Это заполняющая пространство (CPK) модель молекулы воды.
Вода необычной формы может быть самой распространенной во Вселенной
Комплексы ион-вода колеблются медленно по сравнению с быстро движущимися молекулами воды. Используя данные Стратосферной обсерватории инфракрасной астрономии НАСА (SOFIA), ученые Юго-Западного научно-исследовательского института впервые обнаружили молекулы воды на поверхности астероида. строение молекулы воды скачать с видео в MP4, FLV Вы можете скачать M4A аудио формат. Молекула воды Для объяснения свойств воды необходима картина распределения заряда в ее молекуле. Были предложены разнообразные модели, например, ST2, TIP3P и др., но до сих пор еще не существует единой модели, которая была бы способной удовлетворительно учесть.
Вода | Строение молекулы и структура воды в жидком, твердом и газообразном виде.
молекулы воды 3d PNG, модель, вода, молекулы PNG картинки и пнг PSD рисунок для бесплатной загрузки. 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. уникальное искусство складывания бумаги, которое позволяет создать трехмерную модель молекулы воды. Комплексы ион-вода колеблются медленно по сравнению с быстро движущимися молекулами воды. Катионы и анионы простых электролитов ориентируют молекулы воды как вверх, так и вниз, что полностью противоречит учебным моделям, которые учат, что ионы образуют двойной электрический слой и ориентируют молекулы воды только в одном направлении.
Тех. поддержка
- Квантово-механические свойства воды
- Water Molecule Model - Сток картинки
- Физики доказали способность света испарять молекулы воды - Pro город будущего
- » Сайт о химических элементах
Открыто новое состояние молекулы воды
Ионы в водном растворе обычно окружены четырьмя-шестью молекулами воды, но ученым неясно, движутся ли они как единое целое. Чтобы выяснить это, Алексей Ершоу и его коллеги использовали спектроскопию ядерного магнитного резонанса, которая позволяет определить и визуализировать молекулярные структуры. Помимо этого, авторы воспользовались компьютерным моделированием динамики движения молекул вокруг ионов солей в атомном масштабе. Исследуя соленую воду в широком диапазоне концентраций и температур и объединяя экспериментальные данные и компьютерное моделирование, исследователи обнаружили, что молекулы воды колеблются вокруг ионов NaCl с чрезвычайно высокой скоростью — более триллиона раз в секунду. 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.
Безводные, или сухие, силикатные астероиды формируются вблизи Солнца, в то время как ледяные материалы скапливаются дальше.
Понимание расположения астероидов и их состава позволяет понять, как распределялись и эволюционировали материалы в солнечной туманности с момента ее образования.
Модель молекулы воды из пластилина.
При охлаждении, вопреки логике, вода не сжимается, а расширяется именно поэтому лед имеет свойство плавучести. Холодная вода обладает меньшей сжимаемостью, чем горячая. Более того, при заморозке молекулы воды могут всячески менять свое расположение. Всему этому сложно найти объяснения, причем существующие теории вызывают ожесточенную полемику в научных кругах.
Одна из них была сформулирована почти три десятилетия назад и заключалась в том, что ледяная вода может существовать в двух разных жидких формах, одна из которых обладает менее плотной структурой. Другими словами, существует два вида воды, каждый из которых является отдельной жидкостью. Исследование было недавно опубликовано в журнале Science. В своем исследовании ученые Пабло Дебенедетти и Гюль Х. Зерце из Принстонского университета и Франческо Шортико из Ла Сапиенца в Риме предполагают, что «вторая критическая точка воды» возникает при температурах от минус 83 до минус 100 градусов и при атмосферном давлении почти в 2 000 раз выше, чем давление над уровнем моря.
Ученые впервые увидели процесс, который обеспечивает «странные» свойства воды
Issue 1. An interaction model between a water molecule and magnesium oxide crystal surface is considered. Fragment of the crystal surface is represented by the cluster model, that consists of a finite number of atoms belonging to the surface and the nearest atomic planes. Different cluster models containing from 9 to 24 atoms of magnesium oxide were considered.
It is shown that the distance between the water molecule and the surface in equilibrium point is 3 A. Table 1. Keywords: molecular mechanics, intermolecular interaction potentials, adsorption, metal oxides.
