Первые модели использовали упрощенную физику, продираясь сквозь квантовую природу реальных молекул. 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. Модель водного раствора сахарозы с массовой долей 30%, включающей 12 молекул сахарозы и 532 молекулы воды, использованная для расчётов на суперкомпьютере.
Молекула воды: удивительное строение простого вещества
Water molecule (молекула воды) - Download Free 3D. В расчетах использовались две наиболее распространенные в настоящее время модели воды: трехцентровая SPC/E и четырехцентровая TIP4P. Они создали слои воды толщиной 100 нм и заставили молекулы вибрировать с помощью инфракрасного лазера, а затем разрушали их короткими импульсами высокоэнергетических электронов от SLAC MeV-UED.
Water Molecule Model - Сток картинки
Эта вода более распространена в более высоких широтах и имеет тенденцию перемещаться, когда поверхность нагревается. Молекулы воды остаются тесно связанными с реголитом до тех пор, пока температура поверхности не достигнет пика около лунного полудня. Затем молекулы термически десорбируются и могут переместиться в соседнее место, достаточно холодное для того, чтобы молекула «прилипла» или населяла чрезвычайно разреженную атмосферу или экзосферу Луны, пока температура не упадет, и молекулы не вернутся на поверхность.
Вам нравятся Cults и вы хотите помочь нам продолжить наш путь самостоятельно? Обратите внимание, что мы — маленькая команда из 3 человек, поэтому поддержать нас в поддержании деятельности и создании будущих разработок очень просто. Обмен и загрузка на Cults3D гарантирует, что дизайны остаются в руках сообщества создателей!
Ученые проанализировали поверхность четырех богатых силикатами космических тел с помощью прибора FORCAST и выделили на двух из них — Ирис и Массалия — спектральные сигнатуры в среднем инфракрасном диапазоне, указывающие на наличие молекулярной воды. Особый интерес представляет распределение воды на астероидах, поскольку это может пролить свет на то, как вода была доставлена на Землю, — говорит ведущий автор исследования Анисия Арредондо.
Но так ли это? Эксперимент с жидкой водой показывает расщепление этого резонанса на два пика. В научной литературе часть ученых приписывает этот дублет двум вышеупомянутым структурным мотивам. Из этого делаются далеко идущие заключения о локальной структуре и критических свойствах воды. Как заверил профессор Гельмуханов, «эксперименты привели к неожиданному результату и показали, что точно такое же расщепление присутствует в рентгеновских спектрах рассеяний молекул воды в газовой фазе, где очевидно водородная связь отсутствует и вопрос о легкой и тяжелой фракциях не возникает. Более того, выполненные теоретические расчёты однозначно объясняют данное расщепление сверхбыстрой диссоциациeй молекулы воды в 1s-дырочном состоянии. Таким образом, данное исследование, однозначно свидетельствуя о динамической природе расщепления 1b1 резонанса, опровергает структурный механизм, тем самым свидетельствуя, что структура воды однородна». Левая панель показывает распределение молекул воды в жидкой фазе. Средняя врезка показывает процесс неупругого рассеяния молекулой воды, а правый рисунок показывает колебательную d-структуру в PHPPИ спектре. Вторым не менее важным результатом данной работы, по словам российского ученого, является «извлечение из эксперимента более детальной структурной информации, а именно, как влияет водороднaя связь ВС на силу OH связи. Колебательная инфракрасная ИК спектроскопия является общепринятым инструментом для исследования ВС в жидкостях. Спектроскопия PHPPИ воды качественно отличается от ИК спектроскопии тем, что при возбуждении рентгеновским фотоном глубокого 1s электрона кислорода на первую незанятую молекулярную орбиту, молекула воды быстро диссоциирует. В процессе этой сверхбыстрой диссоциации возбуждённый электрон переходит обратно на 1s уровень, испуская рентгеновский фотон. Частота испущенного фотона отличается от возбуждающего фотона, так как при этом переходе заселяются более высокие колебательные уровни см. Чем выше колебательное состояние см. Итак, «PHPPИ даёт уникальную возможность исследовать ВС, а именно, извлечь из экспериментального спектра количественную информацию o влиянии соседних молекул через ВС на потенциал взаимодействия OH связи. Важно отметить, что в отличие от изолированной молекулы воды с одним OH потенциалом, в жидкости имеется набор распределение OH потенциалов в силу флуктуирующего многообразия ближайшего окружения молекулы воды. В этой многоаспектной работе по изучению структуры жидкой воды участвовало две группы: теоретики и экспериментаторы. Группу теоретиков возглавлял профессор Фарис Гельмуханов. Сюда вошли специалисты из разных научных учреждений, в частности, из Королевского технологического института Стокгольм , Стокгольмского университета и российские ученые Сибирского федерального университета доктор Сергей Полютов и аспирантка Нина Игнатова. Важно, что вторая практическая работа, выводы которой обнародованы в Proceedings of the National Academy ofSciences of the United States of America, vol. Поэтому мы измеряем на нем, чтобы увидеть в PHPPИ-спектре колебательную структуру воды в жидкой фазе, связанную с колебаниями OH-связи в молекуле воды». Итогом длительной работы ученых стало обнаружение нового физического эффекта — Динамического вращательного эффекта Допплера, а также детальное исследование роли структуры и ядерной динамики на рентеновские спектры паров воды, жидкой воды и льда.
