические додекаэдры рисунок 15. Рисунок 15 - Модель ассоциата воды из 57 молекул - "квант" тетраэдр из четырех додекаэдров. Из 57 молекул такого образования 17 составляют гидрофобный каркас с полностью насыщенными связями, а по 10 молекул на поверхности каждого додекаэдра формируют центры образования водородных связей. Методами жидкостной хроматографии было подтверждено существование пяти- и шестиквантовых структур типа "четырехконечной звезды" и "шестилучевой снежинки". Рисунок 16 - Принципиальная модель кластера воды из 912 молекул 16 "квантов" воды. На каждой грани такого куба существует уже по 24 центра образования водородных связей. Данные цифры были подтверждены экспериментально. На уровне 24 центров связывание по водородным связям практически прекращается ввиду того, что поверхность образований становится насыщенной нейтральной.
Кластеры почти не взаимодействуют между собой, а скользят друг по другу, поэтому вода не отличается высокой вязкостью. В таком "режиме" из кластеров формируются метастабильные структуры, пример которых показан на рисунке 17 микроизображение в режиме фазового контраста. Рисунок 17 - Микроизображение объемной структуры воды. Теория Зенина хорошо объясняет электропроводные свойства воды, уменьшение плотности при плавлении, но плохо согласуется с большими значениями коэффициента самодиффузии и малым временем диэлектрической релаксации. Интересно, что по мнению Зенина, если степень возмущения структурных элементов воды недостаточна для перестройки всей структуры, то после снятия возмущения система релаксирует 30-40 минут до возвращения в исходное состояние. Если же переход к другому взаимному расположению структурных элементов воды оказывается энергетически выгодным, то оказанное воздействие отразится на новом состоянии. Альтернативную, но похожую теорию выдвинул М. В его теории структурные элементы - это икосаэдры.
Кластеры из 100 молекул могут образовывать цепочки с уменьшенными напряжением и степенью деформации водородных связей. В дальнейшем теоретически формируются сети, как показано на рисунке 18. Рисунок 18 - Формирование упорядоченной сети кластерных образований икосаэдрической формы, формирующих структуру воды. Компьютерные расчеты. Показаны только атомы кислорода. Однако практически существование регулярных матриц в воде маловероятно. Кластеры из 280 молекул также могут формировать цепочки, но с более напряженными водородными связями. Кластеры могут разрастаться в суперкластеры гигантские икосаэдры , примеры которых приведены на рисунке 19.
Рисунок 19 - Гигантсские икосаэдры из молекул воды по М. В 2002 Беркли методом рентгеноструктурного анализа показала, что молекулы воды действительно способны образовывать структуры, представляющие собой топологические цепочки и кольца из множества молекул. Смирновым в бидистиллированной воде и некоторых растворах методами акустической эмиссии, лазерной интерферометрии и термического анализа удалось визуализировать надмолекулярные образования с размерами частиц от 1 до 100 мкм, распределенных в водной среде рисунок 20. Свойства таких частиц были сходны со свойствами частиц, образующих эмульсию, поэтому они были названы "эмулонами". Микроизображения 2х2 мм. Размеры и пространственная организация эмулонов зависят от состава водного раствора, температуры и предыстории раствора. Наибольшее число фракций имеют размеры 30, 70 и 100 мкм. При этой температуре вода имеет наибольшую плотность.
Таким образом, с рассмотренной точки зрения жидкая вода - это дисперсная система, каждая форма которой существует в определенном температурном диапазоне. Как уже упоминалось ранее, наряду с кластерной развивалась клатратная теория, основоположником которой в 1946 году стал О. Он представлял структуру жидкой воды льдоподобной, полости которой частично заполнены мономерами одна полость - одна молекула воды. Каркас структуры нарушен тепловым движением молекул. Клатраты в целом не только вода делятся на два класса, зависящие от соединения-хозяина. Молекулярные клатраты образуются "хозяевами", имеющими внутримолекуярные полости. Такие клатраты могут существовать как в растворе, так и в кристаллическом состоянии. Если "хозяин" способен образовывать только межмолекулярные или кристаллические полости, то из него получаются решетчатые клатраты рисунок 21 , устойчивые лишь в твердом состоянии.
Рисунок 21 - Гидрат метана - пример решетчатого клатрата. В поздних модификациях клатратной модели воды допускается образование водородных связей между молекулами в каркасе и молекулами в пустотах. При этом сами молекулы в обеих микрофазах соединены водородными связями. В заключение отметим, что существует целый ряд воздействий, которые могут приводить к определенному структурированию воды: Сверхкритические температуры и давления; Магнитные и электромагнитные поля, акустические и вибрационные воздействия с определенными характеристиками; Растворение электролитов, образующих при диссоциации ионы с относительно малым радиусом и большим зарядом; Растворение неэлектролитов, вызывающих явление гидрофобной гидратации; Длительный контакт с поверхностью нерастворимых в воде минералов, таких, как кварц. Возможность такого рода воздействий обуславливается тем, что вода - очень чувствительная система множества метастабильных состояний. Вода, по сути, может откликаться на воздействия практически любой природы. Более подробно структурирование воды под воздействием внешних сил будет рассмотрено в отдельной статье. Особенности строения воды в твердом виде.
