Нейтронное рассеяние и компьютерное моделирование выявили уникальное и неожиданное поведение молекулы воды, нетипичное для какого-либо из известных газов, жидкостей или твердых тел.
Опровергнута общепризнанная модель поведения молекул воды
Мембраны на основе эфиров целлюлозы, чаще всего ацетата целлюлозы, применяются при опреснении морской воды методом обратного осмоса, очистке воды от высокомолекулярных и тяжелых металлов. Сахароза используется и в процессах дегидратации, которые помогают поддерживать качество пищевых продуктов. Всё это делает очень важным изучение свойств водных растворов моно- и полисахаридов. 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.
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.
Продолжая посещать сайты проектов вы соглашаетесь с нашей Политикой в отношении файлов cookie Вода на астероидах: как ученые впервые нашли молекулы воды на древних космических телах Пост опубликован в блогах iXBT. Это удивительное вещество, которое дало начало жизни на Земле и может быть ключом к ее поиску в космосе. 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.
Эта вода более распространена в более высоких широтах и имеет тенденцию перемещаться, когда поверхность нагревается. Молекулы воды остаются тесно связанными с реголитом до тех пор, пока температура поверхности не достигнет пика около лунного полудня.
Затем молекулы термически десорбируются и могут переместиться в соседнее место, достаточно холодное для того, чтобы молекула «прилипла» или населяла чрезвычайно разреженную атмосферу или экзосферу Луны, пока температура не упадет, и молекулы не вернутся на поверхность.
3d модель молекулы воды H2O для печати
Согласно этой модели вода состоит из 1820 молекул воды, что в два раза больше, чем в модели Зенина. Ученым из Великобритании удалось получить тонкие нити льда, в которых молекулы воды образуют правильные пятиугольные, а не шестиугольные ячейки. Так вот, загрузив все необходимые вводные данные в модель, ученые установили, что молекулы воды с повышенной плотностью формируют «топологически сложные структуры». Кластерная модель представляла жидкую воду как кластеры из молекул, связанных водородными связями, плавающих в объеме свободных молекул.
Интернет-издание о бизнесе, стартапах и IT-технологиях
- Water molecule (молекула воды) - Download Free 3D model by decay_dance [27d7dd1] - Sketchfab
- Ученые впервые увидели процесс, который обеспечивает «странные» свойства воды - Телеканал "Наука"
- Ученые впервые увидели процесс, который обеспечивает «странные» свойства воды - Телеканал "Наука"
- ИАиЭ - Загадка молекулярной структуры воды
Молекула воды
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. Схема их образования показана на рисунке 14. Рисунок 14 - Формирование кластеров воды из 20 молекул. Из четырех таких образований возникают энергетически выгодные "кванты" - тетраэдрические додекаэдры рисунок 15. Рисунок 15 - Модель ассоциата воды из 57 молекул - "квант" тетраэдр из четырех додекаэдров.
Из 57 молекул такого образования 17 составляют гидрофобный каркас с полностью насыщенными связями, а по 10 молекул на поверхности каждого додекаэдра формируют центры образования водородных связей. Методами жидкостной хроматографии было подтверждено существование пяти- и шестиквантовых структур типа "четырехконечной звезды" и "шестилучевой снежинки". Рисунок 16 - Принципиальная модель кластера воды из 912 молекул 16 "квантов" воды.
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. Однако в жидкости с более высокой плотностью в игру вступает шестая молекула, что приводит к увеличению ее плотности. В своей статье исследователи пишут, что «в пределах наших вычислительных возможностей было доказано существование метастабильной критической точки в стадии глубокого охлаждения молекул воды». Естественно, теперь этот вывод должен быть подтвержден другими экспериментами, как говорят ученые, «использующими более точные и дорогие вычислительные средства». Постоянный адрес новости: eadaily.
