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. 3d-модель молекулы воды на черном фоне. © Guru3d / Фотобанк Лори. 3d illustration of a water molecule isolated on white background. С учетом этого структура молекулы воды может отличаться количеством электронов в ней, и возникает необходимость дать названия этим структурам. Нейтронное рассеяние и компьютерное моделирование выявили уникальное и неожиданное поведение молекулы воды, нетипичное для какого-либо из известных газов, жидкостей или твердых тел.
Эту иллюстрацию можно купить в следующих форматах:
- Современная модель воды
- Химическое строение и свойства
- Структура молекул воды и их ассоциатов :: Живая вода
- Проекты по теме:
- Компьютерная модель взаимодействия молекул воды
Объемная модель молекулы воды
В рамках своих расчетов ученые помещали молекулу, диаметр которой — порядка 1 нм в углеродную нанотрубку диаметром 8,2 нм. Расчеты показали, что молекула воды даже при температуре в 300 градусов по Кельвину постоянно находится в центре молекулы фуллерена. Однако из-за теплового движения ее ориентация в пространстве меняется случайным образом. 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.
Согласно вариационным принципам в физике, система стремится к состоянию с наименьшей потенциальной энергией. При взаимодействии воды с поверхностью описанная пятиугольная структура формируется именно потому, что обеспечивает льду минимальное возможное значение потенциальной энергии. По словам исследователей, формирование ледяных кристаллов играет значительную роль в биологии и науках об атмосфере. Новые результаты позволят лучше понять, каким образом вода замерзает в присутствии каких-либо примесей.
Грунт с «астероида апокалипсиса» впервые показали вживую Смотреть Группа ученых наблюдала спектральные характеристики, которые «однозначно связаны с молекулярной водой на астероидах Ирис и Массалия». Данные по этим двум космическим телам сравнили с аналогичными сведениями, добытыми из крупнейших кратеров в южном полушарии Луны. Вода на астероидах может быть связана с минералами, а также адсорбирована силикатами и захвачена или растворена в силикатном ударном стекле», — уточняет специалист. Ранее ученые заглянули внутрь «Звезды Смерти». Так называют мини-луну Сатурна, причина — необычный внешний вид.
Они использовали модифицированный метод генерации суммарной частоты колебаний VSFG. Оказалось, что ионы, как положительно, так и отрицательно заряженные, создают два слоя на границе раздела раствора и воздуха. Источник фото: Фото редакции Ранее считалось, что ионы располагаются непосредственно на поверхности раствора, формируя электрические поля, которые определяют структуру воды на границе раздела.
Компьютерная модель взаимодействия молекул воды
Измерение RSP до порога ионизации позволило нам количественно сравнить вероятность перехода 1S электрона на первую незанятую молекулярную орбиталь. Сравнение вероятности этого перехода в газе, жидкой воде и во льду было ключевым моментом нашего эксперимента. Из этого сравнения мы извлекли такой фундаментальный параметр жидкой воды, как среднее число водородных связей, приходящееся на одну молекулу. Это число оказалось равным 3.
Тем самым мы показали, что локальная структура воды очень близка к структуре льда. Данный эксперимент был выполнен на пучке жестких рентгеновских фотонов «ID20» синхротрона European Synchrotron Radiation Facility, в Гренобле, Франция. Во втором случае измерялся спектр резонансного неупругого рассеяния рентгеновского излучения PHPPИ газообразной и жидкой водой.
Как объяснил профессор, «резонансноe неупругоe рассеяниe рентгеновского излучения может приблизительно рассматриваться как 2-этапный процесс. На первом этапе молекула поглощает падающий рентгеновский фотон и переходит из основного в высоковозбужденное промежуточное состояние с «дыркой» на 1s-уровне соответствующего атома. Это промежуточное состояние неустойчиво и оно распадается в конечное состояние, испустив конечный рентгеновский фотон.
Очевидно, энергия испустившего фотона меньше энергии начального фотона на разницу энергии конечного и начального состояния молекул». Далее, экспериментальный материал был детально проанализирован теоретиками при помощи соответствующих расчетов и опубликован в престижном международном журнале Nature Communications 10: 1013 2019. Здесь акцент ставится на прочности водородной связи в жидкой воде, а в основе лежат показания, снятые при помощи метода PHPPИ.
Фарис Гельмуханов подробно прокомментировал основные положения этого исследования: «Mногие ученые считают, что вода есть флуктуирующая смесь кластеров двух типов лёгкая и тяжёлая фракции , в одном из которых молекулы связаны друг с другом, как во льду, а в другом связи нарушены, благодаря чему эти кластеры более плотные. 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.
