«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.
Ученые наблюдают за перемещением молекул воды вокруг Луны
Трехмерная модель, которая демонстрирует, как молекулы воды выстраиваются в структуры с квадратными сечениями внутри нанотрубок. Рассмотрена модель взаимодействия молекулы воды с кристаллической поверхностью оксида магния. Стоковая иллюстрация: модель молекулы воды, научная или медицинская справка, 3d иллюстрация. Исследователи из Массачусетского технологического института сделали новое открытие: свет может испарять воду без тепла. Ниже представлена подборка изображений, изображающих молекулу воды.
Физики показали, что вода превращается в две жидкости при низких температурах
Но откуда взялась вода на нашей планете? И как она распределена по солнечной системе и за ее пределами? Ответы на эти вопросы могут скрываться на астероидах — древних кусках камня и металла, которые остались после рождения планет. Астероиды — это своего рода космические архивы, которые хранят в себе информацию о том, как выглядела солнечная система в самом начале. Они образовались из солнечной туманности — гигантского облака газа и пыли, которое вращалось вокруг молодого солнца. В зависимости от расстояния до солнца, температура и давление в туманности были разными, и поэтому разные материалы сгущались и склеивались в астероиды. Ближе к солнцу было жарко, и там появлялись сухие астероиды, состоящие из силикатов — минералов, из которых состоит земная кора.
Дальше от солнца было холодно, и там формировались астероиды с большим количеством льда, углерода и других органических веществ. Изучая состав астероидов, мы можем узнать, как вода и другие элементы распределялись по солнечной системе во время ее зарождения.
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.
Даже из свежевыпавшей дождевой воды можно выделить различные минеральные и органические вещества, растворенные в ней до нескольких десятков миллиграммов на литр. В среднем в 1 л океанской воды растворено 34... Общее количество их настолько велико, что, выделенные из воды, они покрыли бы поверхность земного шара слоем стометровой толщины. Солевой состав речных и морских вод различен не только количественно, но и качественно. В пресных водах набор минеральных примесей выглядит иначе. Из газов в пресных и морских водах наиболее широко представлены кислород, азот, углекислый газ, сероводород. Этот ядовитый газ присутствует и в нижних слоях некоторых озер.
В частности, H2O обладает максимальной плотностью при температуре плюс четыре градуса Цельсия. Благодаря этой особенности земные водоемы замерзают не снизу вверх, а сверху вниз, и в них в холодное время года могут обитать живые существа. Многие необычные характеристики воды объясняются тем, что ее молекулы связаны между собой особым типом нековалентных связей, получившем название водородной связи.
Такие связи образуются между атомом водорода, который связан с так называемым электроотрицательным атомом в случае воды - с кислородом , и другим электроотрицательным атомом, находящимся в той же или соседней молекуле. Авторы новой работы проверяли, насколько хорошо модель, описывающая свойства воды только с опорой на водородные связи так называемая электростатическая модель , согласуется с данными экспериментов. Ученые отслеживали такой параметр как распределение протонов в молекулах воды по уровням кинетической энергии.
Выбор пола ребенка и клонирование людей: что вы думаете по спорным вопросам биоэтики? Пройдите опрос «Газеты.
Поделиться: Подписывайтесь на «Газету. Ru» в Дзен и Telegram.
Вода необычной формы может быть самой распространенной во Вселенной
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.
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.
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.
Другое Влияние явной модели растворенного вещества на поведение растворенного вещества в биомолекулярном моделировании также широко изучалось. Было показано, что явные модели воды влияли на специфическую сольватацию и динамику развернутых пептидов, в то время как конформационное поведение и гибкость свернутых пептидов оставались неизменными. Модель MB. Более абстрактная модель, напоминающая логотип Mercedes-Benz , которая воспроизводит некоторые особенности воды в двухмерных системах. Он не используется как таковой для моделирования «реальных» т.
Нас окружают удивительные вещи, которые можно и нужно постоянно изучать. Только тогда мы сможем понять, как устроен мир вокруг нас. Что же еще расскажет нам вода? Продолжаем исследования! Другие новости.
Молекула воды
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.