Запутывание, которое можно наблюдать в других жидкостях
- Химическое строение и свойства
- Активированная вода
- Физики доказали способность света испарять молекулы воды
- Читать дальше
- Вода на астероидах: как ученые впервые нашли молекулы воды на древних космических телах
- Квантово-механические свойства воды - Вода Квантовая механика Молекула
Ученые впервые обнаружили молекулы воды на астероидах
Использование произведений из фотобанка возможно только после их покупки. Любое иное использование в том числе в некоммерческих целях и со ссылкой на фотобанк запрещено и преследуется по закону.
В настоящее время электрохимически активированную воду рекомендуют применять при лечении более 35 недугов: хронический I епатит, диабет, аденома простаты, пиелонефрит, цистит, артриты и артрозы, аллергодерматит, язва желудка, гастриты и колиты, трофические язвы, гнойные раны, старческие переломы, пролежни, ожоги, пародонтиты и другие. Активированные растворы обладают целым рядом свойств, которые делают эффективным использование анолитов и католитов при лечении многих заболеваний: анолит уничтожает бактерии и многие вирусы, грибковую флору, обладает противовоспалительным, антиаллергическим и противоотечным действиями. Католит обладает иммуностимулирующими и антиоксидантными свойствами, ускоряет заживление тканей репаративные свойства , при введении определенных минералов - помогает при диабете, гипертонии, остеопорозе и других заболеваниях. И главное: механизм действия активированных растворов имеет принципиально новый уровень - не химический, как привычные лекарственные средства, а электрохимический, более соответствующий окислительно-восстановительным реакциям, постоянно протекающим в живом организме. Эта вода совершенно не опасна как для внешнего, так и для внутреннего применения. Это еще в 1988 г.
Такая вода сохраняет свои свойства 1 -2 недели при условии хранения в закрытых сосудах. Анолит обладает антисептическими, антиал-лергическими, противовоспалительными, противозудными, противоотечными свойствами. Его используют для дезинфекции в лечебных учреждениях, им можно дезинфицировать воду, лечить тонзиллит, он обладает антиаллергическими свойствами и эффективен при лечении экземы, нейродермитов, аллерго-дерматитов имеются экспериментальные и клинические исследования, подтверждающие эффективность анолита в каждом из перечисленных случаев. Анолит, или мертвая вода: антисептик, дезинфектант, оказывает местное лечебное воздействие. Это значит, что он действует на бактерию или очаг воспаления только при непосредственном контакте. Поэтому при тонзиллите им полощут горло, при кожных заболеваниях делают примочки, а при сальмонеллезе пьют. При воспалении легких или других заболеваниях, где невозможен непосредственный контакт, анолит не помогает. Согласно данным С.
Ашбах в результате специальных исследовании было установлено, что 1 мл анолита в течение 1 минуты уничтожает 1 миллион бактерий любого из ниже перечисленных видов Группа стафилококков. У большинства людей стафилококки могут обитать на коже и слизистых оболочках носа или глотки, не вызывая заболеваний. При ослабленной иммунной системе стафилококки становятся возбудителями пневмоний, инфекций кожи и мягких тканей, костей и суставов. Стафилококки легко приобретают устойчивость ко многим препаратам, что создает большие трудности при лечении больных. Стафилококк золотистый S. Способен поражать практически люоые ткани человека. 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.
