В работе выяснены характерные особенности в строении воды для объяснения ее свойств; созданы и проверены компьютерные модели молекулы воды; сделан вывод: молекулы воды образуют определенные структуры, основанные на наличии водородных связей. Исследователи из NASA и Немецкого космического агентства DLR впервые обнаружили молекулы воды на поверхности астероидов. Учебные модели придется перерисовать после того, как группа исследователей обнаружила, что молекулы воды на поверхности соленой воды организованы иначе, чем считалось ранее.
Обнаружено новое фазовое состояние нанолокализованной воды
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. Water molecule (молекула воды) - Download Free 3D. О сервисе Прессе Авторские права Связаться с нами Авторам Рекламодателям Разработчикам. Краткое содержание Рассмотрена модель молекулы воды на основе представлений об орбитальном движении частиц под действием сил тяготения, подчиняющихся обратно квадратичному закону с константой тяготения равной 1,847.1028 см3/ гс2. Расчеты показали, что молекула воды даже при температуре в 300 градусов по Кельвину постоянно находится в центре молекулы фуллерена.
Ученые наблюдают за перемещением молекул воды вокруг Луны
| Структура молекул воды и их ассоциатов :: Живая вода | Ищите и загружайте самые популярные фото Модель молекулы воды на Freepik Бесплатное коммерческое использование Качественная графика Более 62 миллионов стоковых фото. |
| Ученые впервые нашли молекулы воды на астероидах | В предыдущих работах рассматривались отдельные модельные молекулы, в настоящей работе рассмотрено движение трех молекул воды, помещенных внутрь фуллерена. |
| Ученые из Великобритании получили необычные молекулы воды | Каждая молекула воды является миниатюрным диполем с высоким дипольным моментом. |
| Продолжается изучение структуры воды | Учёные проследили за электронами в молекулах воды, чтобы уточнить последствия действия радиации на людей. |
Загадочный эффект воды впервые зафиксирован учеными на камеру
В результате подобной обработки на поверхности образовывались одномерные ледяные структуры толщиной всего в один атом и шириной около нанометра. 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.
На этом ребята не остановились и даже использовали 3D-печать! Моделирование оказалось совсем не простым; от пятого центра требовалось все их внимание и сосредоточенность. Но мы успешно справились с этой задачкой! Курс Science объединяет в себе все естественнонаучные направления, чтобы показать единство и целостность науки. Нас окружают удивительные вещи, которые можно и нужно постоянно изучать.
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.
И эту до сих пор необъясненную особенность воды «помнить» магнитную обработку широко используют в промышленности. Из обычной воды в паровом котле растворённые соли, выделяясь, отлагаются плотным и твёрдым, как камень, слоем на стенках котельных труб, а из омагниченной воды так её теперь стали называть в технике выпадают в виде рыхлого осадка, взвешенного в воде. Во многих промышленных процессах например, на тепло- и электростанциях используется магнитная подготовка воды, а как и почему этот способ «работает», не знают ни инженеры, ни учёные. Кроме того, на опыте подмечено, что после магнитной обработки воды в ней ускоряются процессы кристаллизации, растворения, адсорбции, изменяется смачивание. Эффекты невелики, но они есть. Действие магнитного поля на воду обязательно быстротекущую длится малые доли секунды, а «помнит» вода об этом десятки часов. Почему - неизвестно. В этом вопросе практика далеко опередила науку. Ведь даже неизвестно, на что именно действует магнитная обработка - на воду или на содержащиеся в ней примеси.
Чистой-то воды ведь не бывает. Память" воды не ограничивается только сохранением последствий магнитного воздействия. В науке существуют и постепенно накапливаются многие факты и наблюдения, показывающие, что вода «помнит» о том, что она раньше была заморожена. Талая вода, недавно получившаяся при таянии куска льда, отличается от той воды, из которой этот кусок льда образовался. В талой воде быстрее и лучше прорастают семена, быстрее развиваются ростки; даже, как утверждают очевидцы, быстрее растут и развиваются цыплята, которые получают талую воду. Кроме удивительных свойств талой воды, установленных биологами, известны и чисто физико-химические отличия. К примеру, талая вода отличается по вязкости, по значению диэлектрической проницаемости. Вязкость талой воды принимает своё обычное для воды значение только через 3-6 суток после плавления. Почему это так, тоже никто не знает. Большинство исследователей называют эту область явлений «структурной памятью» воды, считая, что все эти странные проявления влияния предыдущей истории воды на её свойства объясняются изменением её структуры.