При этом считается, чтопотенциальная энергия квадратично как и в классическом случае зависит от координат. 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. Поделиться В рамках новой работы исследователи во главе с Владом Соханом Vlad Sokhan из NPL применили для описания молекул воды квантовые осцилляторы Друде - следующую итерацию классической модели, основанной на частице Друде, в которой вместо классических осцилляторов подставлены квантовые. Для учета глобальных эффектов ученые использовали разветвленную сеть водородных связей.
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.
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. После включения электрического поля, любое начальное поступательное и вращательное движение в плоскости, перпендикулярной полю, быстро исчезает, так как молекула воды получает стабильную ориентацию.
Шаг за шагом мы узнаем все больше, пытаясь заглянуть в самую суть вещей. Поэтому пятиклассники обратились к основам и попробовали нарисовать модель молекулы воды в масштабе. На этом ребята не остановились и даже использовали 3D-печать! Моделирование оказалось совсем не простым; от пятого центра требовалось все их внимание и сосредоточенность. Но мы успешно справились с этой задачкой!
Физики построили универсальную модель воды
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. 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!
Оказалось, что благодаря силам Ван-дер-Ваальса между стенками трубок определенного диаметра и молекулами могут появляться необычные конфигурации воды. В результате молекулы выстраиваются в плоскости по четыре штуки, образуя структуру, напоминающую двумерный лед. Однако при диаметре около 8 ангстрем силы Ван-дер-Ваальса со стороны стенок заставляют молекулы воды собираться в определенные квадратные структуры». Подобный «нанотрубный лед» может пригодиться при создании молекулярных машин или в качестве крошечных капилляров, а также для обеспечения доставки строго определенного количества молекул и растворенных в них веществ для медицинских целей, то есть в виде наномасштабного шприца. Понравился материал?
Для этого они применили модифицированный метод генерации суммарной частоты колебаний VSFG. Оказалось, что как катионы положительно заряженные ионы , так и анионы отрицательно заряженные ионы , расположенные в приповерхностном слое, способствует разделению границы раздела на два различных слоя. Ранее считалось, что ионы располагаются на поверхности раствора, создавая электрические поля, которые определяют структуру воды на границе раздела.
Кубик такого льда весил в четыре раза больше обычного. Впервые его существование было предсказано более 30 лет назад, и хотя его до сих пор никогда не видели, ученые считают, что он может быть одним из самых распространенных видов воды во Вселенной. Даже в Солнечной системе большая часть воды , вероятно, находится в форме суперионного льда — в недрах Урана и Нептуна. Ее больше, чем жидкой воды в океанах Земли, Европы и Энцелада. Открытие суперионного льда могло бы решить старые загадки о составе этих «ледяных гигантов». Ученые уже обнаружили восемнадцать изумительных архитектур ледяного кристалла, включая гексагональное расположение молекул воды в обычном льду Ih. Да, «лед-9» на самом деле существует, но его свойства вовсе не такие, как в романе Курта Воннегута «Колыбель для кошки».
Это новый кристалл, но есть в нем одно но. 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.
Другие новости
- РАЗБИЕНИЕ КОКСТЕРА, СИСТЕМЫ КОРНЕЙ И ТАЛАЯ ВОДА | Наука и жизнь
- Вы владелец сайта?
- Опровергнута общепризнанная модель поведения молекул воды |
- Другие новости
- Вы владелец сайта?
GPS спутники нового поколения отправляются в космос
- Физики построили универсальную модель воды
- Интернет-издание о бизнесе, стартапах и IT-технологиях
- Опровергнута самая популярная теория строения воды | Новости СФУ
- GPS спутники нового поколения отправляются в космос
- » Сайт о химических элементах
Ученые зафиксировали движение молекул воды вокруг ионов соли
3d-модель молекулы воды на черном фоне. © Guru3d / Фотобанк Лори. 3d illustration of a water molecule isolated on white background. Трехмерная модель, которая демонстрирует, как молекулы воды выстраиваются в структуры с квадратными сечениями внутри нанотрубок. В результате молекулы воды отталкивают молекулы биологического вещества. Ниже представлена подборка изображений, изображающих молекулу воды. Рис. 1. Модель молекулы талой воды. Используя данные Стратосферной обсерватории инфракрасной астрономии НАСА (SOFIA), ученые Юго-Западного научно-исследовательского института впервые обнаружили молекулы воды на поверхности астероида.
