Это заполняющая пространство (CPK) модель молекулы воды. Как сообщает информационное издание «МедиаПоток», специалистами Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики США впервые была зафиксирована ионизация молекул воды. Используя инструмент на борту Лунного орбитального аппарата НАСА (LRO), ученые наблюдали, как молекулы воды движутся вокруг светлой стороны Луны.
Физики построили универсальную модель воды
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. Для анализа и интерпретации экспериментальных результатов учёные взялись за компьютерное моделирование.
Активированную воду можно получить также облучением ультрафиолетовым светом, с помощью ультразвука, замораживанием и размораживанием воды и многими другими способами. В настоящее время, наиболее разработанным и воспроизводимым способом воду активируют с помощью электрохимической активации, в специальных электрохимических реакторах. Раствор в анодной камере в популярной русскоязычной литературе именуется «мертвой» водой, а в русскоязычной научной и медицинской литературе - анолитом или электроактивированным раствором анолита. Раствор в катодной камере в популярной русскоязычной литературе именуется «живой» водой, а в русскоязычной научной и медицинской литературе - католитом или электроактивированным раствором католита. В зарубежной литературе эти растворы носят другие названия. В Германии их называют ионизированными, в Японии и Америке «живую» воду именуют редуцированной, а «мертвую» - кислой.
Электрохимически активированная вода ЭХА вода В последнее десятилетие прошлого века было сформировано отдельное научное направление в области электрохимической активации водных растворов. В рамках этого направления создано много новых профессиональных установок, технологий значительно расширена область применения. Хотя массового читателя больше интересует области бытового применения этот раздел введен для тех кто захочет более глубоко изучить принцип электроактивации воды. Электрохимически активированный анолит - «мертвая» вода дезинфицировала порезы, а электрохимически активированный католит - «живая» вода ускоряла их заживление. Действие католита на кожу также предотвращало солнечные ожоги. Орошение семян хлопка католитом пресной воды стимулировало всхожесть и последующий рост растений.
Обработка же семян анолитом уменьшала коэффициент всхожести практически до нуля. При этом последующий полив католитом делянки, засеянной семенами хлопка, ранее смоченными в анолите, приводил к интенсивному росту хлопчатника. Таким образом, было положено начало применения ЭХА воды в медицине, сельском хозяйстве, быту и промышленности. Явление ЭХА заключается в том, что разбавленные водные растворы минеральных солей, к которым относится также обычная питьевая вода, в результате электрохимической обработки переходят в метастабильное состояние. Метастабильное состояние - состояние воды с аномальными физико-химическими свойствами. Исследования показали, что различия в свойствах только что полученных католита и анолита разбавленных водно-солевых растворов от их химических моделей-аналогов растворов стабильных щелочей или кислот не являются постоянными, стабильными во времени.
С течением определенного времени — времени релаксации от минут до десятков и сотен часов свойства и реакционная способность анолита и католита, самопроизвольно изменяясь, становятся равными соответствующим параметрам их химических моделей, то есть в конечном итоге законы электролиза строго выполняются, но не сразу, а лишь по прошествии достаточно длительного времени - в общем случае от десятков минут до десятков и даже сотен часов. Различия между свойствами подвергнутого электрохимической обработке раствора в метастабильном и стабильном после окончания релаксации зависят от условий проведения обработки раствора. Таким образом, метод ЭХА позволяет без применения химических реагентов направленно изменять в очень широких пределах физико-химические свойства разбавленных водных растворов и использовать такие метастабильные жидкости во многих случаях вместо традиционных лекарств и медицинских растворов. Открытию предшествовала трехлетняя работа по исследованию возможности электрохимического регулирования свойств буровых растворов, которую В. Ташкент вместе с У. Мамаджановым, а затем продолжил совместно с Ю.
За период с 1972 по 1978 годы ими были созданы и защищены авторскими свидетельствами СССР на изобретения различные лабораторные и первые промышленные установки для электрохимической активации воды и буровых растворов. Началось широкое применение ЭХА воды энтузиастами, которые конструировали собственные электрохимические реакторы. Раствор в анодной камере получил название - «мертвая» вода, а в раствор в катодной камере - «живая» вода. Применение ЭХА-воды в медицине Почему активированная вода так эффективна и применение её становится все более популярным? Потому что вода составляет основу жизни человека, а метод ЭХА позволяет без применения химических реагентов направленно изменять в очень широких пределах физико-химические свойства воды и использовать её вместо традиционных лекарств и медицинских растворов. Механизм действия активированной воды - электрохимический в отличие от действия, привычных лекарственных средств , более соответствующий окислительно-восстановительным реакциям, протекающим в живом организме.