В настоящее время крайне актуальным является изучение взаимодействия систем с большим числом частиц, таких как наноструктуры, молекулы белков и системы, моделирующие процессы в гетерогенном катализе. Клемешев, 2014 параметров, специально калиброванных для различных систем. Указанные выше системы пока еще невозможно рассмотреть строго в рамках квантовой механики с учетом всех видов взаимодействия.
Поэтому большое значение имеют исследование возможности использования методов молекулярной механики и определение границы их применимости. В настоящей работе предложена методика моделирования взаимодействия поверхностного слоя кристаллической структуры оксида магния с адсорбированной молекулой воды в рамках силового поля, учитывающего атом-атомное взаимодействие с помощью модельных полуэмпирических потенциалов. Полученные результаты сравниваются с результатами более точных квантово-механических исследований.
Математическая модель. В молекулярной механике молекула - это изолированная система, состоящая из атомов, совершающих колебания относительно положений равновесия. Атомы представляются в виде материальных точек, обладающих определенными массой и зарядом, которые удерживаются вместе валентными и невалентными взаимодействиями.
Сила, действующая на атом, равна градиенту энергии взаимодействия данного атома со всеми остальными, взятому с обратным знаком.
Подобно снаряду, вылетевший из атома углерода быстрый фотоэлектрон, сообщил этому атому момент импульса. В результате этой отдачи, молекуле была сообщена большая скорость вращения с характерной вращательной температурой, близкой к температуре на поверхности солнца 10 000 K ». Быстрый фотоэлектрон при вылете из атома углерода красный шарик толкает за счет отдачи и приводит к сверхбыстрому вращению молекулы CO. Через 8 fs влетает Оже-электрон. Оже-спектр дает информацию о повороте оси молекулы за время жизни 1s-дырочного состояния 8 fs. Тем самым у нас будут молекулы сверхбыстрого вращения в противоположную сторону. Mы детектировали это вращение, измеряя энергию испущенного Оже-электрона см. Вращение молекулы сдвигает энергию Оже-электрона в сторону увеличения или уменьшения.
Это зависит от направления вращения. Taк как у нас половина молекулы крутится в одну сторону, а другая половина в противоположную сторону, то Оже-резонанс расщепляется на два пика см. Второй ключевой момент работы, по словам Фариса Гельмуханова, заключается «в детектировании этого угла поворота. В качестве такого временного детектора использовался тот самый Оже-электрон, вылетевший через приблизительно 8 фемтосекунд после ионизации. Оказалось, что сверхбыстрый поворот молекулы приводит к зависящему от времени Допплеровскому сдвигу Оже-резонанса и характерной ассиметрии спектральной формы этого резонанса см. Рисунок 3. Варьируя энергию рентгеновского фотона, а, следовательно, и скорость индуцированного вращения, удалось визуализировать динамику этого вращения». Группу теоретиков возглавил профессор Фарис Гельмуханов. Следующий этап исследований был посвящен изучению локальной структуры жидкой воды.
Pезультаты этой работы опубликованы в престижном журнале Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, vol. По словам Фариса Гельмуханова, «общепринято, что вода состоит из молекул Н2О, объединенных в группы так называемыми водородными связями ВС. Часто водородную связь рассматривают как электростатическое взаимодействие, усиленное небольшим размером водорода, которое разрешает близость взаимодействующих диполей. Особенностями водородной связи, по которым её выделяют в отдельный вид, является её не очень высокая прочность, её распространенность и важность, особенно в органических соединения. Для возникновения водородных связей важно, чтобы в молекулах вещества были атомы водорода, связанные с небольшими, но электроотрицательными атомами, например: O, N, F». Суть исследований помог понять профессор Гельмуханов: «Существует две модели жидкой воды.