Может быть это и так, но... По-прежнему в науке существует важная проблема: почему и как вода «помнит», что с нею было. Одним из объяснений «памяти» воды может быть следующее. Взаимное расположение молекул воды в кластерах хранит информацию о внешнем воздействии, приведшем к его образованию. Кластеры разной структуры, в зависимости от глубины локальной энергетической выгоды их образования, могут сохраняться надолго или быстро разрушиться. Если следующее воздействие окажется энергетически сильнее связей внутри кластера, то старый кластер разрушается и образуется новый. В различных взаимных зафиксированных расположениях групп молекул и заключается память воды. Размеры этих кластеров - примерно одна миллиардная доля метра. И их структуры теперь можно изучать нанометодами. Активированная вода Что такое активированная вода?
Это вода, подвергнутая какому-либо воздействию, не изменяющему её химического состава, но изменяющему, не до конца понятным образом, электрохимические и биологические свойства воды. На языке термодинамики активированная вода - это вода, находящаяся в метастабильном неравновесном состоянии. В течение определенного времени, зависящего от характера и интенсивности активирующего воздействия, свойства активированной воды изменяются и вода становится не активированной. Воздействия могут быть разные, например, как уже упоминалось - с помощью магнитного поля, так называемая магнитная активация. 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.
Физики показали, что вода превращается в две жидкости при низких температурах
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. Такая широкая область применимости представляет интерес для большого круга задач. Отличительной чертой работы является достоверность модели, позволяющей с приемлемой точностью прогнозировать уравнение состояния и коэффициенты переноса растворов сахаров.
Сейчас мы собираемся использовать полученную нами модель для исследования структурных свойств именно водных растворов сахарозы. Ответ на вопрос, какие конформационные перестройки молекулы сахарозы в растворе возможны, — до сих пор предмет научных дискуссий. Вероятно, мы с коллегами проясним это в следующей работе», — поясняет Николай Кондратюк, заведующий лабораторией многомасштабного моделирования в физике мягкой материи МФТИ.
Работа поддержана грантом Российского научного фонда 18—19-00734 и программой стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Шары соответствовали атомам, стержни - химическим связям в молекуле. Конечно, в то время Дальтон не мог указать величину расстояний между атомами в молекуле и валентных углов. Это и сейчас составляет трудности, например для воды в жидком состоянии. Именно поэтому авторы статьи [1] пишут, что не могут экспериментально подтвердить свою гипотезу. Однако если рассматривать вещества в газообразном или твердом состоянии, то геометрические конфигурации и параметры молекул можно определить. Соответствующие данные имеются в справочниках, например, в книге Ромбиди Н.
Геометрическая конфигурация и межъядерные расстояния молекул и ионов в газовой среде". Книга вышла в 1978 году в Издательстве стандартов. Используя справочные данные такого рода и экстраполируя их, авторы работы [1] приходят к модели молекулы талой воды, показанной на рис. На рисунке приведены величины межъядерных расстояний они, очевидно, одинаковы и величина валентного угла НОН. Соединив далее вершины НН и присоединив к полученному треугольнику симметрично еще один такой же треугольник, получаем один из двух знаменитых ромбов Пенроуза рис. Мы его, для краткости, назовем первым золотым треугольником. На рис. Заметим, что угол при вершине В тупой и его косинус отрицательный.
Первый треугольник получается, если разрезать ромб на рис. Об этих треугольниках мы поговорим ниже, а пока заметим, что в конце 1970-х годов Пенроуз [3] разработал алгоритм разбиения плоскости без пустот и перекрытий указанными двумя сортами ромбов и даже запатентовал несколько образцов комнатных обоев и их разбиений на ромбы. Разбиение Пенроуза не является периодическим, но любой конечный кусок встречается в нем бесконечное число раз и обязательно появляется в круге достаточно большого радиуса с любым центром на плоскости. Через несколько лет после открытия Пенроуза, в 1980-х годах, были обнаружены новые виды двухмерных и трехмерных материалов, названные квазикристаллами, атомы которых расположены в вершинах ромбов, образующих разбиение Пенроуза. В дальнейшем физики нашли квазикристаллы с осями симметрии восьмого, десятого и двенадцатого порядков. После открытия квазикристаллов были рассмотрены разбиения трехмерного пространства на призмы, основаниями которых служили ромбы Пенроуза. Вспомним теперь другую историю, казалось бы не связанную с предыдущей. Еще до открытия Пенроуза американский архитектор Ричард Бакминстер Фуллер в 1942 году!