Опровергнута общепризнанная модель поведения молекул воды
Во всех моделях молекулы воды (рис. 6-9) шестой электрон атома кислорода остается свободным, формируя зону отрицательного потенциала на ее поверхности. Ниже представлена подборка изображений, изображающих молекулу воды. Во всех моделях молекулы воды (рис. 6-9) шестой электрон атома кислорода остается свободным, формируя зону отрицательного потенциала на ее поверхности. Ученые Юго-Западного исследовательского института заявили об интригующей находке — они обнаружили молекулы воды на поверхности космических камней.
Продолжается изучение структуры воды
Несмотря на простую химическую формулу, вода — вещество с очень нетривиальными свойствами. Причина этого в том, что молекулы воды связаны друг с другом водородными связями. В жидком состоянии вода представляет собой не просто мешанину молекул, а сложную и динамически меняющуюся сеть из водных кластеров. Каждый отдельный кластер живет очень небольшое время, однако именно поведение кластеров влияет на структуру воды. Свойства и динамика водных кластеров H20 n — предмет активных исследований. В отличие от металлических кластеров с их фиксированной пространственной структурой, водные кластеры размером от нескольких до нескольких десятков молекул даже при температурах ниже комнатной остаются жидкими: у таких кластеров есть много равноправных форм, между которыми они непрерывно перескакивают. Такая особенность водных кластеров отражается и на их электрических свойствах. Как известно уже более полувека, молекула воды — полярна. Положительные и отрицательные заряды в ней слегка смещены друг относительно друга, и в результате она обладает довольно большим дипольным моментом и создает вокруг себя электрическое поле. Если взять очень много молекул например, стакан воды , то дипольные моменты отдельных молекул скомпенсируются, и суммарное электрическое поле исчезнет, в чём нас убеждает и повседневный опыт.
При каком именно числе молекул происходит этот переход?
И вновь учёных ждал сюрприз: оказалось, эта фаза крайне необычна. Она представляет собой сосуществование сразу двух видов упорядочений дипольных моментов молекул воды — сегнетоэлектрического и антисегнетоэлектрического. Это можно представить как стопку чередующихся листов сонаправленных диполей, где диполи в каждой паре соседних листов имеют разнонаправленную ориентацию см. Расчёты также показали, что картина упорядоченных водяных диполей стрелки на рисунке может быть ещё более богатой. Это происходит, например, если молекулы воды заполняют не все поры кристалла, а только часть из них. В таком случае диполи-стрелки в плоскостях-листах группируются в отдельные области — домены.
Эта бурно развивающаяся область обещает создание чрезвычайно эффективных электронных устройств на основе биологических материалов», — считает руководитель работы, заведующий лабораторией терагерцовой спектроскопии МФТИ Борис Горшунов. Схематическое представление упорядоченного состояния электродипольной решётки полярных дипольные моменты обозначены стрелками молекул воды в кристалле кордиерита. Упорядоченное состояние представляет собой сосуществование сегнетоэлектрического красные ab-плоскости и антисегнетоэлектрического синяя bc-плоскость порядков.
Исследователи считают, что этот механизм широко применим в природных водоемах. Это открытие бросает вызов существующим климатическим моделям и открывает путь к инновационным решениям в области чистой воды и энергии.
Необходимы дальнейшие исследования, чтобы полностью понять зависимость от цвета и изучить возможности применения различных материалов.
Модели обретут недостающие контуры и будут соответствовать наблюдениям, а понимать эти процессы не просто важно, а принципиально необходимо, ведь на этом строится климатическая повестка со всеми вытекающими. Наконец, открытие испарения без нагрева — это путь к новым и эффективным опреснителям и технологическим процессам сушки при производстве всего: от продуктов до древесины, бумаги и даже электродов литиевых аккумуляторов. Учёные, кстати, уже начали получать запросы на разработку фотомолекулярных сушилок от тех или иных представителей промышленности. Так что дело может быстро набрать ход.