Питьевая вода должна отвечать жестким нормативам по содержанию вредных веществ, патогенных бактерий и вирусов. Кроме того, она не должна иметь неприятных запаха и привкуса. Техническая вода. Техническая вода, используемая, к примеру, для охлаждения оборудования может содержать различные соли, но не должна вызывать коррозию металлов или отложение солей. Очистка воды Существует несколько основных методов очистки воды: Фильтрование через песчаные фильтры или мембраны; Хлорирование для обеззараживания; Умягчение путем удаления солей жесткости; Адсорбция примесей активированным углем. Несмотря на кажущуюся обильность запасов пресной воды, ее надо беречь.
Рекомендации по экономии: Установка счетчиков; Использование специальных насадок и режимов при пользовании кранами, душем; Сбор дождевой воды для полива; Повторное использование технической воды. Многие значительные источники пресной воды пересекают границы нескольких государств. Для их сохранения необходимы: Заключение международных соглашений по использованию таких водных объектов; Совместный мониторинг качества воды; Выработка правил эксплуатации гидротехнических сооружений; Соблюдение экологических нормативов в бассейнах трансграничных водотоков.
Физики записали, как молекулы воды движутся вокруг ионов соли
Поэтому пятиклассники обратились к основам и попробовали нарисовать модель молекулы воды в масштабе. Это заполняющая пространство (CPK) модель молекулы воды. строение молекулы воды скачать с видео в MP4, FLV Вы можете скачать M4A аудио формат. Как сообщает информационное издание «МедиаПоток», специалистами Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики США впервые была зафиксирована ионизация молекул воды.
Орбитальная модель молекулы воды
И мы приходим к следующему определению. Определение 4. Обобщенным многоугольником Кокстера называется многоугольник, у которого углы равны рациональным частям вида p и q - натуральные числа. Действительно, вопрос: а есть ли еще другие обобщенные треугольники Кокстера? Теперь естественно обобщить определение разбиения Кокстера плоскости и многоугольника. Оно настолько просто, что мы его здесь даже не приводим.
В определении 3 вместо слов "многоугольник Кокстера" следует писать "обобщенный многоугольник Кокстера". Из приведенных выше рисунков ромбов Пенроуза сразу вытекает, что они допускают разбиение на обобщенные треугольники Кокстера - золотые треугольники. А так как всю плоскость можно разбить на ромбы Пенроуза двух типов, существует разбиение плоскости на золотые обобщенные треугольники двух типов, показанные на рис. В заключение посмотрим, как молекулы воды могут образовать квазикристалл. Как уже отмечал Кеплер, снежинки не могут иметь правильную пятиугольную форму, так как правильными пятиугольниками нельзя осуществить разбиение плоскости.
В духе работы [4] пятиугольник на рис. Но ромбы Пенроуза появляются! Чтобы их получить, присоединим к золотым треугольникам, на которые разбивается наш пятиугольник , симметрично такие же треугольники, как показано на рис. Интересно, что Кеплер рассматривал и звездчатые многогранники! Самый знаменитый из них в переводе с латинского назывался "утренняя звезда".
Мы видим из этого примера, что при рассмотрении разбиений не обязательно рассматривать, как это обычно делается, выпуклые многогранники. Подсчитаем, глядя на рис. Она равна 4. Следовательно, оставшийся угол при вершине В равен. Так мы получаем алгоритм разбиения плоскости на золотые треугольники двух типов, ромбы Пенроуза двух типов.
Поэтому можно высказать предположение, что двухмерные жидкие квазикристаллы, как и снежинки, образуются по этому алгоритму самой природы. Это предположение еще более подтверждается, если ввести в рассмотрение внутреннюю симметрию, которой обладают кристаллы и квазикристаллы. Используя разбиения Кокстера и другой аппарат современной математики, удастся изучить симметрию двухмерных плоских кристаллов и квазикристаллов, а при выходе в трехмерное пространство - симметрию фуллеренов и фулллеритов. Литература 1. Белянин В.
Золотая пропорция.
А если в воде есть полимеры воды, то даже слабые воздействия на абсолютно чистую воду, а тем более ее растворы, могут иметь важные последствия. До разработки моделей структурированной модели воды было совершенно непонятно, почему после определенных воздействий на воду её свойства могут меняться и сохраняться в измененном виде в течение длительного времени после прекращения воздействия, то есть вода «помнит», что с ней происходило До сих пор ещё никто не знает, что происходит с водой, протекающей сквозь сильное магнитное поле. Физики-теоретики совершенно уверены, что ничего с ней при этом происходить не может и не происходит. Из их теоретических расчетов следует, что после прекращения действия магнитного поля вода должна мгновенно вернуться в прежнее состояние и остаться такой, какой была.
