Nature Chemistry: опровергнута описанная в учебниках организация молекул водыУченые Кембриджского университета и Института исследования полимеров Общества имени Макса Планка в Германии обнаружили, что молекулы воды на поверхности солевого раствора. Первые модели использовали упрощенную физику, продираясь сквозь квантовую природу реальных молекул. 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). 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.
Вода в нанотрубках приняла квадратную форму
| Орбитальная модель молекулы воды (Аркадий Серков) / Проза.ру | В эксперименте Национальной ускорительной лаборатории SLAC в США ученые впервые напрямую наблюдали, как возбужденные атомы водорода в молекуле воды. |
| Опровергнута общепризнанная модель поведения молекул воды | До сих пор эксперименты с использованием реальных молекул воды для проверки второй критической точки «суперохлаждения» воды не могли дать однозначных доказательств его существования. |
| Вода в нанотрубках приняла квадратную форму | В молекуле воды кроме направлений ОН (две наи^ более вытянутые орбиты) выделяют направления орбит двух неподеленных пар электронов атома кислорода (менее вытянутые орбиты), которые расположены в плоскости, перпендикулярной плоскости протонов и. |
Ученые испарили воду светом без использования тепла
Камера фокусировалась на группе из трех молекул воды. Оказалось, когда возбужденная лазером молекула начинает вибрировать, ее атомы водорода притягивают атомы кислорода соседних молекул, а затем отталкивают. Фото: SLAC Исследователи надеются, что этот метод поможет разобраться в квантовой природе водородных связей. Тогда они поймут, что отвечает за «странные» свойства воды. Это важно, ведь ее необычные характеристики играют ключевую роль в химических и биологических процессах.
Молекула воды полярна, то есть один ее конец имеет частичный положительный заряд, а другой - отрицательный.
Это объясняется тем, что две пары электронов в ней - общие у двух атомов водорода и атома кислорода, а две другие пары неподеленных электронов собраны с противоположной стороны кислорода. Поэтому на атомах водорода проявляются частично нескомпенсированные положительные заряды, а на кислороде - отрицательные. Наличие неподеленных пар электронов у кислорода и смещение обобществленных электронных пар обуславливает возникновение водородных связей, что способствует ассоциации молекул воды в группы. Обладая значительным дипольным моментом, молекулы воды также сильно взаимодействуют с полярными молекулами других веществ. Идеально чистую воду практически невозможно получить. По факту, мы всегда будем иметь дело хоть и с очень разбавленными, но растворами.
Если из глубинной океанической воды, отвечающей стандарту SMOW Standard Mean Ocean Water удалить все тяжелые изотопы и заменить их на 1H216O, то масса 1 л такой воды станет меньше на 250 мг, то есть на четверть. Структура воды. Водородные связи. Структура - есть конкретное пространственное расположение атомов, ионов или молекул в соответствии с особенностями их взаимодействия между собой. Существует несколько базовых гипотез строения воды. Основной строительной единицей здесь является дигидроль.
Отметим, что по этой гипотезе пар состоит преимущественно из моногидроля, а лед - из тригидроля. Самойлова, Дж. Попла, Г. Зацепиной XX век. Вода, пар или лед состоят из простых молекул H2O, объединенных в группы или агрегаты с помощью водородных связей Дж. Бернал, Р.
Фаулер 1933. Последователей второй гипотезы значительно больше, поэтому остановимся на ней подробнее. Электронная конфигурация молекулы H2O позволяет ей быть одновременно и донором и акцептором электронов. Этот факт является важной предпосылкой к образованию разветвленной сети водородных связей рисунок 4 , как уже было упомянуто ранее. 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.
Благодаря данному комплексу возможно очищение питьевой воды от микробов. Дарья Волкова.
Вода имеет особый спектр, который можно увидеть в инфракрасном свете. Но есть проблема: земная атмосфера поглощает большую часть инфракрасного света, и поэтому мы не можем увидеть воду на астероидах с земли. SOFIA — это необычный самолет, в котором есть огромный телескоп. Он может летать на высоте до 13,7 километров, где атмосфера уже не мешает наблюдениям. Они сделали удивительное открытие: на двух из них — Ирис и Массалия — они нашли молекулярную воду, то есть воду в виде свободных молекул H2O. Это важно, потому что раньше на астероидах находили только гидроксиль, то есть группу OH, которая может быть привязана к минералам или приклеена к поверхности. Молекулярная вода говорит о том, что на астероидах есть свободная вода, которая может быть заперта или растворена в стекле, образованном при столкновениях. Откуда взялась молекулярная вода на астероидах? Есть несколько возможных объяснений.
Ученые впервые нашли молекулы воды на астероидах
Модель молекулы воды имеет форму треугольника. 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. Строение молекулы воды Самая простая принятая сегодня модель молекулы воды – тетраэдр. 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. Ионы в водном растворе обычно окружены четырьмя-шестью молекулами воды, но ученым неясно, движутся ли они как единое целое. До сих пор эксперименты с использованием реальных молекул воды для проверки второй критической точки «суперохлаждения» воды не могли дать однозначных доказательств его существования.
