Исследователи из NASA и Немецкого космического агентства DLR впервые обнаружили молекулы воды на поверхности астероидов. В эксперименте Национальной ускорительной лаборатории SLAC в США ученые впервые напрямую наблюдали, как возбужденные атомы водорода в молекуле воды.
Объемная модель молекулы воды
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». Учёные применили свою модель для получения динамических и структурных характеристик водных растворов сахарозы, и результаты оказались близки к экспериментальным данным с достаточно высокой точностью. Одно из ключевых преимуществ модели — то, что она может быть использована для исследования не только растворов сахарозы, но и для других сахаров.
Они помещают отдельные молекулы воды, обладающие довольно большим дипольным моментом, в так называемую диэлектрическую матрицу. Её роль исполняет кристаллическая решетка цеолитов, содержащая периодически распределённые поры нанометрового размера. В результате получается твердотельный образец кристалл с находящимися в этих порах практически свободными молекулами воды так называемой нанолокализованной воды. Его очень удобно исследовать при различных не только очень низких температурах, включая комнатные, а также при различных внешних воздействиях под влиянием электрических полей, давления и др. Электродипольная решётка, исследованная в данной работе, была создана на основе одного из цеолитов — кристалла кордиерита.
При температуре 3 K в трёхмерной решетке нанолокализованных молекул воды учёные обнаружили все характерные признаки сегнетоэлектрического фазового перехода типа «порядок — беспорядок». Кристалл кордиерита. Нам не удалось обнаружить упорядочения молекулярных диполей в данной системе вплоть до самой низкой достигнутой нами температуры 0,3 К. Причиной тому — высокая симметрия гексагональная решётки этого кристалла и квантовомеханические явления, определяющие свойства молекул воды при столь низких температурах, — подчеркнул Михаил Белянчиков.
Понимание расположения астероидов и их состава позволяет понять, как распределялись и эволюционировали материалы в солнечной туманности с момента ее образования.
Поделиться статьей в соц.
Для атома водорода характерны два ковалентных радиуса 30 и 37 пм, расчетные значения соответственно 30,0 и 36,3 пм. Вандерваальсов радиус для водорода по литературным данным оценивается величиной 110 пм, расчётное значение 108,3 пм. Таким образом, расчётные данные, приведенные в таблицах 1 и 2, достаточно точно отражают реальную картину строения атомов кислорода и водорода и были использованы для построения модели молекулы воды, которая представлена на рис. Модель молекулы воды: 1- ядро атома кислорода, 2,3- ядра атомов водорода, 4- орбита ковалентного радиуса кислорода, 5- орбита ковалентного радиуса водорода, 6- вандерваальсов радиус кислорода, 7- вандерваальсов радиус водорода, 8- поверхность вращения молекулы воды. На рис. Основную часть молекулы составляет атом кислорода, представляющий собой сферу с радиусом 140 пм вандерваальсов радиус.
В центре сферы расположено ядро, вращающееся с частотой 0,192. Благодаря вращению и вязко-упругим свойствам окружающего поля вокруг ядра образуются слои с разной ориентацией силовых линий поля. В слоях с высокой концентрической ориентацией орбитальные тела движутся без сопротивления. Это разрешённые орбиты.
Молекула воды: удивительное строение простого вещества
Это креативный способ изучать химические процессы и структуру воды, а также демонстрировать ее свойства и взаимодействия с другими веществами. Оригами молекула воды может быть использована как образовательный инструмент или просто как интересное хобби для тех, кто любит творчество и науку.
Команда провела эксперименты, показав, что свет, падающий на поверхность воды, может непосредственно высвобождать молекулы воды, вызывая испарение независимо от температуры. Последствия этого огромны. Это может объяснить давние расхождения в измерениях поглощения облаков, что повлияет на прогнозы изменения климата. Кроме того, это открывает двери для новых применений, таких как опреснение воды с помощью солнечных батарей или энергоэффективная промышленная сушка.