А опыт показывает, что она изменяется и становится другой. И эту до сих пор необъясненную особенность воды «помнить» магнитную обработку широко используют в промышленности. Из обычной воды в паровом котле растворённые соли, выделяясь, отлагаются плотным и твёрдым, как камень, слоем на стенках котельных труб, а из омагниченной воды так её теперь стали называть в технике выпадают в виде рыхлого осадка, взвешенного в воде. Во многих промышленных процессах например, на тепло- и электростанциях используется магнитная подготовка воды, а как и почему этот способ «работает», не знают ни инженеры, ни учёные. Кроме того, на опыте подмечено, что после магнитной обработки воды в ней ускоряются процессы кристаллизации, растворения, адсорбции, изменяется смачивание.
Эффекты невелики, но они есть. Действие магнитного поля на воду обязательно быстротекущую длится малые доли секунды, а «помнит» вода об этом десятки часов. Почему - неизвестно. В этом вопросе практика далеко опередила науку. Ведь даже неизвестно, на что именно действует магнитная обработка - на воду или на содержащиеся в ней примеси.
Чистой-то воды ведь не бывает. Память" воды не ограничивается только сохранением последствий магнитного воздействия. В науке существуют и постепенно накапливаются многие факты и наблюдения, показывающие, что вода «помнит» о том, что она раньше была заморожена. Талая вода, недавно получившаяся при таянии куска льда, отличается от той воды, из которой этот кусок льда образовался. В талой воде быстрее и лучше прорастают семена, быстрее развиваются ростки; даже, как утверждают очевидцы, быстрее растут и развиваются цыплята, которые получают талую воду.
Кроме удивительных свойств талой воды, установленных биологами, известны и чисто физико-химические отличия. К примеру, талая вода отличается по вязкости, по значению диэлектрической проницаемости. Вязкость талой воды принимает своё обычное для воды значение только через 3-6 суток после плавления. Почему это так, тоже никто не знает. Большинство исследователей называют эту область явлений «структурной памятью» воды, считая, что все эти странные проявления влияния предыдущей истории воды на её свойства объясняются изменением её структуры.
Может быть это и так, но... По-прежнему в науке существует важная проблема: почему и как вода «помнит», что с нею было. Одним из объяснений «памяти» воды может быть следующее. Взаимное расположение молекул воды в кластерах хранит информацию о внешнем воздействии, приведшем к его образованию. Кластеры разной структуры, в зависимости от глубины локальной энергетической выгоды их образования, могут сохраняться надолго или быстро разрушиться.
Если следующее воздействие окажется энергетически сильнее связей внутри кластера, то старый кластер разрушается и образуется новый. В различных взаимных зафиксированных расположениях групп молекул и заключается память воды. Размеры этих кластеров - примерно одна миллиардная доля метра. И их структуры теперь можно изучать нанометодами. Активированная вода Что такое активированная вода?
Это вода, подвергнутая какому-либо воздействию, не изменяющему её химического состава, но изменяющему, не до конца понятным образом, электрохимические и биологические свойства воды. На языке термодинамики активированная вода - это вода, находящаяся в метастабильном неравновесном состоянии. В течение определенного времени, зависящего от характера и интенсивности активирующего воздействия, свойства активированной воды изменяются и вода становится не активированной. Воздействия могут быть разные, например, как уже упоминалось - с помощью магнитного поля, так называемая магнитная активация. Активированную воду можно получить также облучением ультрафиолетовым светом, с помощью ультразвука, замораживанием и размораживанием воды и многими другими способами.
В настоящее время, наиболее разработанным и воспроизводимым способом воду активируют с помощью электрохимической активации, в специальных электрохимических реакторах. Раствор в анодной камере в популярной русскоязычной литературе именуется «мертвой» водой, а в русскоязычной научной и медицинской литературе - анолитом или электроактивированным раствором анолита. Раствор в катодной камере в популярной русскоязычной литературе именуется «живой» водой, а в русскоязычной научной и медицинской литературе - католитом или электроактивированным раствором католита. В зарубежной литературе эти растворы носят другие названия. В Германии их называют ионизированными, в Японии и Америке «живую» воду именуют редуцированной, а «мертвую» - кислой.
Электрохимически активированная вода ЭХА вода В последнее десятилетие прошлого века было сформировано отдельное научное направление в области электрохимической активации водных растворов. В рамках этого направления создано много новых профессиональных установок, технологий значительно расширена область применения. Хотя массового читателя больше интересует области бытового применения этот раздел введен для тех кто захочет более глубоко изучить принцип электроактивации воды. Электрохимически активированный анолит - «мертвая» вода дезинфицировала порезы, а электрохимически активированный католит - «живая» вода ускоряла их заживление. Действие католита на кожу также предотвращало солнечные ожоги.
Орошение семян хлопка католитом пресной воды стимулировало всхожесть и последующий рост растений. Обработка же семян анолитом уменьшала коэффициент всхожести практически до нуля. При этом последующий полив католитом делянки, засеянной семенами хлопка, ранее смоченными в анолите, приводил к интенсивному росту хлопчатника. Таким образом, было положено начало применения ЭХА воды в медицине, сельском хозяйстве, быту и промышленности. Явление ЭХА заключается в том, что разбавленные водные растворы минеральных солей, к которым относится также обычная питьевая вода, в результате электрохимической обработки переходят в метастабильное состояние.