Увлекательный рассказ об этом изобретении можно прочитать в статье Александра Лейзеровича "Марка Фуллера", опубликованной в 2004 году в журнале "Знание - сила". Через два года после смерти Фуллера, в 1985 году, были открыты молекулы сфероидальной структуры, образованные многоугольниками с атомами углерода в вершинах см. В честь Фуллера их назвали фуллеренами, а молекулярные кристаллы, состоящие из них, - фуллеритами см. Спроецировав определенным образом здесь не уточняем каким кристалл фуллерита на плоскость, мы получим разбиение Пенроуза плоскости, если считать, как принято в кристаллографии, этот кристалл бесконечным. В статье В.
Ранее ученые не могли наблюдать за эффектами, которые возникают при взаимодействии молекул воды со своими соседями на атомном уровне. Она имеет возможность фотографировать малозаметные движения молекул через рассеивание мощного пучка электронов от образца. Реклама Ученые в ходе эксперимента выяснили, что при начале вибрации возбужденной молекулы воды ее атом водорода притягивает атомы кислорода соседних молекул, а затем отталкивает их с появившейся силой.
Она представляет собой сосуществование сразу двух видов упорядочений дипольных моментов молекул воды — сегнетоэлектрического и антисегнетоэлектрического.
Это можно представить как стопку чередующихся листов сонаправленных диполей, где диполи в каждой паре соседних листов имеют разнонаправленную ориентацию см. Расчёты также показали, что картина упорядоченных водяных диполей стрелки на рисунке может быть ещё более богатой. Это происходит, например, если молекулы воды заполняют не все поры кристалла, а только часть из них. В таком случае диполи-стрелки в плоскостях-листах группируются в отдельные области — домены. Эта бурно развивающаяся область обещает создание чрезвычайно эффективных электронных устройств на основе биологических материалов», — считает руководитель работы, заведующий лабораторией терагерцовой спектроскопии МФТИ Борис Горшунов. Схематическое представление упорядоченного состояния электродипольной решётки полярных дипольные моменты обозначены стрелками молекул воды в кристалле кордиерита. Упорядоченное состояние представляет собой сосуществование сегнетоэлектрического красные ab-плоскости и антисегнетоэлектрического синяя bc-плоскость порядков. Сегнетоэлектрические листы чередуются антисегнетоэлектрическим образом вдоль оси с кристалла.
Загадка молекулярной структуры воды
Результаты исследования имеют важное значение для изучения различных реакций, которые происходят на границе раздела между атмосферой и океаном, например то, как протекает поглощение углекислого газа морской водой или как испаряется вода. Кроме того, это может привести к созданию более совершенных устройств и технологий, например, батарей и накопителей энергии. Что думаешь?
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.
Вода порождает твердое тело и продолжает определять свойства этого твердого тела, сохраняя при этом его жидкие характеристики. В своей статье авторы объединяют эти и другие материалы в новый класс веществ, которые они называют «твердые вещества гидратации», которые, по их словам, «приобретают свою структурную жесткость, определяющую характеристику твердого состояния, благодаря жидкости, пронизывающей их поры».
Новое понимание биологической материи может помочь ответить на вопросы, которые годами преследовали ученых. Термин, введенный в статье, «твердые вещества гидратации» относится к любому природному материалу, реагирующему на окружающую влажность окружающей среды. С помощью уравнений, которые определила команда, они и другие исследователи теперь могут предсказывать механические свойства материалов на основе основных принципов физики.
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. Более сложным оказалось строение гексамера. Самая простая структура — шесть молекул воды в вершинах шестиугольника, — как выяснилось, не столь прочна, как структура клетки. Более того, структуры призмы, раскрытой книги или лодки тоже оказались менее устойчивыми.
В шестиугольнике может быть только шесть водородных связей, а экспериментальные данные говорят о наличии восьми. Это значит, что четыре молекулы воды связаны перекрёстными водородными связями. Структуры кластеров воды были найдены и теоретически, сегодняшняя вычислительная техника позволяет это сделать. В 1999 г. Станислав Зенин провёл совместно с Б. Применив современные методы анализа - рефрактометрию, протонный резонанс и жидкостную хроматографию им удалось обнаружить ассоциаты молекул воды - кластеры. Возможные кластеры воды Объединяясь друг с другом, кластеры могут образовывать более сложные структуры: Рис. Более сложные ассоциаты кластеров воды Кластеры, содержащие в своём составе 20 молекулу оказались более стабильными.