Эти связи не химической природы. Они 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. Связь в таких ассоциатах называется водородной. Она является очень слабой, легко разрушаемой, в отличие от ковалентных связей, например, в структуре минералов или любых химических соединений. Интересно, что свободные, не связанные в ассоциаты молекулы воды присутствуют в воде лишь в очень небольшом количестве. В основном же вода — это совокупность беспорядочных ассоциатов и «водяных кристаллов», где количество связанных в водородные связи молекул может достигать сотен и даже тысяч единиц. В основе же всего лежит тетраэдр простейшая пирамида в четыре угла. Именно такую форму имеют распределенные положительные и отрицательные заряды в молекуле воды. Группируясь, тетраэдры молекул H2O образуют разнообразные пространственные и плоскостные структуры. И из всего многообразия структур в природе базовой, судя по всему пока лишь не точно доказанное предположение является всего одна — гексагональная шестигранная , когда шесть молекул воды тетраэдров объединяются в кольцо. Такой тип структуры характерен для льда, снега, талой воды, клеточной воды всех живых существ. Кристаллическая структура льда Каждая молекула воды в кристаллической структуре льда 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. При взаимодействии протона одной молекулы с парой неподеленных электронов кислорода другой молекулы возникает водородная связь, менее сильная, чем связь внутримолекулярная, но достаточно могущественная, чтобы удерживать рядом соседние молекулы воды. Когда лёд плавится, его тетрагональная структура разрушается и образуется смесь полимеров, состоящая из три-, тетра-, пента-, и гексамеров воды и свободных молекул воды. Схематически этот процесс показан ниже. В воде кластеры периодически разрушаются и образуются снова. Время перескока составляет 10-12 секунд. Изучить строение этих образующихся полимеров воды оказалось довольно сложно, поскольку вода — смесь различных полимеров, которые находятся в равновесии между собой. Сталкиваясь друг с другом, полимеры переходят один в другой, разлагаются и вновь образуются. Разделить эту смесь на отдельные компоненты тоже практически невозможно. Лишь в 1993 году группа исследователей из Калифорнийского университета г.
Курс Science объединяет в себе все естественнонаучные направления, чтобы показать единство и целостность науки. 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!
Вода на астероидах: как ученые впервые нашли молекулы воды на древних космических телах
| Современная модель воды | Контент-платформа | До сих пор эксперименты с использованием реальных молекул воды для проверки второй критической точки «суперохлаждения» воды не могли дать однозначных доказательств его существования. |
| Физики доказали способность света испарять молекулы воды - Pro город будущего | Расчеты показали, что молекула воды даже при температуре в 300 градусов по Кельвину постоянно находится в центре молекулы фуллерена. |
Ученые впервые нашли молекулы воды на астероидах
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. Таким способом решение поставленной задачи доводится до конца. Авторы выполнили моделирование кластера, состоящего из 55 молекул воды [11]. Избыточный отрицательный заряд в количестве двух электронов находится в центре треугольника. Дипольный момент такой молекулы 1.
Молекулы плотно упакованы, и радиус Д соответствует плотной упаковке. Кластер состоит из центральной молекулы, ее окружения из 12 молекул и 42 молекул, соприкасающихся с окружением. В начальном состоянии молекулы были ориентированы случайным образом.
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. Авторы надеются, что эта работа поможет ученым во всех областях, от медицины до хранения энергии — везде, где надо понимать динамику ионов в растворе.
Выбор пола ребенка и клонирование людей: что вы думаете по спорным вопросам биоэтики? Пройдите опрос «Газеты. Поделиться: Подписывайтесь на «Газету.
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. 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.
Статья опубликована на страницах издания Nature.
Также МедиаПоток рассказывал, что обнаружена зародившая клеточную жизнь на Земле молекула.