Метастабильное состояние - состояние воды с аномальными физико-химическими свойствами. Исследования показали, что различия в свойствах только что полученных католита и анолита разбавленных водно-солевых растворов от их химических моделей-аналогов растворов стабильных щелочей или кислот не являются постоянными, стабильными во времени.
Ученые научились управлять фуллереном при помощи одной молекулы воды Опубликовано ssu-filippov в 19 апреля, 2013 - 00:22 Молекула фуллерена с заключенной внутри молекулой воды. Фуллерены — молекулы, построенные только из атомов углерода.
По мнению ученых, они могли бы существенно изменять свои свойства, захватывая даже одну молекулу другого вещества. В своей последней работе два теоретика из США предлагают анализ конструкции, состоящий из фуллерена, внутри которого размещена одна молекула воды. Расчеты показывают, что за счет такой модификации фуллерен приобретает способность реагировать на электрическое поле, что позволяет управлять перемещением конструкции даже в узких каналах. Хотя пока еще не совсем ясно, почему объект без эффективного заряда реагирует на электрическое поле именно таким образом, исследователи считают, что их открытие может иметь прямое практическое применение, к примеру, при доставке лекарств к поврежденным областям в медицине.
Среди фуллеренов наиболее изученным является C60. Почти сферическая молекула представляет собой оболочку из 60 атомов углерода. Два года назад ученые продемонстрировали, что такую молекулу можно «вскрыть», разместив внутри нее молекулу воды, что позволяет создать структуру H2O C60.
Все ранее известные водяные льды состоят из неповрежденных молекул воды, в которых один атом кислорода связан с двумя атомами водорода. Но суперионный лед, как показывают новые измерения, не такой. Он существует в некоем сюрреалистическом лимбе, наполовину твердом, наполовину жидком. Отдельные молекулы воды распадаются. Атомы кислорода формируют кубическую решетку, но атомы водорода разливаются свободно, протекая, как жидкость, через жесткую клетку кислорода.
Чтобы не пропустить ничего интересного из мира высоких технологий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram. Там вы узнаете много нового. Специалисты говорят, что обнаружение суперионного льда оправдывает компьютерные прогнозы, которые могут помочь физикам-материаловедам создавать будущие вещества с индивидуальными свойствами. А обнаружение этого льда требовало сверхбыстрых измерений и точного контроля температуры и давления, что стало возможным лишь в условиях усовершенствования экспериментальных методов. Физик Ливия Бове из Национального центра научных исследований Франции считает, что поскольку молекулы воды распадаются, это не совсем новая фаза воды. Паззлы на льду Физики охотились за суперионным льдом много лет — с тех пор, как примитивная компьютерная симуляция Пьерфранко Демонтиса в 1988 году предсказала, что вода примет эту странную, почти металлическую форму, если вытолкнуть ее за пределы карты известных ледяных фаз. Моделирование показало, что под сильным давлением и теплом молекулы воды разрушаются. Атомы кислорода заключаются в кубическую решетку, а «водород начинает прыгать из одного положение в кристалле в другое, снова и снова», говорит Милло.
Эти прыжки между узлами решетки настолько быстрые, что атомы водорода — которые ионизируются, превращаясь, по сути, в положительно заряженные протоны — ведут себя как жидкость. Появилось предположение, что суперионный лед будет проводить электричество, как металл, и водород будет выполнять роль электронов. Наличие этих свободных атомов водорода также усилит беспорядочность льда, его энтропию. В свою очередь, увеличение энтропии сделает лед стабильнее, чем другие виды ледяных кристаллов , в результате чего его температура плавления вырастет. Представить это все легко, поверить в это — трудно. Первые модели использовали упрощенную физику, продираясь сквозь квантовую природу реальных молекул. Более поздние симуляции добавили больше квантовых эффектов, но все же обошли фактические уравнения, необходимые для описания взаимодействия нескольких квантовых тел, которое слишком трудно рассчитать.
РАЗБИЕНИЕ КОКСТЕРА, СИСТЕМЫ КОРНЕЙ И ТАЛАЯ ВОДА
Павлов, Г. Крымский, С. Петухов Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт космофизических исследований и аэрономии имени Ю. Шафера Сибирского отделения российской академии наук, Якутск E-mail: ganya1981 mail. Использована простая модель электростатического взаимодействия молекул воды.
Найдена зарядовая асимметрия этого процесса. DOI: 10. Этими же процессами формируется атмосферное электричество. Соответствующие механизмы кроются, в конечном счете, в свойствах молекул воды.
Уже в работах 100-летней давности Вильсоном было установлено, что молекулы водяного пара взаимодействуют с ионами. При этом было обнаружено, что взаимодействие с ионами положительного и отрицательного знаков различно изложение соответствующих результатов можно найти в монографиях [1, 2]. Большая роль ионизации воздуха в процессах конденсации водяного пара была установлена в многочисленных работах, посвященных влиянию космических лучей на облакообразование [3—6]. Было установлено также влияние космических лучей на грозовую активность [7, 8].