Среди кластерных моделей наиболее яркой оказалась модель Г. Немети и Х. Шераги, предложенные ими картинки, изображающие кластеры связанных молекул, которые плавают в море несвязанных молекул, вошли во множество монографий. Другая модель воды, предложенная в 1957 г. Фрэком и Уэном — модель мерцающих кластеров. Эта модель очень близка современным представлениям о структуре воды. Их время жизни оценивают в диапазоне от 10-10 до 10-11 с. Такое представление правдоподобно объясняет высокую степень подвижности жидкой воды и ее низкую вязкость. Считается, что благодаря именно таким свойствам вода служит одним из самых универсальных растворителей. Модель мерцающих кластеров воды. На рисунке представлены как отдельные кластерно-ассоциативные структуры молекул воды, так и отдельные молекулы воды, не связанные водородными связями. Итак, вода — это громадный полимер множества молекул воды, связанных друг с другом водородными связями. Но классический полимер — это молекула, все атомы которой объединены ковалентными связями, а не водородными, которые до недавнего времени считались чисто электростатическими. Однако в 1999 г. Интересной особенностью этой модели является то, что из нее автоматически следует, что свободно растущие кристаллы воды, хорошо известные нам снежинки, должны обладать 6-лучевой симметрией. Зарегистрируйте блог на портале Pandia. Бесплатно для некоммерческих и платно для коммерческих проектов. Регистрация, тестовый период 14 дней. Условия и подробности в письме после регистрации. В 2002 году группе д-ра Хэд-Гордона методом рентгеноструктурного анализа с помощью сверхмощного рентгеновского источника Advanced Light Source ALS удалось показать, что молекулы воды способны за счет водородных связей образовывать структуры - "истинные кирпичики" воды, представляющие собой топологические цепочки и кольца из множества молекул воды. Интерпретируя полученные экспериментальные данные, исследователи считают их довольно долгоживущими элементами структуры. В основном же вода — это совокупность беспорядочных полимеров и гипотетических «водяных кристаллов» которые, как предполагаются существуют в талой воде , где количество связанных в водородные связи молекул может достигать сотен и даже тысяч единиц. В основе же всего лежит тетраэдр. Именно такую форму имеет молекула воды. Группируясь, тетраэдры молекул воды образуют разнообразные пространственные и плоскостные структуры. И из всего многообразия структур в природе базовой является гексагональная шестигранная структура, когда шесть молекул воды тетраэдров объединяются в кольцо. Такой тип структуры характерен для льда, снега и талой воды. Кристаллическая структура льда Когда лёд плавится, его тетрагональная структура разрушается и образуется смесь кластеров, состоящая из три-, тетра-, пента-, и гексамеров воды и свободных молекул воды. Схематически этот процесс можно представить себе так. Заказать работу Рис.
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 пресных и морских водах в небольших количествах имеются и разнообразные органические компоненты — растворимые соединения типа белков, сахаров, спиртов, углеводородов и т. Это продукты жизнедеятельности и распада животных и растительных организмов, населяющих водоемы и их берега, а также отходы промышленности и сельского хозяйства. Формирование кластеров воды Полярность молекул воды, наличие в них частично нескомпенсированных электрических зарядов порождает склонность к группировке молекул в укрупненные «сообщества» — ассоциаты. Оказывается, полностью соответствует формуле Н2O лишь вода, находящаяся в парообразном состоянии. Это показали результаты определения молекулярной массы водяного пара. Все остальные молекулы воды объединены в ассоциаты различной степени сложности, и их состав описывается общей формулой H2O x Непосредственной причиной образования ассоциатов являются водородные связи. Они возникают между ядрами водорода одних молекул и электронными «сгущениями» у ядер кислорода других молекул воды. Правда, эти связи в десятки раз слабее, чем «стандартные» внутримолекулярные химические связи, и достаточно обычных движений молекул, чтобы разрушить их. Но под влиянием тепловых колебаний так же легко возникают и новые связи этого типа. Тетраэдрически связанные молекулы воды образуют своеобразные "рои" довольно стабильного состава. Пространства между "роями" заполняют мономерные молекулы воды. Исследователи раскрывают все более тонкие и сложные механизмы «внутренней организации» водной массы.
Опровергнута общепризнанная модель поведения молекул воды
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. Ионы в водном растворе обычно окружены четырьмя-шестью молекулами воды, но ученым неясно, движутся ли они как единое целое. 268 шт Молекулярная модель набор DLS-9268 Органическая химия молекулы структура модели наборы для школы обучения исследования 9 мм серии. Каждая молекула воды является миниатюрным диполем с высоким дипольным моментом.
Ученые научились управлять фуллереном при помощи одной молекулы воды
это в два раза больше, чем в модели Зенина. Используя данные Стратосферной обсерватории инфракрасной астрономии НАСА (SOFIA), ученые Юго-Западного научно-исследовательского института впервые обнаружили молекулы воды на поверхности астероида. H2o или молекула воды внутри клетки фуллерен c60. Ученые Кембриджского университета и Института исследования полимеров Общества имени Макса Планка в Германии обнаружили, что молекулы воды на поверхно. Так вот, загрузив все необходимые вводные данные в модель, ученые установили, что молекулы воды с повышенной плотностью формируют «топологически сложные структуры».
Специально для вас
- Учеными лаборатории SLAC впервые зафиксирована ионизация молекул H2O
- Modeling of interaction between a water molecule and crystal surfaces
- Молекула воды – Новости частной школы «Золотое сечение»
- Открыто новое состояние молекулы воды
- Загадочный эффект воды впервые зафиксирован учеными на камеру