Купленные файлы предоставляются в формате JPEG. При использовании требуется указывать источник произведения. Это разделение проявляется только в выставляемых счетах и в конечных документах договорах, актах, реестрах , в остальном интерфейсе фотобанка всегда присутствуют полные суммы к оплате.
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. 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.
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. Процесс по-настоящему трудоемкий. Несмотря на высокую мощность современных суперкомпьютеров, для создания моделей ученые 18 месяцев занимались необходимыми вычислениями. В симуляциях, когда температура была еще далека от точки замерзания, плотность воды начала сильно колебаться. В итоге ученым удалось обнаружить критическую точку, которую они искали в двух разных компьютерных моделях воды. При этом для поиска критической точки воды в обеих моделях были применены разные вычислительные подходы. Как и при переходе от жидкой фазы к газовой фазе, ледяная вода может переходить в две разные фазы, в зависимости от того, как перегруппировались ее молекулы.
Таким образом, в жидкости низкой плотности четыре молекулы группируются вокруг центральной молекулы, образуя тетраэдр.
Запутывание, которое можно наблюдать в других жидкостях
- Ученые наблюдают за перемещением молекул воды вокруг Луны
- Орбитальная модель молекулы воды (Аркадий Серков) / Проза.ру
- Эту иллюстрацию можно купить в следующих форматах:
- Ученые впервые увидели процесс, который обеспечивает «странные» свойства воды
- Современная модель воды
Ученые США и Швеции наблюдали взаимодействие между молекулами воды на атомном уровне
Используя инструмент на борту Лунного орбитального аппарата НАСА (LRO), ученые наблюдали, как молекулы воды движутся вокруг светлой стороны Луны. Поэтому пятиклассники обратились к основам и попробовали нарисовать модель молекулы воды в масштабе. "Используя наблюдения ALMA с высоким разрешением, мы изучили молекулярный газ в этой паре галактик и обнаружили молекулы воды и монооксида углерода в большей из них", – рассказал ведущий автор исследования Шривани Яругула (Sreevani Jarugula).
Опровергнута самая популярная теория строения воды
- Продолжается изучение структуры воды
- Физики построили универсальную модель воды
- Домашний очаг
- Modeling of interaction between a water molecule and crystal surfaces
Учеными лаборатории SLAC впервые зафиксирована ионизация молекул H2O
Согласно этой модели вода состоит из 1820 молекул воды, что в два раза больше, чем в модели Зенина. О сервисе Прессе Авторские права Связаться с нами Авторам Рекламодателям Разработчикам. В статье подробно разбирается уникальное строение молекулы воды, образованной двумя атомами водорода и одним атомом кислорода. Исследователи из Массачусетского технологического института сделали новое открытие: свет может испарять воду без тепла.
Ученые США и Швеции наблюдали взаимодействие между молекулами воды на атомном уровне
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. До сих пор эксперименты с использованием реальных молекул воды для проверки второй критической точки «суперохлаждения» воды не могли дать однозначных доказательств его существования. Модель водного раствора сахарозы с массовой долей 30%, включающей 12 молекул сахарозы и 532 молекулы воды, использованная для расчётов на суперкомпьютере. 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. «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. Смотрите 62 онлайн по теме фото молекулы воды.
Загадочный эффект воды впервые зафиксирован учеными на камеру
Например, такие открытия помогут лучше понять процесс поглощения углекислого газа морской водой и испарение воды. Кроме того, такие исследования могут привести к разработке более эффективных устройств и технологий, таких как батареи и накопители энергии.
Один из инструментов, используемый учёными для исследования свойств растворов, — метод молекулярной динамики.
Этот метод с применением суперкомпьютерных ресурсов помогает изучить большое количество соединений, которое в эксперименте проверить затруднительно из-за временных и финансовых затрат. Упрощается и поиск оптимальных веществ по заданным свойствам. 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.
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. Специальная программа градиентного спуска в 165-мерном пространстве приводила кластер к минимуму электростатической энергии.
Работа программы заключалась в повороте каждой молекулы вокруг всех трех осей. Поворотом вокруг первой оси достигался минимум и происходил переход ко второй оси, а затем к третьей. Потом операция проводилась со второй молекулой и так далее. Весь цикл с 55 молекулами повторялся до тех пор, пока энергия не переставала уменьшаться.