Механизм этого влияния качественно понятен в свете зарядовой асимметрии, установленной Вильсоном. Как указывается в [8], отрицательно заряженные капли более активно конденсируют пар и быстро растут, вследствие чего происходит гравитационное разделение положительных и отрицательных зарядов. Появление сильных электрических полей в сочетании с наличием электронов в составе вторичных космических лучей вызывает пробой Гуревича [9] и создает грозовую активность. Природа зарядовой асимметрии процесса конденсации изучалась Русановым [10] с феноменологической химической точки зрения.
Здесь мы попытаемся описать конденсацию пара на каплях и их испарение, опираясь на микромоделирование взаимодействий с участием молекул воды. При этом будет уделяться внимание зарядовой асимметрии этих процессов.
Большой вклад в возможность формирования и устойчивость кластеров воды во времени внесли работы Г. Домрачева и Д. Они доказывали существование механохимических реакций радикальной диссоциации воды. Доказательство основывалось на том, что вода, по их мнению, представляет собой динамически нестабильную полимероподобную систему и по аналогии с механохимическими реакциями в полимерах при механическом воздействии на воду поглощенная водой энергия используется для разрыва химических связей H-OH. Реакция разрыва связи может выглядеть так: H2O n H2O... Рассчитав эффективность механодиссоциации воды, авторы пришли к выводу, что кислород на Земле появился при диссоциации воды.
Итак, вода, по мнению Г. Селивановского - это громадный полимер из молекул воды, связанных водородными связями. Интересно, что в молекуле классического полимера атомы объединены ковалентными связями. В 1993 г. Джордан предложил свои варианты устойчивых "ассоциатов воды", которые состоят из 6 молекул рисунок 10. Рисунок 10 - Образование ассоциатов воды по К. По Джордану кластеры могут объединяться и друг с другом, и со свободными молекулами воды за счет водородных связей, формируя более крупные ассоциаты. Такие кластеры могут объединяться как друг с другом, так и со свободными молекулами воды.
На рисунке ниже показаны возможные структуры конформации кластеров воды. Считается, что тетрагональная структура льда разрушается при плавлении с образованием смеси, состоящей из три-, тетра-, пента-, гексамеров воды и свободных молекул. В 1999 г. Секайли удалось расшифровать строение тримера воды, а в 2001 г. Оригинальной кластерной моделью является теория С. Согласно модели С. Зенина вода представляет собой иерархию геометрически правильных объемных структур "ассоциато". Согласно его теории элементарной структурной ячейкой воды являются тетраэдры, в которых может содержаться 4 простой тетраэдр или 5 объемно-центрированный тетраэдр молекул воды.
При этом у каждой молекулы воды в простых тетраэдрах сохраняется способность образовывать водородные связи, благодаря чему создаются более сложные структуры, как показано на рисунке 13. Рисунок 13 - Формирование сложных ассоциатов из молекул воды по С. Кластеры, содержащие 20 молекул воды додэкаэдры более стабильны. Схема их образования показана на рисунке 14. Рисунок 14 - Формирование кластеров воды из 20 молекул. Из четырех таких образований возникают энергетически выгодные "кванты" - тетраэдрические додекаэдры рисунок 15. Рисунок 15 - Модель ассоциата воды из 57 молекул - "квант" тетраэдр из четырех додекаэдров. Из 57 молекул такого образования 17 составляют гидрофобный каркас с полностью насыщенными связями, а по 10 молекул на поверхности каждого додекаэдра формируют центры образования водородных связей.
Методами жидкостной хроматографии было подтверждено существование пяти- и шестиквантовых структур типа "четырехконечной звезды" и "шестилучевой снежинки". Рисунок 16 - Принципиальная модель кластера воды из 912 молекул 16 "квантов" воды. На каждой грани такого куба существует уже по 24 центра образования водородных связей. Данные цифры были подтверждены экспериментально. На уровне 24 центров связывание по водородным связям практически прекращается ввиду того, что поверхность образований становится насыщенной нейтральной. Кластеры почти не взаимодействуют между собой, а скользят друг по другу, поэтому вода не отличается высокой вязкостью. В таком "режиме" из кластеров формируются метастабильные структуры, пример которых показан на рисунке 17 микроизображение в режиме фазового контраста. Рисунок 17 - Микроизображение объемной структуры воды.
Теория Зенина хорошо объясняет электропроводные свойства воды, уменьшение плотности при плавлении, но плохо согласуется с большими значениями коэффициента самодиффузии и малым временем диэлектрической релаксации. Интересно, что по мнению Зенина, если степень возмущения структурных элементов воды недостаточна для перестройки всей структуры, то после снятия возмущения система релаксирует 30-40 минут до возвращения в исходное состояние. Если же переход к другому взаимному расположению структурных элементов воды оказывается энергетически выгодным, то оказанное воздействие отразится на новом состоянии. Альтернативную, но похожую теорию выдвинул М. В его теории структурные элементы - это икосаэдры. Кластеры из 100 молекул могут образовывать цепочки с уменьшенными напряжением и степенью деформации водородных связей. В дальнейшем теоретически формируются сети, как показано на рисунке 18. Рисунок 18 - Формирование упорядоченной сети кластерных образований икосаэдрической формы, формирующих структуру воды.