Орбитальная модель молекулы воды
Если соединить прямыми линиями эпицентры положительных и отрицательных зарядов получится объемная геометрическая фигура - правильный тетраэдр. Но такой тетраэдр — это только самый первый базовый уровень строения воды. Структура молекулы воды: а угловая; б шаровая; в тетраэдрическая Второй уровень химической организации воды определяется возможностью тетраэдров воды образовывать особые связи, названные водородными связями, которые связывают отдельные молекулы друг с другом в ассоциаты. Водородная связь имеет глобальное значение в химии межмолекулярных взаимодействий и обусловлена в основном слабыми электростатическими силами и воздействиями.
Она возникает при взаимодействии обедненного электронами атома водорода одной молекулы воды с неподеленной электронной парой атома кислорода соседней молекулы воды. Образование водородной связи Водородная связь намного слабее ковалентной связи, тем не менее играет очень важную роль во внутри - межмолекулярных взаимодействиях. Водородные связи во многом обусловливают аномальные физические свойства воды.
Исходя из этого, следует предположить, что внутри воды должны быть пустоты, где нет молекул Н2О, то есть воде присуща особая структура. Это принципиальное открытие было сделано английским физиком Берналом. С тех пор в этой области проведено множество исследований, но полной ясности в этом вопросе еще нет.
Отличительная черта водородной связи — сравнительно низкая прочность, ее энергия в 5—10 раз ниже, чем энергия химической связи. По энергии она занимает промежуточное положение между химическими связями и Ван-дер-ваальсовыми взаимодействиями, теми, что удерживают молекулы в твердой или жидкой фазе. Поскольку каждая молекула воды имеет четыре центра образования водородной связи две неподелённые электронные пары у атома кислорода и два атома водорода , то каждая молекула воды способна образовывать водородные связи с четырьмя молекулами воды, образуя ажурный сетчатый каркас в молекуле льда.
Заказать работы Рис. Каждая молекула воды способно образовывать водородные связи с четырьмя соседними молекулами В кристаллической структуре льда каждая молекула участвует в 4 водородных связях, направленных к вершинам тетраэдра. В центре этого тетраэдра находится атом кислорода, в двух вершинах — по атому водорода, электроны которых задействованы в образовании ковалентной связи с кислородом.
Две оставшиеся вершины занимают пары валентных электронов кислорода, которые не участвуют в образовании внутримолекулярных связей. Водородные связи в кристаллической решётке льда В отличие от льда, в жидкой воде водородные связи легко разрушаются и быстро восстанавливаются, что делает структуру воды исключительно изменчивой. Именно благодаря этим связям в отдельных микрообъемах воды непрерывно возникают своеобразные ассоциаты воды - её структурные элементы.
Всё это приводит к неоднородности в структуре воды. Первым идею о том, что вода неоднородна по своей структуре, высказал Уайтинг в 1884 году. Когда в 20-е годы определили структуру льда, оказалось, что молекулы воды в кристаллическом состоянии образуют трёхмерную непрерывную сетку, в которой каждая молекула имеет четырёх ближайших соседей, расположенных в вершинах правильного тетраэдра.
В 1933 году Дж. Бернал и П. Фаулер предположили, что подобная сетка существует и в жидкой воде.
Поскольку вода плотнее льда, они считали, что молекулы в ней расположены не так, как во льду, то есть подобно атомам кремния в минерале тридимите, а так, как атомы кремния в более плотной модификации кремнезёма — кварце. Таким образом, модель Бернала — Фаулера сохранила элемент двухструктурности, но главное их достижение — идея непрерывной тетраэдрической сетки. Тогда появился знаменитый афоризм И.
Открыть мини-сайт на портале Pandia для ведения проекта. PR, контент-маркетинг, блог компании, образовательный, персональный мини-сайт.
Вязкость воды обусловлена тем, что водородные связи мешают молекулам воды двигаться с разными скоростями. 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. Тенденция каждой молекулы воды к окружению четырьмя ближайшими молекулами и к образованию с ними водородных связей сохраняется и в жидкости, исследования показали, что в воде сохраняется ближняя упорядоченность, свойственная структуре льда. Свойственное среднее расположение ближайших молекул ведет к очень рыхлой, ажурной структуре. Именно с этим связаны аномалии воды. 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.
Поделиться статьей в соц.
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.
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.
Ученые впервые нашли молекулы воды на астероидах
Используя данные Стратосферной обсерватории инфракрасной астрономии НАСА (SOFIA), ученые Юго-Западного научно-исследовательского института впервые обнаружили молекулы воды на поверхности астероида. 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. молекула воды Строение молекулы воды (рисунок справа). Ученые Юго-Западного исследовательского института заявили об интригующей находке — они обнаружили молекулы воды на поверхности космических камней. Последние состоят из 912 молекул воды, которые по модели Зенина практически не способны к взаимодействию за счет образования водородных связей.
Объемная модель молекулы воды
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. Каждая молекула воды является миниатюрным диполем с высоким дипольным моментом. Ищите и загружайте самые популярные фото Модель молекулы воды на Freepik Бесплатное коммерческое использование Качественная графика Более 62 миллионов стоковых фото.