Электрохимическая активация воды не меняет её химического состава, но изменяет её физико-химические свойства и возможно структуру воды на какое-то время - время нахождения в метастабильном состоянии. Достижение необходимого эффекта без применения химических добавок, которые могли бы вызывать побочные явления, обеспечивает активированной воде несомненное преимущество перед обычными химическими лекарственными средствами там? Другим важнейшим преимуществом активированной воды во многих случаях является способность к релаксации со временем к стабильному состоянию. Например, в отличие от обычных химических дезинфицирующих препаратов «мертвую» воду нет необходимости нейтрализовать или удалять после обработки. Она естественным способом в течение достаточно короткого времени теряет свои аномальные свойства и становится обычной водой. При смешивании «живой» и «мертвой» воды происходит взаимная нейтрализация и полученная вода теряет свою активность.
Еще раз следует подчеркнуть, что активированная вода - это не искусственный, а натуральный продукт. В настоящее время электрохимически активированную воду рекомендуют применять при лечении более 35 недугов: хронический I епатит, диабет, аденома простаты, пиелонефрит, цистит, артриты и артрозы, аллергодерматит, язва желудка, гастриты и колиты, трофические язвы, гнойные раны, старческие переломы, пролежни, ожоги, пародонтиты и другие. Активированные растворы обладают целым рядом свойств, которые делают эффективным использование анолитов и католитов при лечении многих заболеваний: анолит уничтожает бактерии и многие вирусы, грибковую флору, обладает противовоспалительным, антиаллергическим и противоотечным действиями. Католит обладает иммуностимулирующими и антиоксидантными свойствами, ускоряет заживление тканей репаративные свойства , при введении определенных минералов - помогает при диабете, гипертонии, остеопорозе и других заболеваниях. И главное: механизм действия активированных растворов имеет принципиально новый уровень - не химический, как привычные лекарственные средства, а электрохимический, более соответствующий окислительно-восстановительным реакциям, постоянно протекающим в живом организме. Эта вода совершенно не опасна как для внешнего, так и для внутреннего применения.
Это еще в 1988 г. Такая вода сохраняет свои свойства 1 -2 недели при условии хранения в закрытых сосудах. Анолит обладает антисептическими, антиал-лергическими, противовоспалительными, противозудными, противоотечными свойствами. Его используют для дезинфекции в лечебных учреждениях, им можно дезинфицировать воду, лечить тонзиллит, он обладает антиаллергическими свойствами и эффективен при лечении экземы, нейродермитов, аллерго-дерматитов имеются экспериментальные и клинические исследования, подтверждающие эффективность анолита в каждом из перечисленных случаев. Анолит, или мертвая вода: антисептик, дезинфектант, оказывает местное лечебное воздействие. Это значит, что он действует на бактерию или очаг воспаления только при непосредственном контакте.
Поэтому при тонзиллите им полощут горло, при кожных заболеваниях делают примочки, а при сальмонеллезе пьют. При воспалении легких или других заболеваниях, где невозможен непосредственный контакт, анолит не помогает. Согласно данным С. Ашбах в результате специальных исследовании было установлено, что 1 мл анолита в течение 1 минуты уничтожает 1 миллион бактерий любого из ниже перечисленных видов Группа стафилококков. У большинства людей стафилококки могут обитать на коже и слизистых оболочках носа или глотки, не вызывая заболеваний. При ослабленной иммунной системе стафилококки становятся возбудителями пневмоний, инфекций кожи и мягких тканей, костей и суставов.
Стафилококки легко приобретают устойчивость ко многим препаратам, что создает большие трудности при лечении больных. Стафилококк золотистый S.
Источник фото: Фото редакции Ранее считалось, что ионы располагаются непосредственно на поверхности раствора, формируя электрические поля, которые определяют структуру воды на границе раздела. Однако новые исследования показали, что на самом верху поверхности находится слой чистой воды, затем слой, обогащенный ионами, и только затем объемный раствор соли.
Открытия этих ученых имеют важное значение для понимания различных процессов, происходящих на границе раздела атмосферы и океана.
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. Беркли, США под руководством доктора Р. Сайкалли расшифровала строение триммера воды, в 1996 г.
К этому времени уже было установлено, что жидкая вода состоит из полимерных ассоциатов кластеров , содержащих от трех до шести молекул воды.
Квантово-механические свойства воды - Вода Квантовая механика Молекула » 2024
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. Регистрация бесплатна Только в 1951 году Дж. Попл создал модель непрерывной сетки, которая была не так конкретна, как модель Бернала — Фаулера. Попл представлял воду как случайную тетраэдрическую сетку, связи между молекулами в которой искривлены и имеют различную длину. Модель Попла объясняет уплотнение воды при плавлении искривлением связей.
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]. Наиболее важна среди подобных функций энергия деформации торсионных углов. Торсионные углы описывают внутреннее вращение молекул вокруг связей, а потому являются периодическими функциями. Величины Un определяют высоту барьера вращения относительно связи C-D. В определенных молекулах при некоторых значениях n величины Un могут быть равны нулю [3]. Невалентные взаимодействия рассчитываются как сумма энергии отталкивания и энергии притяжения атомов. Отталкивание проявляется на малых расстояниях и может быть выражено членом в степенной зависимости от расстояния r-12 , либо в экспоненциальной форме e-ar. Кроме того, расчеты энергии молекул, включающих экспоненциальные функции, более требовательны к вычислительным ресурсам. Притяжение нейтральных атомов между собой на больших расстояниях обусловлено дисперсионными силами, главная составляющая энергии которых пропорциональна r-6. Расположение векторов при расчете электростатического потенциала, создаваемого двухатомной молекулой ЛБ в точке Р Распределение заряда в молекуле, состоящей из электронов и ядер, неоднородно. Электростатический потенциал, создаваемый молекулой в точке Р, равен ео - электрическая постоянная 4пеЛ тл тп.