Формирование кластера из 20 молекулы воды. Анализируя полученные данные предложил, что вода представляет собой иерархию правильных объемных структур "ассоциатов" clathrates , в основе которых лежит кристаллоподобный "квант воды", состоящий из 57 ее молекул, которые взаимодействуют друг с другом за счет свободных водородных связей. При этом 57 молекул воды квантов , образуют структуру, напоминающую тетраэдр. Тетраэдр в свою очередь состоит из 4 додекаэдров правильных 12-гранников. Таким образом, структура воды связана с так называемыми платоновыми телами тетраэдр, додекаэдр , форма которых связана с золотой пропорцией. Ядро кислорода также имеет форму платонова тела тетраэдра. Элементарной ячейкой воды являются тетраэдры, содержащие связанные между собой водородными связями четыре простой тетраэдр или пять молекул Н2О объемно-центрированный тетраэдр. Тетраэдр При этом у каждой из молекул воды в простых тетраэдрах сохраняется способность образовывать водородные связи.
За счет их простые тетраэдры могут объединяться между собой вершинами, ребрами или гранями, образуя различные кластеры со сложной структурой, например, в форме додекаэдра. Поиск по базе Рис. Додекаэдр Таким образом, в воде возникают многочисленные кластеры, которые несут в себе очень большую энергию и информацию крайне высокой плотности. Порядковое число таких структур воды так же высоко, как и порядковое число кристаллов структура с максимально высоким упорядочением, которую мы только знаем , потому их также называют «жидкими кристаллами» или «кристаллической водой». При этом возможно образование уже двух типов структур второго порядка. Их взаимодействие друг с другом приводит к появлению структур высшего порядка. Последние состоят из 912 молекул воды, которые по модели Зенина практически не способны к взаимодействию за счет образования водородных связей. Этим и объясняется, например, высокая текучесть жидкости, состоящей из громадных полимеров.
Таким образом, водная среда представляет собой как бы иерархически организованный жидкий кристалл.
Вода на астероидах: как ученые впервые нашли молекулы воды на древних космических телах
О сервисе Прессе Авторские права Связаться с нами Авторам Рекламодателям Разработчикам. Каждая молекула воды является миниатюрным диполем с высоким дипольным моментом. Они поместили отдельные молекулы воды, обладающие довольно большим дипольным моментом, в так называемую диэлектрическую матрицу. Согласно этой модели вода состоит из 1820 молекул воды, что в два раза больше, чем в модели Зенина. Первые модели использовали упрощенную физику, продираясь сквозь квантовую природу реальных молекул. это в два раза больше, чем в модели Зенина.
Физики показали, что вода превращается в две жидкости при низких температурах
Учёные провели 14 опытов, доказывающих и проясняющих ряд моментов воздействия света на воду, в ходе которого молекулы воды отрывались от её поверхности и превращались в пар. Например, ещё в прошлом году было замечено, что наиболее сильное воздействие на эти процессы — на отрыв кластеров молекул воды от её жидкой поверхности — оказывал зелёный свет. 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.
Cults3D - это независимый и самофинансируемый сайт, который не подчиняется ни одному инвестору или бренду. Почти все доходы сайта возвращаются создателям платформы.
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. Определим энергию его взаимодействия с ионом, находящимся на расстоянии г от молекулы. Мы видим, что энергия связи асимметрична по отношению к знаку заряда иона. Теперь подгоночные значения параметров g и b можно найти, сравнивая формулу для энергии взаимодействия с данными микромоделирования.
Вы всегда можете отключить рекламу. Modeling of interaction between a water molecule and crystal surfaces An interaction model between a water molecule and magnesium oxide crystal surface is considered. The potential energy of the system is calculated with help the molecular mechanics method, that takes into account the atom-atom interaction using model semiempirical potentials. It is found that the interaction is electrostatic in its nature. Stretching frequencies of the water molecule adsorbed at the surface are calculated. The results obtained are compared with the quantum-mechanical calculations. Райк, В. Потенциальная энергия системы рассчитывалась методом молекулярной механики, учитывающим атом-атомные взаимодействия с помощью модельных полуэмпирических потенциалов. Фрагмент поверхности кристалла был представлен кластерной моделью, состоящей из конечного числа атомов, принадлежащих самой поверхности и ближайшим к ней атомным плоскостям. Были описаны различные кластерные модели, содержащие от 9 до 24 атомов оксида магния. Для них была определена равновесная геометрия системы с адсорбированной молекулой воды. Вычислены частоты валентных колебаний адсорбированной на поверхности молекулы воды. Полученные результаты сравниваются с результатами квантово-механических расчетов. Ключевые слова: молекулярная механика, потенциалы межмолекулярного взаимодействия, адсорбция, оксиды металлов. Raik A. Petersburg University. Applied mathematics, computer science, control processes.