Молекула воды
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. Это важно, потому что вода — это не только источник жизни, но и фактор ее развития. Вода может менять климат, эрозию, тектонику и другие процессы на планетах, делая их более или менее пригодными для жизни. Кроме того, вода может быть переносчиком органических молекул, которые являются строительными блоками жизни. Поэтому зная, где и как много воды в космосе, мы можем лучше понять, как она появилась на Земле и каковы шансы найти ее на других планетах. Но как определить, есть ли вода на астероидах?
Поэтому команда использовала компьютерное моделирование, чтобы определить, какие характеристики отличают две жидкости на микроскопическом уровне. В своем моделировании исследователи использовали коллоидную модель воды, а затем две распространенные молекулярные модели воды. 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.
При этом протону удается присоединиться к другой молекуле, а электрон выбивается. Воспроизведение этого нестабильного комплекса осуществляется лазерными операциями и лучевой терапией, что приводит к активизации многих химических реакций в организме человека. Благодаря данному комплексу возможно очищение питьевой воды от микробов.
Ученые из Кембриджского университета и Института исследования полимеров Общества имени Макса Планка в Германии провели исследование, которое опровергло распространенную модель поведения молекул воды Источник фото: Фото редакции Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Chemistry. Ученые изучали влияние ионов электролитов на распределение молекул воды на поверхности солевого раствора. Они использовали модифицированный метод генерации суммарной частоты колебаний VSFG.
Квантово-механические свойства воды - Вода Квантовая механика Молекула » 2024
это в два раза больше, чем в модели Зенина. Новинка 2024 года молекула воды(h2o) химическая модель химия биология молекулы структура модели обучающий эксперимент инструмент – цены, отзывы и видеообзоры. 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.
Опровергнута самая популярная теория строения воды
- Опровергнута самая популярная теория строения воды | Новости СФУ
- Сейчас на главной
- Вода | Строение молекулы, структура в жидком, твердом, газообразном виде
- Ученые обнаружили, что молекулы воды определяют материалы вокруг нас | DonbassWeb NEWS
Молекула воды
Расчеты показали, что молекула воды даже при температуре в 300 градусов по Кельвину постоянно находится в центре молекулы фуллерена. Молекула метана CH4 3d модель для печати. Модель водного раствора сахарозы с массовой долей 30%, включающей 12 молекул сахарозы и 532 молекулы воды, использованная для расчётов на суперкомпьютере.
Ученые впервые увидели процесс, который обеспечивает «странные» свойства воды
Колебательная инфракрасная ИК спектроскопия — общепринятый инструмент для исследования водородных связей в жидкостях. Но в них ИК-спектроскопия показывает лишь наиболее интенсивный переход в состояние с минимальной энергией колебаний, которое «слабо чувствует» межмолекулярное взаимодействие. Спектроскопия резонансного неупругого рассеяния воды качественно отличается от ИК-спектроскопии тем, что, получив энергию от рентгеновского фотона, электрон кислорода переходит с самой глубокой орбитали на первую незанятую. В результате молекула воды быстро диссоциирует. В процессе возбуждённый электрон переходит обратно на самый глубокий уровень, испуская рентгеновский фотон. Частота колебаний испущенного фотона отличается от возбуждающего фотона, так как при этом переходе электрон попадает на уровни с большей энергией. Таким образом, в отличие от ИК-спектра, спектр резонансного неупругого рассеяния состоит из протяжённого набора колебательных пиков.
Чем выше колебательное состояние, тем дальше атомы водорода удаляются от кислорода в процессе колебаний связи между О и Н и тем сильнее это колебание чувствует взаимодействие с ближайшей молекулой воды, а именно водородную связь. Резонансное неупругое рассеяние даёт уникальную возможность исследовать водородные связи, в частности определить на основании спектра, как влияют соседние молекулы через водородную связь на потенциал взаимодействия OH-связи. Таким образом, второй результат работы — измерение распределения OH-потенциалов в сети постоянно изменяющихся водородных связей.