Однако в некоторых случаях, например для полива, годится и техническая вода. Качество воды Качество воды определяется содержанием в ней различных примесей - растворенных солей, органических соединений, взвесей. В зависимости от назначения предъявляются разные требования: Питьевая вода. 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.
Структуру молекулы воды с полным набором электронов назовем первой моделью рис. Существуют возможности формирования молекулы воды не с десятью, а с восемью электронами рис. Такую модель назовем второй. Схема второй разряженной модели молекулы воды Главные различия между первой рис. Когда спаренные электроны расположены только на одном конце оси атома кислорода, то такую модель назовем третьей рис.
Схема третьей полу заряженной модели молекулы воды Если гипотеза о разном количестве электронов в молекулах воды подтвердится, то этот факт окажется решающим при получении избыточной энергии при электролизе воды. Он определит причину положительных и отрицательных результатов многочисленных экспериментов, которые ставились для проверки факта существования дополнительной энергии при электролизе воды и явлениях её кавитации.
Молекула воды: удивительное строение простого вещества
Модель молекулы воды, предложенная Нильсом Бором, показана на рис. Свойства воды в основном зависят от величины водородных связей. Из-за большой разности электроотрицательностей атомов водорода и кислорода электронные облака сильно смещены в сторону кислорода. По этой причине, а также из-за того, что ион водорода не имеет внутренних электронных слоев и обладает малыми размерами, он может проникать в электронную оболочку отрицательно поляризованного атома соседней молекулы.
Благодаря чему, каждый атом кислорода притягивается к атомам водорода других молекул и наоборот. Каждая молекула воды может участвовать максимум в четырёх водородных связях: два атома водорода - каждый в одной, а атом кислорода - в двух; в таком состоянии молекулы находятся в кристалле льда. Строение молекулы воды [1] а - угол между связями O-H; б - расположение полюсов заряда; в - внешний вид электронного облака молекулы воды При испарении рвутся все оставшиеся связи.
Коллоиды — это частицы, которые могут быть в тысячу раз больше, чем одна молекула воды; в результате они движутся медленнее и поэтому часто используются для наблюдения и понимания физических явлений, происходящих в атомном и молекулярном масштабах. Запутывание, которое можно наблюдать в других жидкостях Они обнаружили, что молекулы воды в жидкости высокой плотности образуют соединения, которые считаются "топологически сложными", например, в форме кренделя или двух звеньев стальной цепи звено Хопфа. В этом случае говорят, что молекулы жидкости высокой плотности запутаны. В отличие от этого, молекулы жидкости низкой плотности образуют в основном одиночные кольца и поэтому не запутываются. Таким образом, недавно обнаруженный фазовый переход жидкость-жидкость LLPT представляет собой переход от "неспутанных" молекулярных сетей к "запутанным" сетям, состоящим из набора топологически сложных узоров. Это как если бы молекулы воды при очень низких температурах скручивались в узлы и не превращались в лед.
Я уверен, что эта работа вдохновит на новое теоретическое моделирование, основанное на топологических концепциях", — резюмирует профессор Франческо Сциортино из Римского университета "Ла Сапиенца", принимавший участие в этом исследовании.
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!
Во многом благодаря диэлектрической проницаемости, вода проявляет себя как универсальный растворитель. Ее растворяющему действию в той или иной мере подвластны и твердые тела, и жидкости, и газы. Постоянно соприкасаясь со всевозможными веществами, вода фактически всегда представляет собой раствор различного, зачастую очень сложного состава.
Вода на самом деле очень странная по сравнению с другими жидкостями. В жидком состоянии она состоит из набора молекул воды H2O , удерживаемых вместе водородными связями. В зависимости от температуры и давления водяной лед может принимать не менее 16 различных кристаллических форм. Переохлаждение — это особо нестабильное состояние, при котором вода остается в жидкой фазе, когда ее температура ниже точки застывания. В этот момент молекулярная структура воды изменяется, образуя набор тетраэдров каждая молекула воды связана с четырьмя другими. Новый тип фазового перехода, объясняющий такое поведение, был впервые предложен 30 лет назад в исследовании ученых из Бостонского университета. В новом исследовании представлены доказательства существования фазового перехода жидкость-жидкость, происходящего в условиях переохлаждения.