В статье, опубликованной в журнале Nature Chemistry, исследователи из Кембриджского университета и Института исследования полимеров Макса Планка в Германии показывают, что ионы и молекулы воды на поверхности большинства растворов соленой воды, известных как растворы электролитов, организованы в совершенно иным способом, чем традиционно понимается. Это может привести к улучшению моделей химии атмосферы и другим приложениям. Исследователи задались целью изучить, как на молекулы воды влияет распределение ионов именно в той точке, где встречаются воздух и вода. Традиционно это делалось с помощью метода, называемого генерацией суммарной частоты колебаний VSFG. С помощью этого метода лазерного излучения можно измерять молекулярные колебания непосредственно на этих ключевых границах раздела. Однако, хотя силу сигналов можно измерить, этот метод не позволяет определить, являются ли сигналы положительными или отрицательными, что затрудняло интерпретацию результатов в прошлом.
Лед в этом отношении совершенен. Рисунок 4 - Образование водородных связей между молекулами воды. Сплошные линии - ковалентные связи, точечные - направленные водородные связи. Расчетами установлено, что в любом объеме воды всегда найдется, по крайней мере, одна сплошная цепочка из водородных связей, пронизывающая весь объем. Если представить в виде этого объема мировой океан, то, согласно этого постулата, в нем точно найдется одна гигантская ассоциация молекул воды, опоясывающая земной шар. Известен афоризм И. Ленгмюра: "Океан - одна большая молекула". Сегодня достоверно установлено, что из каждых 10 молекул воды 8 по прежнему окружены соседями. В ходе современных физико-химических исследований были выявлены характерные структурные агрегаты воды, формирующиеся с помощью водородных связей. Для формирования трехмерных структур необходимо, кроме способности молекул создавать водородные связи, выполнение еще двух условий. Этих связей должно быть не менее четырех на одну молекулу и геометрические размеры молекулы не должны противоречить оптимальным направлениям водородных связей. Вода удовлетворяет этим требованиям. Так, нагревая лед мы получаем смесь жидкой воды и кристаллов льда, температура которой останется неизменной до тех пор, пока все кристаллики не расплавятся. Это говорит о том, что подводимое нами тепло будет расходоваться в первую очередь на разрушение водородных связей льда. Структура воды в жидком виде. Жидкость, как известно, отличается от других агрегатных состояний вещества своей текучестью, то есть способностью неограниченно менять форму под действием касательных механических напряжений, сохраняя при этом объем. Жидкость способна течь даже под свей неподвижной поверхностью. Молекулы жидкости не имеют своего строго определенного места, но, все же, им недоступна полная свобода перемещения, как в паре. Структура жидкости есть статистическая закономерность межмолекулярных расстояний и ориентаций, характерных для плотно упакованных систем. Эта теория оказалась верной лишь методологически, многие ее детали на практике не подтвердились. Однако, главное ее достижение - идея о наличии тетраэдрической сетки. В 1951 г. Попл предложил модель воды в виде непрерывной сетки рисунок 5 , отличной от модели Бернала и Фаулера. Отличия заключались в том, что сетка была случайной, связи в ней искривлены и имеют различную длину. Рисунок 5 - Модель жидкой воды Дж. Попл объяснял уплотнение воды при плавлении искривлением связей. Однако, данная модель не могла объяснить нелинейность зависимости свойств воды от температуры и давления. Почти одновременно с идеей Попла возникли кластерные и клатратные модели, которые можно обозначить как "смешанные". Кластерная модель представляла жидкую воду как кластеры из молекул, связанных водородными связями, плавающих в объеме свободных молекул. В группе кластерных моделей выделяется теория Г. Немети и Х. Шераги рисунок 6. Отметим, что в данной модели разрушение одной водородной связи приводит к разрушению всего кластера. Разрушение и образование кластеров происходит постоянно. Рисунок 6 - Кластерная модель Г. Кластерная модель не говорит о расположении молекул в гроздьях, но авторы предполагают наличие отдельных "роев". При этом постулируется тот факт, что большинство молекул должно быть тетракоординировано. Состояние молекул будет определяться количеством водородных связей, которые она образует 0-5. Удар по кластерной теории наносят исследования Г. Стэнли на основе теории перколяции протекания. Стэнли доказывает невозможность существования в воде изолированных кластеров. Клатратная модель говорила о воде как о непрерывной сетке-каркасе связанных молекул, внутри которого содержались пустоты со свободными молекулами. Первую модель клатратного типа предложил О. Самойлов в 1946 году. В ее основе лежало представление о жидкой воде как о испорченной, размытой структуре льда Ih с частичным заполнением полостей мономерами. В процессе движения молекул решетка постоянно перестраивается. Настройкой свойств и концентраций микрофаз, а также параметрами пустот легко можно было объяснить все закономерности свойств воды. Сегодня существует еще много вопросов о воде в метастабильных состояниях, в частности - аморфных. Дальнейшее исследование структуры воды продолжается на основе компьютерного моделирования и численных экспериментов. Сегодня на эту тему опубликовано несколько тысяч работ, среди которых оригинальными являются работы Г. В работах по моделированию воды используется 2 критерия: геометрический и энергетический. Пустоты в воде по результатам моделирования имеют тенденцию объединяться друг с другом, образуя еще более крупные пустоты, как показано на рисунке 7. Рисунок 7 - Размещение пустот в пространстве 3456 молекул при температуре 300К. По результатам компьютерного моделирования структуры воды можно сделать однозначные выводы, что в ней существует трехмерная сетка из молекул, соединенных водородными связями.