В новых опытах учёные изменяли наклон освещения и поляризацию света. Поляризация также оказывала влияние на интенсивность испарения, но этот момент ещё предстоит уточнить. Лабораторные установки исключали всякую передачу тепла пару или воде, обеспечивая освещение светодиодами. Тем не менее, испарение при освещении воды светом начиналось и продолжалось, пока был свет. В темноте явление отсутствовало.
Модель структурированной воды определяет почти все её аномальные свойства, имеющие огромное практическое значение - вода самое аномальное из всех известных природе веществ. 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. Способность молекул воды образовывать определенные структуры, основана на наличии так называемых водородных связей. Эти связи не химической природы. Они 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. Связь в таких ассоциатах называется водородной. Она является очень слабой, легко разрушаемой, в отличие от ковалентных связей, например, в структуре минералов или любых химических соединений. Интересно, что свободные, не связанные в ассоциаты молекулы воды присутствуют в воде лишь в очень небольшом количестве. В основном же вода — это совокупность беспорядочных ассоциатов и «водяных кристаллов», где количество связанных в водородные связи молекул может достигать сотен и даже тысяч единиц. В основе же всего лежит тетраэдр простейшая пирамида в четыре угла. Именно такую форму имеют распределенные положительные и отрицательные заряды в молекуле воды.
Группируясь, тетраэдры молекул H2O образуют разнообразные пространственные и плоскостные структуры. И из всего многообразия структур в природе базовой, судя по всему пока лишь не точно доказанное предположение является всего одна — гексагональная шестигранная , когда шесть молекул воды тетраэдров объединяются в кольцо. Такой тип структуры характерен для льда, снега, талой воды, клеточной воды всех живых существ. Кристаллическая структура льда Каждая молекула воды в кристаллической структуре льда 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. При взаимодействии протона одной молекулы с парой неподеленных электронов кислорода другой молекулы возникает водородная связь, менее сильная, чем связь внутримолекулярная, но достаточно могущественная, чтобы удерживать рядом соседние молекулы воды.
Когда лёд плавится, его тетрагональная структура разрушается и образуется смесь полимеров, состоящая из три-, тетра-, пента-, и гексамеров воды и свободных молекул воды. Схематически этот процесс показан ниже. В воде кластеры периодически разрушаются и образуются снова.
Таким образом, анализируя данные о рассеянии нейтронов после прохождения сквозь образец, ученые получали информацию о нативном распределении протонов по энергиям. Оказалось, что энергия сильно зависит от температуры: ее среднее значение было на 50 процентов больше предсказанного электростатической моделью при низких температурах, и на 20 процентов - при комнатной температуре. Внутри нанотрубок с диаметром 1,4 нанометра средняя энергия протонов оказалась на 30 процентов ниже, чем у воды, не помещенной в ограниченное пространство. Также исследователи проверили, как будут распределяться по энергиям протоны в воде, помещенной в особый мембранный материал Nafion, который используется для производства топливных элементов. Ученые показали, что средняя энергия была на 30 процентов выше, чем у воды в "обычном" состоянии. Авторы новой работы полагают, что, когда молекулы воды находятся на очень близком расстоянии друг от друга и "сдавлены" из-за маленького объема доступного пространства, протоны в них переходят в пока не описанное физиками квантовое состояние.
Квантово-механические свойства воды - Вода Квантовая механика Молекула » 2024
В результате молекулы воды отталкивают молекулы биологического вещества. 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. 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. Объемная модель молекулы воды. С учетом этого структура молекулы воды может отличаться количеством электронов в ней, и возникает необходимость дать названия этим структурам. 268 шт Молекулярная модель набор DLS-9268 Органическая химия молекулы структура модели наборы для школы обучения исследования 9 мм серии.
Другие новости
- Активированная вода
- Сейчас на главной
- Квантово-механические свойства воды - Вода Квантовая механика Молекула
- Интернет-издание о бизнесе, стартапах и IT-технологиях
- Категории статьи
- Специально для вас