Вода в нанотрубках приняла квадратную форму
Расчеты показали, что молекула воды даже при температуре в 300 градусов по Кельвину постоянно находится в центре молекулы фуллерена. Исследователи из NASA и Немецкого космического агентства DLR впервые обнаружили молекулы воды на поверхности астероидов. это в два раза больше, чем в модели Зенина. В результате молекулы воды отталкивают молекулы биологического вещества. Ученые Юго-Западного исследовательского института заявили об интригующей находке — они обнаружили молекулы воды на поверхности космических камней. Ученые создали струи воды толщиной в 100 нанометров (примерно в 1000 раз тоньше, чем человеческий волос) и заставили молекулы вибрировать с помощью лазерного луча.
Загадка молекулярной структуры воды
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.
Вместо этого они полагались на приближения, что повышало вероятность того, что весь этот сценарий окажется миражом в симуляции. Эксперименты, между тем, не могли создать необходимое давление и произвести достаточно тепла, чтобы расплавить это прочное вещество. И когда все уже забросили эту затею, планетологи высказали собственные подозрения, что у воды может быть суперионная фаза льда. Примерно в то же время, когда эта фаза была впервые предсказана, зонд «Вояджер-2» отправился во внешнюю солнечную систему и обнаружил что-то странное в магнитных полях ледяных гигантов Урана и Нептуна.
Поля вокруг других планет Солнечной системы, по-видимому, состоят из строго определенных северного и южного полюса, без особой другой структуры. Похоже на то, как будто в них находятся стержневые магниты, выровненные по осям вращения. Планетологи связывают это с «динамо»: внутренними областями, где проводящие жидкости поднимаются и вращаются по мере вращения планеты, создавая огромные магнитные поля. Напротив, магнитные поля, исходящие от Урана и Нептуна, выглядели более громоздкими и сложными, с более чем двумя полюсами.
Они также не выравнивались близко к вращению своих планет. Один из способов добиться такого состоит в том, чтобы каким-то образом ограничить проводящую жидкость, ответственную за динамо, лишь тонкой внешней оболочкой планеты, вместо того, чтобы позволить ей проникнуть внутрь ядра. Но идея о том, что эти планеты могут иметь твердые ядра, не способные генерировать динамо, не казалась реалистичной.
Они увидели, как атомы водорода в молекулах воды взаимодействуют с соседними молекулами при возбуждении лазерным светом. Об этом написал сайт NEWS. Ранее ученые не могли наблюдать за эффектами, которые возникают при взаимодействии молекул воды со своими соседями на атомном уровне.
Гениальный Кеплер предвидел важную роль, которую будут играть ромбовидные тела в пространстве. Он писал: "Все пространство можно заполнить правильными ромбическими телами так, что одна и та же точка будет служить вершинами четырех пространственных углов с тремя ребрами, а также шести пространственных углов с четырьмя ребрами". Вернемся к плоским ромбам Кеплера. Ромб, изображенный на рис.
Отсюда следует, что правильный шестиугольник можно разбить на шесть правильных треугольников Кокстера рис. В работе А. Феликсона [4] многогранники, которые допускают кокстеровское разбиение, называются квазикокстеровскими. От всех подобных разбиений конечных фигур мы можем перейти к разбиениям всей плоскости. Вершины многоугольников разбиения образуют решетку. Если представить, что в вершинах такой решетки находятся атомы, то мы получим модель кристалла. Еще в 1848 году бывший бравый моряк О. Браве перечислил все типы решеток на плоскости и в пространстве, которые обладают неправильными симметриями. Так, на плоскости есть решетки пяти типов: общая, прямоугольная, ромбическая, квадратная и шестиугольная. Многоугольники, которые разбивают всю плоскость, показаны на рис.
На таких разбиениях основана вся современная кристаллография. У читателя может возникнуть вопрос: "А почему нельзя рассматривать разбиения плоскости и пространства на многоугольники многогранники разных типов? Пенроуз был одним из первых, кто рассматривал подобные разбиения. В этой связи и в связи с теорией, развиваемой А. Феликсоном, возникает вопрос об обобщении понятия разбиения Кокстера. 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.
При оценке размеров молекулы воды необходимо учитывать не только реальную поверхность атомов кислорода и водорода, но также радиус поверхности вращения 204 пм, определяемый выступами атомов водорода.