Компьютерная модель взаимодействия молекул воды
"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). «Важно отметить, что, в отличие от изолированной молекулы воды с одной энергией взаимодействия О и Н, в жидкости имеется набор (распределение) таких энергий в силу многообразия ближайшего окружения молекулы воды. 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. Трехмерная модель, которая демонстрирует, как молекулы воды выстраиваются в структуры с квадратными сечениями внутри нанотрубок. Полученные с обсерватории SOFIA данные сигнализируют о наличии молекул воды, замеченных на астероидах Ирида и Массалия.
Фото по запросу Модель молекулы воды
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.
Пути решения проблемы нехватки пресной воды Несмотря на предпринимаемые меры по рациональному использованию водных ресурсов и охране окружающей среды, в ряде регионов планеты остро стоит проблема нехватки пресной воды: Опреснение морской воды. Одним из перспективных направлений является опреснение соленых и морских вод с помощью специальных установок на основе обратного осмоса или дистилляции. Этот метод активно применяется в засушливых прибрежных районах например, на Ближнем Востоке , однако требует значительных затрат энергии.
Повторное использование сточных вод. Другое возможное решение - повторное применение очищенных сточных вод для технических нужд.
Как заявили авторы новой научной работы, их результаты приближают понимание свойств воды, которые играют главную функцию в ключевых химических и биологических процессах. Статья опубликована на страницах издания Nature. Также МедиаПоток рассказывал, что обнаружена зародившая клеточную жизнь на Земле молекула.
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. В основу положена феноменологическая модель "растворенного" пара.
Далее предпринимается попытка воспроизвести указанную зависимость и ее подгоночные параметры как результат микромоделирования взаимодействий с участием молекул воды. Молекулы в кластерах мы будем считать плотно упакованными и находящимися на фиксированных расстояниях от ближайших соседей. Формально это соответствует потенциалу типа Ленарда—Джонса с очень большой константой связи. Успешный исход дает возможность применить модель молекулы для изучения взаимодействий с ионами. Результаты численного эксперимента с ионами описываются более простой моделью молекулы воды, представляющей собой электрический диполь, сдвинутый от центра молекулы. Настройка параметров этой модели по результатам численного эксперимента позволяет затем проводить описание в более грубых терминах сплошной среды.
Кристаллы соли приобретают свои кристаллические свойства благодаря ионной связи между ионами натрия и хлорида, металлы, такие как железо или медь, получают свою прочность благодаря металлическим связям между атомами железа или меди, а эластичность каучуков обеспечивается гибкими связями внутри полимеров, из которых состоит каучук. Тот же принцип применим к таким материалам, как грибки, бактерии и древесина. 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.