Компьютерные расчеты. Показаны только атомы кислорода. Однако практически существование регулярных матриц в воде маловероятно. Кластеры из 280 молекул также могут формировать цепочки, но с более напряженными водородными связями. Кластеры могут разрастаться в суперкластеры гигантские икосаэдры , примеры которых приведены на рисунке 19. Рисунок 19 - Гигантсские икосаэдры из молекул воды по М. В 2002 Беркли методом рентгеноструктурного анализа показала, что молекулы воды действительно способны образовывать структуры, представляющие собой топологические цепочки и кольца из множества молекул. Смирновым в бидистиллированной воде и некоторых растворах методами акустической эмиссии, лазерной интерферометрии и термического анализа удалось визуализировать надмолекулярные образования с размерами частиц от 1 до 100 мкм, распределенных в водной среде рисунок 20.
Эта сложная сеть обеспечивает «странные» свойства воды, но до сегодняшнего дня никто не наблюдал напрямую, как молекулы взаимодействуют друг с другом. Возлюби ближнего своего Раньше было сложно наблюдать маленькие и быстрые движения водородных связей. Ученые создали струи воды толщиной в 100 нанометров примерно в 1000 раз тоньше, чем человеческий волос и заставили молекулы вибрировать с помощью лазерного луча.
Камера фокусировалась на группе из трех молекул воды. Оказалось, когда возбужденная лазером молекула начинает вибрировать, ее атомы водорода притягивают атомы кислорода соседних молекул, а затем отталкивают. Фото: SLAC Исследователи надеются, что этот метод поможет разобраться в квантовой природе водородных связей.
Наиболее часто инфицирует кожу и тем самым вызывает тяжелые, хронические заболевания - от стафилококкового импетиго импетиго Бокхарта до тяжелых фолликулитов. Стафилококк эпидермальный S. Наиболее часто поражает гладкую кожу и поверхность слизистых оболочек. Очень часто является возбудителем инфекций при наличии протезов, катетеров, дренажей. Достаточно часто поражает мочевыводящую систему. Стафилококк сапрофитный S. Поражает кожные покровы гениталий и слизистую оболочку уретры. Кишечная палочка. Обитает в кишечнике животных и человека. При этом одни из видов кишечной палочки совершенно безобидны и даже полезны для организма, а другие вызывают тяжелые кишечные заболевания, протекающие по типу холеры, дизентерии или геморрагического колита.
Шигелла Флехнера. Вызывает заболевание, известное под названием бактериальная дизентерия или просто дизентерия. Болезнь может протекать в острой и хронической форме. При тяжелых формах дизентерии больные могут даже умереть от инфекционно- токсического шока. Сальмонелла paratyphi А и В. Является возбудителем инфекционных заболеваний паратиф А и В , сопровождающихся лихорадкой, интоксикацией, язвенным поражением лимфатического аппарата тонкой кишки, увеличением печени и селезенки, сыпью. Регистрируется повсеместно, особенно в странах с низким уровнем бытовых условий. Паратиф А чаще встречается на Дальнем и Среднем Востоке. Паратиф В распространен во всех странах мира. Сальмонелла typhi murium.
Является возбудителем брюшного тифа - острой инфекционной болезни, характеризуется лихорадкой, симптомами общей интоксикации, увеличением печени и селезенки, заторможенностью больного, энтеритом и поносом, трофическими и сосудистыми нарушениями в слизистой оболочке и лимфатических образованиях тонкой кишки, токсическими поражениями сердца. Бета-гемолитические стрептококки стрептококки групп А, В. По классификации Брауна различают альфа, бета и гамма- стрептококки. Альфа- и гамма-стрептококки в больших количествах обнаруживаются в полости рта и кишечнике здоровых людей и животных, но редко бывают патогенны, тогда как разные виды бета- стрептококков являются причиной скарлатины, ангины, хронического тонзиллита, рожи. Стрептококковая ангина острый тонзиллит детей - это головная боль их родителей. Большинство детей переносят это заболевание несколько раз, у многих оно принимает хроническую форму хронический тонзиллит , ребенок болеет ангиной чуть ли не каждый месяц. Стрептококковая ангина часто вызывает осложнения например, ревматизм. В последующем может развиться хроническая патология сердца с повреждением сердечных клапанов. Возможно также возникновение такого осложнения, как нефрит - воспаление почек с нарушением их функции. Кроме того, гемолитические с л рептококки вызывают тяжелое кожное заболевание, называемого рожей.
При проникновении в кровь они могут инфицировать любой орган или вызвать генерализованную инфекцию — сепсис. Стрептококк mutans. Эти стрептококки — главные возбудители кариеса, раньше считавшиеся совершенно безобидными бактериями. Обитают в ротовой полости. Только в последнее время выяснилось, что они являются «сладкоежками» и, поглощая глюкозу из пищи, выделяют взамен молочную кислоту. В результате жизнедеятельности Streptococcus mutans слюна становится более кислой, органическая кислота вступает в реакцию с минеральными солями зубной эмали, эмаль теряет минералы, а вместе с ними и прочность. Если кариес вовремя не вылечить, то можно и вовсе лишиться зуба. По данным Д. Ашбах, применение анолита эффективно в следующих случаях: - трофические язвы — помогает даже тем, кому однозначно ставился диагноз «начинающаяся гангрена» и предлагалось оперативное лечение ампутация ; - экзема и аллергодермат - обычно после курса лечения с использованием анолита больные переживают период длительной ремиссии, во избежание обострения они должны повторять лечение 2-3 раза в год; - псориаз - анолит чаще всего помогает только снять симптомы зуд, шелушение , а также предотвратить появление новых очагов поражения, хотя было несколько случаев полного исчезновения псориатических бляшек; - хронический тонзиллит - анолит эффективен, в том числе и при лечении детей. Уже после недели применения исчезают воспаление миндалин, отечность и гнойные пробки.