На положение поверхности вращения влияет также расположение центра масс, относительно которого происходит вращение молекулы. Он несколько сдвинут в сторону атомов водорода. Адекватность представленной модели молекулы воды также подтверждается данными по её динамике. Для воды характерны три частоты поглощения в инфракрасной области 1595, 3657 и 3756 см-1.
Анализируя представленную на рис. Излучение с частотой 1595 см-1 возможно обусловлено орбитальным движением самой молекулы воды в ассоциате, который по литературным данным [1] состоит из 4-х молекул. Выполним оценочный расчёт для проверки выдвинутых предположений. Полученная величина весьма близка к справочным значениям 3657 и 3756 см-1, так что действительно можно полагать, что атомы водорода в молекуле воды обращаются по экваториальной орбите, отстоящей от ядра атома кислорода на 96 пм.
Небольшое отличие между значениями справочных величин между собой, видимо, вызвано некоторыми различиями радиусов, угла наклона или эксцентриситета орбит.
НАСА сфотографировало пузырь вокруг Солнечной системы и…
- Две более или менее плотные жидкие формы
- Физики построили универсальную модель воды
- РАЗБИЕНИЕ КОКСТЕРА, СИСТЕМЫ КОРНЕЙ И ТАЛАЯ ВОДА | Наука и жизнь
- Вода в нанотрубках приняла квадратную форму
- Вода на астероидах: как ученые впервые нашли молекулы воды на древних космических телах
- Сейчас на главной
В исследовании использовали высокоточную электронную камеру
- История изучения молекулы воды
- В исследовании использовали высокоточную электронную камеру
- Орбитальная модель молекулы воды
- Модель молекулы воды
- Опровергнута общепризнанная модель поведения молекул воды
- Структура молекул воды и их ассоциатов
Ученые зафиксировали движение молекул воды вокруг ионов соли
| Открыто новое состояние молекулы воды | Каждая молекула воды является миниатюрным диполем с высоким дипольным моментом. |
| Строение Молекулы Воды скачать с mp4 mp3 flv | Во всех моделях молекулы воды (рис. 6-9) шестой электрон атома кислорода остается свободным, формируя зону отрицательного потенциала на ее поверхности. |
| Ученые научились управлять фуллереном при помощи одной молекулы воды | Ионы способствуют возникновению двух приповерхностных слоев, что влияет на ориентацию молекул воды. |
Загадка молекулярной структуры воды
| Ученые впервые обнаружили молекулы воды на астероидах | Расчеты показали, что молекула воды даже при температуре в 300 градусов по Кельвину постоянно находится в центре молекулы фуллерена. |
| Загадка молекулярной структуры воды | Исследователи из NASA и Немецкого космического агентства DLR впервые обнаружили молекулы воды на поверхности астероидов. |
| Ученые впервые обнаружили молекулы воды на астероидах | Поэтому пятиклассники обратились к основам и попробовали нарисовать модель молекулы воды в масштабе. |
| Ученые из Великобритании получили необычные молекулы воды | Комплексы ион-вода колеблются медленно по сравнению с быстро движущимися молекулами воды. |
| Вода необычной формы может быть самой распространенной во Вселенной - | В работе выяснены характерные особенности в строении воды для объяснения ее свойств; созданы и проверены компьютерные модели молекулы воды; сделан вывод: молекулы воды образуют определенные структуры, основанные на наличии водородных связей. |
Опровергнута общепризнанная модель поведения молекул воды
это в два раза больше, чем в модели Зенина. 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. В большинстве моделей воды с четырьмя участками используется расстояние ОН и угол НОН, совпадающие с таковыми для свободной молекулы воды. В предыдущих работах рассматривались отдельные модельные молекулы, в настоящей работе рассмотрено движение трех молекул воды, помещенных внутрь фуллерена. 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.
Обнаружено новое фазовое состояние нанолокализованной воды
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. Рисунок 22 - Фрагмент фазовой диаграммы воды. Джоном получены первые результаты по рентгеноструктурному исследованию льда. Джон отметил, что лед собран из прямых треугольных призм. Деннисон уточняет это предположение.