НАСА сфотографировало пузырь вокруг Солнечной системы и…
- Молекула воды: удивительное строение простого вещества
- Современная модель воды | Контент-платформа
- Сейчас на главной
- Ученые США и Швеции наблюдали взаимодействие между молекулами воды на атомном уровне
- Физики смоделировали на суперкомпьютере водные растворы сахаров / Хабр
Сообщить об опечатке
- Физики построили универсальную модель воды
- Категории статьи
- Модели молекул исследуемых жидкостей
- 21.01.2024. - Открытие молекулы воды противоречит моделям в учебниках
- » Сайт о химических элементах
- Ученые наблюдают за перемещением молекул воды вокруг Луны
Вода | Строение молекулы и структура воды в жидком, твердом и газообразном виде.
| Опровергнута общепризнанная модель поведения молекул воды | Научная работа, описанная в журнале PNAS, рассказывает о том, что свет, попадая в место соприкосновения воздуха и воды, способен расщеплять молекулы H2O и поднимать их в воздух, вызывая испарение без участия сторонних источников тепла. |
| Другие новости | Ученые Юго-Западного исследовательского института заявили об интригующей находке — они обнаружили молекулы воды на поверхности космических камней. |
| Ученые зафиксировали движение молекул воды вокруг ионов соли | Ученые Юго-Западного исследовательского института заявили об интригующей находке — они обнаружили молекулы воды на поверхности космических камней. |
| Открыто новое состояние молекулы воды | Во всех моделях молекулы воды (рис. 6-9) шестой электрон атома кислорода остается свободным, формируя зону отрицательного потенциала на ее поверхности. |
Структура молекул воды и их ассоциатов
| Структура молекул воды и их ассоциатов | уникальное искусство складывания бумаги, которое позволяет создать трехмерную модель молекулы воды. |
| Открыто новое состояние молекулы воды | Модель молекулы воды, предложенная Нильсом Бором, показана на рис. 1.5. |
| Другие новости | 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. |
Молекула воды
молекула воды Строение молекулы воды (рисунок справа). Исследователи из NASA и Немецкого космического агентства DLR впервые обнаружили молекулы воды на поверхности астероидов. Объемная модель молекулы воды.
Модель молекулы воды
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. После включения электрического поля, любое начальное поступательное и вращательное движение в плоскости, перпендикулярной полю, быстро исчезает, так как молекула воды получает стабильную ориентацию. Исследователи предположили, что энергия и импульс этого первоначального движения преобразуется в поступательное движение в направлении поля и вращение вокруг этого направления. Соответственно, линейная скорость перемещения молекулы должна зависеть от ее ориентации на тот момент, когда поле было включено. К сожалению, предложенная теория пока не объясняет обнаруженного изменения направления движения при повышении электрического поля.
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. Новая модель, разработанная группой Сохана, претендует на первое полноценное решение этой проблемы, охватывающее свойства воды от точки фазового перехода газ-жидкость до ее критической точки 374 градуса Цельсия при давлении 218 атмосфер. Ранее в этом году исследователи уже использовали эту модель для описания молекулярной структуры поверхности жидкой воды, соответствующая работа была опубликована в.
Так, нагревая лед мы получаем смесь жидкой воды и кристаллов льда, температура которой останется неизменной до тех пор, пока все кристаллики не расплавятся. Это говорит о том, что подводимое нами тепло будет расходоваться в первую очередь на разрушение водородных связей льда.
Структура воды в жидком виде. Жидкость, как известно, отличается от других агрегатных состояний вещества своей текучестью, то есть способностью неограниченно менять форму под действием касательных механических напряжений, сохраняя при этом объем. Жидкость способна течь даже под свей неподвижной поверхностью. Молекулы жидкости не имеют своего строго определенного места, но, все же, им недоступна полная свобода перемещения, как в паре. Структура жидкости есть статистическая закономерность межмолекулярных расстояний и ориентаций, характерных для плотно упакованных систем. Эта теория оказалась верной лишь методологически, многие ее детали на практике не подтвердились. Однако, главное ее достижение - идея о наличии тетраэдрической сетки. В 1951 г.
Попл предложил модель воды в виде непрерывной сетки рисунок 5 , отличной от модели Бернала и Фаулера. Отличия заключались в том, что сетка была случайной, связи в ней искривлены и имеют различную длину. Рисунок 5 - Модель жидкой воды Дж. Попл объяснял уплотнение воды при плавлении искривлением связей. Однако, данная модель не могла объяснить нелинейность зависимости свойств воды от температуры и давления. Почти одновременно с идеей Попла возникли кластерные и клатратные модели, которые можно обозначить как "смешанные". Кластерная модель представляла жидкую воду как кластеры из молекул, связанных водородными связями, плавающих в объеме свободных молекул. В группе кластерных моделей выделяется теория Г.