Миндалины обретают розовый цвет и уменьшаются до размеров физиологической нормы. Анолит - это блиц-агент, рассчитанный или на наружное применение, или на короткое внутреннее вмешательство, главным образом, для борьбы с инфекциями. Анолит можно длительное время использовать при наружном применении для борьбы с инфекциями. Для приема внутрь анолит можно применять в течение короткого промежутка времени 5-7 дней и в ограниченном количестве - по 100-150 мл для взрослых людей 2-3 раза в день. После реакции в ней выпадают осадки - все примеси воды, в т. Свои свойства «живая» вода сохраняет неделю при условии хранения в закрытом сосуде. Католит обладает антиоксидантными и иммуностимулирующими свойствами, ускоряет регенерацию тканей и стимулирует процессы выработки энергии АТФ , регулирует углеводный и липидный обмен, повышает количество эритроцитов при анемии и облучении. Эта вода смягчает кожу, постепенно разглаживает морщины, уничтожает перхоть, делает волосы шелковистыми и т. По данным, представленным в многочисленных изданиях, католит при приеме от 4 до 13 недель оказывает на организм следующее воздействие: производит общетонизирующий эффект; повышает устойчивость организма к ионизирующему излучению; вызывает общий анаболический эффект, стимулирует процессы роста, физиологической и репаративной регенерации. В настоящее время развитие многих болезней связывают с разрушительным действием оксидантов - свободных радикалов.
Свободные радикалы вторгаются в нашу жизнь на каждом шагу и значительно чаще, чем нам кажется. Утомление, развитие воспалений и инфекций, преждевременное старение, возникновение многих тяжелых заболеваний - во всех этих случаях механизмы губительных для организма процессов запускаются свободными радикалами. Свободные радикалы - это молекулярные частицы, имеющие на внешней электронной оболочке один или несколько непарных электронов, что делает их особенно активными и «агрессивными». Такие молекулы стремятся вернуть себе недостающий электрон отняв его от окружающих молекул. Изменение условий жизни человека привели к тому, что факторов, повышающих концентрацию свободных радикалов в организме, становится все больше, а антиоксидантов в нашей пище - все меньше. Свободные радикалы разделяют: первичные, вторичные и третичные.
Орбитальная модель молекулы воды
Модель квантового гармонического осциллятора служит первым приближением для описания колебательного движения в молекулах и является одной из немногих систем, для которой может быть получено точное решение уравнения Шредингера. Каждая молекула воды является миниатюрным диполем с высоким дипольным моментом. уникальное искусство складывания бумаги, которое позволяет создать трехмерную модель молекулы воды. Ионы способствуют возникновению двух приповерхностных слоев, что влияет на ориентацию молекул воды. Однако ученые опровергли общепризнанную модель поведения воды, описанную в учебниках, выяснив, что на самом верху находится слой чистой воды, под которым находится обогащенный ионами слой, а затем идет объемный раствор соли.
Исследование подтверждает, что вода может принимать две различные жидкие формы
Полученные с обсерватории SOFIA данные сигнализируют о наличии молекул воды, замеченных на астероидах Ирида и Массалия. В рамках изучения специалисты создали слои воды толщиной 100 нм и заставили молекулы вибрировать благодаря инфракрасному лазеру, а потом разрушали их короткими импульсами высокоэнергетических электронов от SLAC MeV-UED. Комплексы ион-вода колеблются медленно по сравнению с быстро движущимися молекулами воды. Нейтронное рассеяние и компьютерное моделирование выявили уникальное и неожиданное поведение молекулы воды, нетипичное для какого-либо из известных газов, жидкостей или твердых тел. Трехмерная модель, которая демонстрирует, как молекулы воды выстраиваются в структуры с квадратными сечениями внутри нанотрубок. "Используя наблюдения ALMA с высоким разрешением, мы изучили молекулярный газ в этой паре галактик и обнаружили молекулы воды и монооксида углерода в большей из них", – рассказал ведущий автор исследования Шривани Яругула (Sreevani Jarugula).
Ученые впервые обнаружили молекулы воды на астероидах
Загадочный эффект воды впервые зафиксирован учеными на камеру Читать 360 в Специалисты Национальной ускорительной лаборатории SLAC при Министерстве энергетики США, Стэнфордского университета и Стокгольмского университета в Швеции впервые сфотографировали загадочный эффект воды. Они увидели, как атомы водорода в молекулах воды взаимодействуют с соседними молекулами при возбуждении лазерным светом. Об этом написал сайт NEWS.