Модель молекулы воды
Новое исследование позволяет нам лучше охарактеризовать этот фазовый переход жидкость-жидкость. Вода на самом деле очень странная по сравнению с другими жидкостями. В жидком состоянии она состоит из набора молекул воды H2O , удерживаемых вместе водородными связями. В зависимости от температуры и давления водяной лед может принимать не менее 16 различных кристаллических форм. Переохлаждение — это особо нестабильное состояние, при котором вода остается в жидкой фазе, когда ее температура ниже точки застывания. В этот момент молекулярная структура воды изменяется, образуя набор тетраэдров каждая молекула воды связана с четырьмя другими. Новый тип фазового перехода, объясняющий такое поведение, был впервые предложен 30 лет назад в исследовании ученых из Бостонского университета.
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.
Оказалось, что сверхбыстрый поворот молекулы приводит к зависящему от времени Допплеровскому сдвигу Оже-резонанса и характерной ассиметрии спектральной формы этого резонанса см. Рисунок 3. Варьируя энергию рентгеновского фотона, а, следовательно, и скорость индуцированного вращения, удалось визуализировать динамику этого вращения». Группу теоретиков возглавил профессор Фарис Гельмуханов. Следующий этап исследований был посвящен изучению локальной структуры жидкой воды. Pезультаты этой работы опубликованы в престижном журнале Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, vol. По словам Фариса Гельмуханова, «общепринято, что вода состоит из молекул Н2О, объединенных в группы так называемыми водородными связями ВС. Часто водородную связь рассматривают как электростатическое взаимодействие, усиленное небольшим размером водорода, которое разрешает близость взаимодействующих диполей. Особенностями водородной связи, по которым её выделяют в отдельный вид, является её не очень высокая прочность, её распространенность и важность, особенно в органических соединения. Для возникновения водородных связей важно, чтобы в молекулах вещества были атомы водорода, связанные с небольшими, но электроотрицательными атомами, например: O, N, F». Суть исследований помог понять профессор Гельмуханов: «Существует две модели жидкой воды. Несмотря на это, многие ученые думают, что вода есть флуктуирующая смесь кластеров двух типов, в одном их которых молекулы связаны друг с другом водородной связью как во льду, а в другом связи нарушены. Благодаря чему эти кластеры более плотные. Наши недавние теоретические и экспериментальные исследования показали, что жидкая вода все-таки является однородной». Как сообщил Фарис Гельмуханов, «было проведено два типа экспериментов: во-первых, измерение рентгеновских спектров поглощения RSP газообразной воды, жидкой воды и льда в широком диапазоне энергии. Измерение RSP вдали от порога ионизации 1S электрона атома кислорода в воде было необходимо, чтобы откалибровать по интенсивности RSP паров воды, жидкой воды и льда в этой области RSP всех трёх фаз воды строго совпадают. 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.
Строение молекулы воды [1] а - угол между связями O-H; б - расположение полюсов заряда; в - внешний вид электронного облака молекулы воды При испарении рвутся все оставшиеся связи. Для разрыва связей требуется большое количество энергии, отсюда высокая температура, удельная теплота плавления и кипения, высокая теплоёмкость. Вязкость воды обусловлена тем, что водородные связи мешают молекулам воды двигаться с разными скоростями. 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.
"Nature Chemistry": опровергнута описанная в учебниках организация молекул воды
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. До сих пор эксперименты с использованием реальных молекул воды для проверки второй критической точки «суперохлаждения» воды не могли дать однозначных доказательств его существования. уникальное искусство складывания бумаги, которое позволяет создать трехмерную модель молекулы воды. Многие необычные характеристики воды объясняются тем, что ее молекулы связаны между собой особым типом нековалентных связей, получившем название водородной связи. Учебные модели придется перерисовать после того, как группа исследователей обнаружила, что молекулы воды на поверхности соленой воды организованы иначе, чем считалось ранее. 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.