В расчетах использовались две наиболее распространенные в настоящее время модели воды: трехцентровая SPC/E и четырехцентровая TIP4P. «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. H2o или молекула воды внутри клетки фуллерен c60. РИА Новости, 26.08.2021. Используя данные Стратосферной обсерватории инфракрасной астрономии НАСА (SOFIA), ученые Юго-Западного научно-исследовательского института впервые обнаружили молекулы воды на поверхности астероида.
Физики записали, как молекулы воды движутся вокруг ионов соли
| Исследование подтверждает, что вода может принимать две различные жидкие формы | | 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. |
| Ученые впервые нашли молекулы воды на астероидах - Hi-Tech | H2o или молекула воды внутри клетки фуллерен c60. |
Молекула воды
Соответствующая сила определяется выражением: 2. Как часть молекулярного проектирования отрицательный заряд из сайта О был смещен на небольшую величину в сайт М, введенный именно с этой целью. Перейдем к безразмерным МД единицам измерения, удобным для решения задачи. Определим единицу измерения расстояния как имеющую значение , удовлетворяющее равенству , откуда. Единица измерения энергии.
За единицу измерения массы выбираем массу молекулы воды г. Также определим безразмерные единицы измерения заряда, в которых. Поскольку единица измерения энергии соответствует К, то типичная температура 298К равна 3. Использовавшийся временной шаг имел значение , в размерных единицах это составляет с.
Приведем безразмерные и размерные значения сил, использовавшихся в моделированиях.
Эксперименты, проведенные исследовательской группой из Университета Южной Калифорнии , положили конец разногласиям. Их результаты, опубликованные в недавней статье R. Moro et al. Впечатляет эксперимент, позволивший прийти к такому выводу. Герметичный сосуд с водой помещался в вакуумную камеру и из него через очень узкое отверстие вода испарялась наружу, в вакуум. Отверстие имело форму миниатюрного реактивного сопла , и, выходя через него, струйка пара разгонялась до сверхзвуковой скорости. Такая схема испарения, избегающая нагрева, позволяет получить пар, состоящий не только из отдельных молекул воды, но и из разнообразных водных кластеров.
Струйка пара проходила через камеру метровой длины с неоднородным электрическим полем, слегка отклонялась в электрическом поле, а затем попадала в масс-спектрограф, который расщеплял ее на несколько отдельных пучков в соответствии с количеством молекул в кластере. По отклонению струйки в электрическом поле и измерялся дипольный момент кластеров. Непосредственное измерение дипольного момента кластеров разного размера уже само по себе имеет большое значение для понимания структуры воды. Действительно, получается, что когда кластеры воды «складываются» в сплошную среду, они чувствуют друг друга не только через непосредственный контакт, но и через электрическое взаимодействие диполей.
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. Другая частота, выражаемая волновым числом 1595 см-1, судя по её величине, отражает орбитальное движение молекулы воды в ассоциате.
Авторы исследования тогда предположили, что при значительном охлаждении жидкая вода должна разделяться на две формы с разной плотностью. Однако экспериментально подтвердить эту гипотезу пока не удавалось, потому что переход должен происходить при температурах, когда в нормальных условиях вода превращается в лед. В статье, опубликованной в журнале Nature Physics, исследователи из Бирмингемского университета и университета Сапиенца в Риме приводят доказательства существования «плотной воды». 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.
"Nature Chemistry": опровергнута описанная в учебниках организация молекул воды
Модель молекулы воды, предложенная Нильсом Бором, показана на рис. 1.5. Они увидели, как атомы водорода в молекулах воды взаимодействуют с соседними молекулами при возбуждении лазерным светом. 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. Во всех моделях молекулы воды (рис. 6-9) шестой электрон атома кислорода остается свободным, формируя зону отрицательного потенциала на ее поверхности. РИА Новости, 26.08.2021.
Физики показали, что вода превращается в две жидкости при низких температурах
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. Сциортино был частью команды, которая впервые предложила существование LLPT в 1992 году. Команда надеется, что разработанная ими модель проложит путь для новых экспериментов, которые подтвердят теорию и распространят концепцию запутанных жидкостей на другие жидкости, такие как кремний. Знания о топологическом поведении воды и других жидкостей в таких экстремальных условиях могут также дать представление об активности материи на других планетах.
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. Критическая точка — это единственное значение температуры и давления, при котором две фазы вещества становятся неразличимыми, и происходит это непосредственно перед тем, как вещество переходит из одной фазы в другую. Вода, например, имеет хорошо известную критическую точку при переходе от жидкости к пару. До сих пор эксперименты с использованием реальных молекул воды для проверки второй критической точки «суперохлаждения» воды не могли дать однозначных доказательств его существования. По словам Дебенедетти, это во многом связано с тем, что ледяная вода обычно превращается в лед.
По этой причине исследователи решили прибегнуть к использованию компьютерных моделей.
При помощи сканирующего туннельного микроскопа и инфракрасной спектрометрии исследователям удалось установить, что цепочки состоят из пятиугольников, в вершинах которых находятся молекулы воды. Ранее предполагалось, что при образовании упорядоченной структуры льда молекулы воды собираются в шестиугольники. Теоретический анализ, проведенный авторами работы, показал, что пятиугольники образуются в результате взаимодействия воды с металлической поверхностью. Согласно вариационным принципам в физике, система стремится к состоянию с наименьшей потенциальной энергией.
Фуллерены — молекулы, построенные только из атомов углерода. По мнению ученых, они могли бы существенно изменять свои свойства, захватывая даже одну молекулу другого вещества. В своей последней работе два теоретика из США предлагают анализ конструкции, состоящий из фуллерена, внутри которого размещена одна молекула воды.
Расчеты показывают, что за счет такой модификации фуллерен приобретает способность реагировать на электрическое поле, что позволяет управлять перемещением конструкции даже в узких каналах. Хотя пока еще не совсем ясно, почему объект без эффективного заряда реагирует на электрическое поле именно таким образом, исследователи считают, что их открытие может иметь прямое практическое применение, к примеру, при доставке лекарств к поврежденным областям в медицине. Среди фуллеренов наиболее изученным является C60. Почти сферическая молекула представляет собой оболочку из 60 атомов углерода. Два года назад ученые продемонстрировали, что такую молекулу можно «вскрыть», разместив внутри нее молекулу воды, что позволяет создать структуру H2O C60. Основываясь на этой возможности, группа ученых из Columbia University США использовала компьютерное моделирование, чтобы изучить свойства этой структуры.
ABC: Появились доказательства того, что вода состоит из двух жидкостей
Каждая молекула воды является миниатюрным диполем с высоким дипольным моментом. Модель молекулы воды имеет форму треугольника. Строение молекулы воды Самая простая принятая сегодня модель молекулы воды – тетраэдр. 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. 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. Расчеты показали, что молекула воды даже при температуре в 300 градусов по Кельвину постоянно находится в центре молекулы фуллерена.
Фото и Изображения - Молекула воды
Ученым из Великобритании удалось получить тонкие нити льда, в которых молекулы воды образуют правильные пятиугольные, а не шестиугольные ячейки. Каждая молекула воды является миниатюрным диполем с высоким дипольным моментом. РИА Новости, 26.08.2021.