По их словам, в рамках их модели свойства жидкой воды возникают естественным образом при нормальных условиях. Вода обладает целым рядом необычных свойств, нетипичных для других жидкостей и играющей важнейшую роль в химических и биологических процессах. Так, максимум ее плотности достигается при температуре в 4 градуса Цельсия выше точки замерзания , позволяя водоемам замерзать сверху вниз, что позволяет их обитателям выживать зимой. На данный момент многие из особенностей воды, благоприятные для известных форм жизни, с теоретической точки зрения остаются недостаточно ясными. Предпринимались многочисленные попытки понять, как именно молекула такой сравнительной простоты может вести себя столь сложным и необычным образом в широком диапазоне давлений и температур.
Однако пока все разработанные учеными модели успешно описывали поведение этой жидкости только для каких-то конкретных диапазонов температуры и давлений.
Кроме того, ранее предполагалось, что ионы движутся вместе с окружающими их молекулами растворителя как единое целое, но эксперимент показал, что это не так: молекулы воды колеблются намного быстрее, чем комплекс ион-вода. Авторы надеются, что эта работа поможет ученым во всех областях, от медицины до хранения энергии — везде, где надо понимать динамику ионов в растворе. Выбор пола ребенка и клонирование людей: что вы думаете по спорным вопросам биоэтики? Пройдите опрос «Газеты. Поделиться: Подписывайтесь на «Газету.
Из-за него насекомые могут ходить по воде, а температура океана остается стабильной.
Каждая молекула воды содержит один атом кислорода и два атома водорода. Сеть водородных связей между положительно заряженными атомами водорода в одной молекуле и отрицательно заряженным атомом кислорода в соседней молекуле держит их вместе. Эта сложная сеть обеспечивает «странные» свойства воды, но до сегодняшнего дня никто не наблюдал напрямую, как молекулы взаимодействуют друг с другом. Возлюби ближнего своего Раньше было сложно наблюдать маленькие и быстрые движения водородных связей. Ученые создали струи воды толщиной в 100 нанометров примерно в 1000 раз тоньше, чем человеческий волос и заставили молекулы вибрировать с помощью лазерного луча.
Вода в нанотрубках приняла квадратную форму
Или так гласит история. Новая статья, опубликованная в Natureпереворачивает эту парадигму и утверждает, что характер многих биологических материалов на самом деле создается водой, которая пропитывает эти материалы. Вода порождает твердое тело и продолжает определять свойства этого твердого тела, сохраняя при этом его жидкие характеристики. В своей статье авторы объединяют эти и другие материалы в новый класс веществ, которые они называют «твердые вещества гидратации», которые, по их словам, «приобретают свою структурную жесткость, определяющую характеристику твердого состояния, благодаря жидкости, пронизывающей их поры». Новое понимание биологической материи может помочь ответить на вопросы, которые годами преследовали ученых.
Однако из-за теплового движения ее ориентация в пространстве меняется случайным образом. При включении внешнего электрического поля вдоль упомянутой выше нанотрубки поведение молекулы воды существенно изменяется. Молекула воды представляет собой электрический диполь: положительно-заряженные атомы водорода уравновешиваются отрицательным кислородом. Находясь в электрическом поле, такие диполи не перемещаются в пространстве поскольку являются электрически-нейтральными , а совершают крутильные колебания вокруг оси совпадающей с направлением действия поля.
Как оказалось, если молекула воды находится внутри фуллерена, она, не совершая колебаний, просто ориентируется под некоторым углом к линиям поля, причем, чем сильнее электрическое поле, тем меньше этот угол. Колебания в данном случае заменяет вращение молекулы воды вокруг оси, совпадающей с линиями магнитного поля. Сам фуллерен, хоть и остается электрически-нейтральным, перемещается вдоль нанотрубки вдоль линий электромагнитного поля. Еще более странно то, что фуллерен начинает движении в обратном направлении, если напряженность электрического поля превышает некий критический порог в 0,065 В на ангстрем. Чтобы разобраться в причинах обнаруженного явления, теоретики сосредоточили свое внимание на молекуле воды.
Поэтому менее плотный лед плавает на поверхности, а не погружается на дно. Водоемы замерзают сверху вниз, и их обитатели выживают. Еще одно необычное свойство воды — высокое поверхностное натяжение.
Из-за него насекомые могут ходить по воде, а температура океана остается стабильной. Каждая молекула воды содержит один атом кислорода и два атома водорода. Сеть водородных связей между положительно заряженными атомами водорода в одной молекуле и отрицательно заряженным атомом кислорода в соседней молекуле держит их вместе.
Учёные провели 14 опытов, доказывающих и проясняющих ряд моментов воздействия света на воду, в ходе которого молекулы воды отрывались от её поверхности и превращались в пар.
Например, ещё в прошлом году было замечено, что наиболее сильное воздействие на эти процессы — на отрыв кластеров молекул воды от её жидкой поверхности — оказывал зелёный свет. В новых опытах учёные изменяли наклон освещения и поляризацию света. Поляризация также оказывала влияние на интенсивность испарения, но этот момент ещё предстоит уточнить. Лабораторные установки исключали всякую передачу тепла пару или воде, обеспечивая освещение светодиодами.