Брэгг в статье "Кристаллическая структура льда" пытается выяснить причины возможных ошибок при расшифровке положений ядер кислорода. Он убежден, что ни Джон, ни Деннисон не смогли найти истинного расположения ядер кислорода в структуре льда. Брэгг сделал важное замечание: каждый атом кислорода в структуре льда должен быть окружен четырьмя другими. Атом же водорода располагается между двумя кислородами как бусинки на нитке. При этом, что важно, бусинки сдвинуты, смещены, относительно центра льда.
Варне обнаружил, что молекулы во льду полностью ионизированы, а каждый водород находится на равном расстоянии между двумя соседними ядрами кислорода. Он заявил о трехмерности каркаса льда, который должен иметь форму тетраэдра. В нем каждый атом кислорода окружен еще четырьмя, т.
Учёные из МФТИ построили достоверную модель, позволяющую с приемлемой точностью прогнозировать уравнение состояния и коэффициенты переноса растворов сахаров. В атомистическом моделировании многое завязано на взаимодействии между атомами системы. Для расчётов жидкостей часто применяются потенциалы межатомного взаимодействия. Создание потенциалов — отдельное искусство: при разработке авторы ориентируются на квантово-механические расчёты, потом проверяют, насколько хорошо модель воспроизводит экспериментальные данные.
Оказалось, что популярные потенциалы плохо подходят для описания динамических свойств водных растворов простых сахаров, таких как сахароза и глюкоза. Владимир Дещеня, магистрант МФТИ, сотрудник лаборатории многомасштабного моделирования в физике мягкой материи МФТИ, рассказывает: «Для исследования различных физических систем всё чаще применяются методы суперкомпьютерного моделирования. Точность достигаемых результатов при этом напрямую зависит от потенциала межатомного взаимодействия, который получается при помощи квантово-механических расчётов и экспериментов. Опираясь на последние улучшения различных потенциалов, описывающих взаимодействия атомов в жидкостях, мы подобрали подходящий для описания свойств раствора сахарозы в воде. Таким образом мы получили достоверную модель раствора».
Наличие этих фаз можно обнаружить при помощи резонансного неупругого рассеяния рентгеновских фотонов водой. При этом виден переход, в котором электрон с занятой молекулярной орбитали заполняет дырку, на месте которой был выбитый ранее фотоном электрон.
Эксперимент с жидкой водой показывает расщепление резонанса на два пика. В научной литературе получившийся дублет приписывается кластерам лёгкого и тяжёлого типов. Чтобы пролить свет на эту фундаментальную проблему, авторы работы провели эксперимент с парами воды, где нет водородных связей. В ходе исследования они измерили спектр резонансного неупругого рассеяния изолированной молекулы. Эксперименты привели к неожиданному результату и показали, что точно такое же расщепление резонанса на два пика присутствует в рентгеновских спектрах рассеяний молекул воды в газовой фазе. Таким образом, исследование свидетельствует о динамической природе расщепления резонанса и опровергает структурный механизм, тем самым демонстрируя, что структура воды однородна. Второй не менее важный результат этой работы — получение детальной структурной информации о том, как влияют водородные связи на силу OH-связи.
Колебательная инфракрасная ИК спектроскопия — общепринятый инструмент для исследования водородных связей в жидкостях.
Почти шарообразная молекула воды имеет заметно выраженную полярность, так как электрические заряды в ней расположены асимметрично. Каждая молекула является миниатюрным диполем с высоким дипольным моментом. Полярность молекул, наличие в них частично нескомпенсированных электрических зарядов создает группировки молекул - ассоциаты. Полностью соответствует формуле Н2O лишь вода, находящаяся в парообразном состоянии.
Все остальные молекулы объединены в ассоциаты различной степени сложности, и их состав описывается общей формулой [Н2O]x. Причиной образования ассоциатов являются водородные связи. Они возникают между ядрами водорода одних молекул и электронными «сгущениями» у ядер кислорода других молекул воды.
Открыто новое состояние молекулы воды
| Компьютерная модель взаимодействия молекул воды | В предыдущих работах рассматривались отдельные модельные молекулы, в настоящей работе рассмотрено движение трех молекул воды, помещенных внутрь фуллерена. |
| Современная модель воды | Ниже представлена подборка изображений, изображающих молекулу воды. |
| Ученые зафиксировали движение молекул воды вокруг ионов соли - INVOLTA TECHNOLOGIES | 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). |
| Фото и Изображения - Молекула воды | Исследователи из Массачусетского технологического института сделали новое открытие: свет может испарять воду без тепла. |