В результате становилась известной суммарная энергия кластера и энергия связи центральной молекулы. Каждая реализация случайного кластера давала различающиеся значения энергии. Было проведено 200 реализаций, результаты которых подвергнуты усреднению. Энергия связи центральной молекулы позволяла определить давление насыщения при двух температурах и усреднялось именно давление насыщения.
Поскольку моделирование можно считать вполне успешным, далее эта модель использовалась для изучения энергии связи молекул в водяной капле, находящейся под воздействием иона. Было установлено, что отрицательные ионы создают более сильную связь, особенно на малых расстояниях. Причина этой зарядовой асимметрии заключена в ненулевом квадрупольном электрическом моменте молекулы воды и смещении зарядов относительно центра молекулы. Обнаруженная зарядовая асимметрия может быть описана простой моделью диполя, сдвинутого от центра молекулы.
Взаимодействие с соседними молекулами заменено воздействием упругой среды, в которую погружена молекула, с модулем упругости g.
Данные по этим двум космическим телам сравнили с аналогичными сведениями, добытыми из крупнейших кратеров в южном полушарии Луны. Вода на астероидах может быть связана с минералами, а также адсорбирована силикатами и захвачена или растворена в силикатном ударном стекле», — уточняет специалист. Ранее ученые заглянули внутрь «Звезды Смерти».
Так называют мини-луну Сатурна, причина — необычный внешний вид. Этот спутник удивил астрономов неожиданным составом.
Ученые зафиксировали движение молекул воды вокруг ионов соли
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.
Полярность молекул, наличие в них частично нескомпенсированных электрических зарядов создает группировки молекул - ассоциаты.
А не в руках гигантов 3D-печати или программного обеспечения, которые владеют конкурирующими платформами и используют дизайны в своих собственных коммерческих интересах. Cults3D - это независимый и самофинансируемый сайт, который не подчиняется ни одному инвестору или бренду. Почти все доходы сайта возвращаются создателям платформы.
Она определяет поверхность потенциальной энергии. Для нахождения поверхности потенциальной энергии используется система потенциальных функций, называемая силовым полем. Поверхность потенциальной энергии системы в методах молекулярной механики зависит от собственных геометрических параметров молекулы и межмолекулярных взаимодействий с ее участием. Всякое отклонение геометрических параметров от их наиболее энергетически выгодных значений, называемых равновесными, ведет к повышению потенциальной энергии. В методах молекулярной механики учитываются также межмолекулярные взаимодействия, которые можно рассчитать с учетом дисперсионных и полярных взаимодействий [1]. Выпишем отдельно каждую компоненту потенциальной энергии. Энергию ДЕд растяжения и сжатия связи между атомами А и В представим в виде разложения потенциальной энергии двухатомной молекулы в ряд Тейлора в окрестности точки равновесия До. Ограничив ряд третьим членом, имеем ЛЕ 1 г! Следовательно, это значение можно принять равным нулю, т. Второй член разложения также равен нулю, так как первая производная функции в точке ее экстремума обращается в нуль. Таким образом, получаем, что потенциальная энергия зависит от третьего и высших членов разложения функции в ряд. Расчет энергии деформации по формуле 3 не требует больших затрат машинного времени. В случаях, когда молекулы имеют длинные связи и выходят за пределы применимости формулы 3 , можно ввести дополнительный член ряда, пропорциональный ДДАВ. Для описания второго слагаемого в выражении 1 - энергии деформации валентных углов - можно также использовать разложение в ряд Тейлора. Как и для энергии деформации длин связей, в некоторых случаях разложение в ряд Тейлора обрывают на членах более высоких порядков. Следует отметить, что в ранних вариантах силовых полей учитывались только функции деформации длин связей и деформации валентных углов, которые использовались для вычисления потенциальных энергий без оптимизации геометрии. Современные силовые поля включают в себя больше различных типов потенциальных функций, что позволяет получать расчетные данные, близкие к экспериментальным [2].
Например, испарение океанской воды играет важную роль в химии атмосферы и науке о климате. Понимание этих реакций имеет решающее значение для усилий по смягчению воздействия человека на нашу планету. Распределение ионов на границе раздела воздуха и воды может влиять на атмосферные процессы. Однако точное понимание микроскопических реакций на этих важных границах раздела до сих пор активно обсуждается. В статье, опубликованной в журнале Nature Chemistry, исследователи из Кембриджского университета и Института исследования полимеров Макса Планка в Германии показывают, что ионы и молекулы воды на поверхности большинства растворов соленой воды, известных как растворы электролитов, организованы в совершенно иным способом, чем традиционно понимается. Это может привести к улучшению моделей химии атмосферы и другим приложениям.