При обычных условиях эти силы между частицами воды весьма малы, так что вода представляет собой жидкость. Если же заключить ее внутрь другого вещества, то ситуация может измениться. В частности, ученые уже выяснили, что тонкие пленки воды между слоями графена превращаются в лед с необычной для этого соединения квадратной кристаллической решеткой. В новой работе исследователи из Университета Райса США смоделировали поведение воды внутри нанотрубок с использованием фундаментальных законов физики без опоры на дополнительные эмпирические данные и приближения. Оказалось, что благодаря силам Ван-дер-Ваальса между стенками трубок определенного диаметра и молекулами могут появляться необычные конфигурации воды.
Они увидели, как атомы водорода в молекулах воды взаимодействуют с соседними молекулами при возбуждении лазерным светом. Об этом написал сайт NEWS. Ранее ученые не могли наблюдать за эффектами, которые возникают при взаимодействии молекул воды со своими соседями на атомном уровне.
Ученые испарили воду светом без использования тепла
Они помещают отдельные молекулы воды, обладающие довольно большим дипольным моментом, в так называемую диэлектрическую матрицу. 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. 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.
Модели молекул исследуемых жидкостей
Если же заключить ее внутрь другого вещества, то ситуация может измениться. В частности, ученые уже выяснили, что тонкие пленки воды между слоями графена превращаются в лед с необычной для этого соединения квадратной кристаллической решеткой. В новой работе исследователи из Университета Райса США смоделировали поведение воды внутри нанотрубок с использованием фундаментальных законов физики без опоры на дополнительные эмпирические данные и приближения. Оказалось, что благодаря силам Ван-дер-Ваальса между стенками трубок определенного диаметра и молекулами могут появляться необычные конфигурации воды. В результате молекулы выстраиваются в плоскости по четыре штуки, образуя структуру, напоминающую двумерный лед.
Оказывается, что едва ли не все многообразие свойств воды и необычность их проявления определяется, в конечном счете, физической природой этих атомов, способом их объединения в молекулу и группировкой образовавшихся молекул. В отдельно рассматриваемой молекуле воды атомы водорода и кислорода, точнее их ядра, расположены так, что образуют равнобедренный треугольник. В вершине его — сравнительно крупное кислородное ядро, в углах, прилегающих к основанию, — по одному ядру водорода. Модель молекулы воды, предложенная Нильсом Бором, показана на рис. Строение молекулы воды а — угол между связями O-H; б — расположение полюсов заряда; в — внешний вид электронного облака молекулы воды. Электронное строение молекулы воды В соответствии с электронным строением атомов водорода и кислорода молекула воды располагает пятью электронными парами. Они образуют электронное облако. Облако неоднородно — в нем можно различить отдельные сгущения и разрежения. У кислородного ядра создается избыток электронной плотности.
Внутренняя электронная пара кислорода равномерно обрамляет ядро: схематически она представлена окружностью с центром - ядром O2 рис. Четыре внешних электрона группируются в две электронные пары, тяготеющие к ядру, но частично не скомпенсированные. Схематически суммарные электронные орбитали этих пар показаны в виде эллипсов, вытянутых от общего центра — ядра O2-. Каждый из оставшихся двух электронов кислорода образует пару с одним электроном водорода. Эти пары также тяготеют к кислородному ядру.
Лаборатория Science средней школы доказывает, что каждое простое вещество таит в себе множество загадок! Так что же сокрыто в воде? Шаг за шагом мы узнаем все больше, пытаясь заглянуть в самую суть вещей.
Поэтому пятиклассники обратились к основам и попробовали нарисовать модель молекулы воды в масштабе. На этом ребята не остановились и даже использовали 3D-печать!
Модель молекулы воды из пластилина.
Квантово-механические свойства воды - Вода Квантовая механика Молекула » 2024
С учетом этого структура молекулы воды может отличаться количеством электронов в ней, и возникает необходимость дать названия этим структурам. О сервисе Прессе Авторские права Связаться с нами Авторам Рекламодателям Разработчикам. уникальное искусство складывания бумаги, которое позволяет создать трехмерную модель молекулы воды.
Ученые наблюдают за перемещением молекул воды вокруг Луны
В большинстве моделей воды с четырьмя участками используется расстояние ОН и угол НОН, совпадающие с таковыми для свободной молекулы воды. Расчеты показали, что молекула воды даже при температуре в 300 градусов по Кельвину постоянно находится в центре молекулы фуллерена. Поэтому пятиклассники обратились к основам и попробовали нарисовать модель молекулы воды в масштабе.