Немети и Х. Шераги рисунок 6. Отметим, что в данной модели разрушение одной водородной связи приводит к разрушению всего кластера. Разрушение и образование кластеров происходит постоянно. Рисунок 6 - Кластерная модель Г. Кластерная модель не говорит о расположении молекул в гроздьях, но авторы предполагают наличие отдельных "роев". При этом постулируется тот факт, что большинство молекул должно быть тетракоординировано. Состояние молекул будет определяться количеством водородных связей, которые она образует 0-5.
Удар по кластерной теории наносят исследования Г. Стэнли на основе теории перколяции протекания. Стэнли доказывает невозможность существования в воде изолированных кластеров. Клатратная модель говорила о воде как о непрерывной сетке-каркасе связанных молекул, внутри которого содержались пустоты со свободными молекулами. Первую модель клатратного типа предложил О. Самойлов в 1946 году. В ее основе лежало представление о жидкой воде как о испорченной, размытой структуре льда Ih с частичным заполнением полостей мономерами. В процессе движения молекул решетка постоянно перестраивается.
Настройкой свойств и концентраций микрофаз, а также параметрами пустот легко можно было объяснить все закономерности свойств воды. Сегодня существует еще много вопросов о воде в метастабильных состояниях, в частности - аморфных. Дальнейшее исследование структуры воды продолжается на основе компьютерного моделирования и численных экспериментов. Сегодня на эту тему опубликовано несколько тысяч работ, среди которых оригинальными являются работы Г. В работах по моделированию воды используется 2 критерия: геометрический и энергетический. Пустоты в воде по результатам моделирования имеют тенденцию объединяться друг с другом, образуя еще более крупные пустоты, как показано на рисунке 7. Рисунок 7 - Размещение пустот в пространстве 3456 молекул при температуре 300К. По результатам компьютерного моделирования структуры воды можно сделать однозначные выводы, что в ней существует трехмерная сетка из молекул, соединенных водородными связями.
Сетка структурно и динамически неоднородна, не похожа на структуру кристаллов. Время жизни водородной связи в сетке составляет несколько пикосекунд 10-12 с. На рисунке 8 представлена принципиальная схема эволюции кластера. Рисунок 8 - Эволюция кластеров из молекул воды в рамках модели числового моделирования. Рассмотрим кластерную и клатратную модели строения жидкой воды подробнее. Согласно квантово-химическим расчетам большей устойчивостью обладают линейного "открытого" димера воды, по сравнению с циклическими формами. В случае цикла выгодными являются трех-четырех- и пятичленные образования, в которых водородные связи имеют одинаковое направление. Для шестичленного цикла выгодным становится структура типа "кресло".
Одно из первых изображений формирования циклических кластеров воды приведено на рисунке 9. Рисунок 9 - Формирование циклического кластера воды. Большой вклад в возможность формирования и устойчивость кластеров воды во времени внесли работы Г. Домрачева и Д.
Физики использовали компьютерное моделирование, чтобы объяснить, какие особенности отличают две жидкости на микроскопическом уровне. Они обнаружили, что молекулы воды в жидкости с высокой плотностью образуют структуры, которые считаются «топологически сложными», такие как узел-трилистник похоже на крендель или связь Хопфа напоминает звенья цепи. Напротив, молекулы в жидкости с низкой плотностью в основном образуют простые кольца, и, следовательно, молекулы в жидкости с низкой плотностью не запутаны. Компьютерная модель состояния воды с высокой плотностью. Изображение : Andreas Neophytou et al.
Объемная модель молекулы воды
| Water Molecule Model - Сток картинки | Модель молекулы воды Вода образует водородные связи Благодаря водородным связям вода, являясь жидкостью, обладает аномальными свойствами При нагревании вода сжимается, при замерзании же расширяется, в то время как другие жидкости сжимаются. |
| Ученые США и Швеции наблюдали взаимодействие между молекулами воды на атомном уровне | До сих пор эксперименты с использованием реальных молекул воды для проверки второй критической точки «суперохлаждения» воды не могли дать однозначных доказательств его существования. |