Комплексы ион-вода колеблются медленно по сравнению с быстро движущимися молекулами воды.
Ученые из Великобритании получили необычные молекулы воды
Используя инструмент на борту Лунного орбитального аппарата НАСА (LRO), ученые наблюдали, как молекулы воды движутся вокруг светлой стороны Луны. Учёные проследили за электронами в молекулах воды, чтобы уточнить последствия действия радиации на людей. Первые модели использовали упрощенную физику, продираясь сквозь квантовую природу реальных молекул. Кластерная модель представляла жидкую воду как кластеры из молекул, связанных водородными связями, плавающих в объеме свободных молекул. Это заполняющая пространство (CPK) модель молекулы воды.
Ученые впервые нашли молекулы воды на астероидах
Положительные и отрицательные заряды в ней слегка смещены друг относительно друга, и в результате она обладает довольно большим дипольным моментом и создает вокруг себя электрическое поле. Если взять очень много молекул например, стакан воды , то дипольные моменты отдельных молекул скомпенсируются, и суммарное электрическое поле исчезнет, в чём нас убеждает и повседневный опыт. При каком именно числе молекул происходит этот переход? Обладают ли сами кластеры дипольными моментами? До сих пор четких ответов на эти вопросы не было. Экспериментальные данные, полученные за последние 20 лет, противоречили друг другу.
Главное препятствие заключалось в том, что во всех этих экспериментах изучались кластеры в толще воды, в их непосредственной «среде обитания». Эксперименты, проведенные исследовательской группой из Университета Южной Калифорнии , положили конец разногласиям. Их результаты, опубликованные в недавней статье R. Moro et al. Впечатляет эксперимент, позволивший прийти к такому выводу.
Оригами молекула воды может быть использована как образовательный инструмент или просто как интересное хобби для тех, кто любит творчество и науку. Создание оригами молекулы воды требует точности и внимания к деталям, что делает этот процесс не только увлекательным, но и полезным для развития творческих и логических навыков.
Однако при диаметре около 8 ангстрем силы Ван-дер-Ваальса со стороны стенок заставляют молекулы воды собираться в определенные квадратные структуры». Подобный «нанотрубный лед» может пригодиться при создании молекулярных машин или в качестве крошечных капилляров, а также для обеспечения доставки строго определенного количества молекул и растворенных в них веществ для медицинских целей, то есть в виде наномасштабного шприца. Понравился материал? Добавьте Indicator. Ru в «Мои источники» Яндекс.
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. Структура жидкой воды. В воде кластеры периодически разрушаются и образуются снова. Время перескока составляет 10-12 секунд. Изучить строение этих образующихся ассоциатов 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. 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.
Модели молекул исследуемых жидкостей
Энергия системы есть функция координат ядер, установленная в многомерном пространстве, которая равна сумме энергий всех парных взаимодействий атомов. 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.
На положение поверхности вращения влияет также расположение центра масс, относительно которого происходит вращение молекулы. Он несколько сдвинут в сторону атомов водорода. Адекватность представленной модели молекулы воды также подтверждается данными по её динамике. Для воды характерны три частоты поглощения в инфракрасной области 1595, 3657 и 3756 см-1. Анализируя представленную на рис.
Излучение с частотой 1595 см-1 возможно обусловлено орбитальным движением самой молекулы воды в ассоциате, который по литературным данным [1] состоит из 4-х молекул. Выполним оценочный расчёт для проверки выдвинутых предположений. Полученная величина весьма близка к справочным значениям 3657 и 3756 см-1, так что действительно можно полагать, что атомы водорода в молекуле воды обращаются по экваториальной орбите, отстоящей от ядра атома кислорода на 96 пм. Небольшое отличие между значениями справочных величин между собой, видимо, вызвано некоторыми различиями радиусов, угла наклона или эксцентриситета орбит. Другая частота, выражаемая волновым числом 1595 см-1, судя по её величине, отражает орбитальное движение молекулы воды в ассоциате.
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. На рисунке ниже показано строение три-, тетра-, пента-, и гексамера воды. Все они цикличны, т. 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.
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. 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.
ABC: Появились доказательства того, что вода состоит из двух жидкостей
«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. «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. Если рассмотреть модель молекулы воды, особенности ее строения, можно сказать, что она представляет собой две единицы одновалентных ионов водорода и один двухвалентный ион кислорода, а формула выглядит так: H2О. 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. Ионы в водном растворе обычно окружены четырьмя-шестью молекулами воды, но ученым неясно, движутся ли они как единое целое. Надо отметить, что примененная ими модель фиксирует все взаимодействия атомов углерода между собой, а также с тремя атомами и молекулой воды.
Модель воды
Как двигается молекула в поле рентгеновского излучения и какова структура жидкостей - всё это нужно для понимания механизмов взаимодействия излучения с веществом и структурой сложных молекулярных систем. Так, наблюдая за молекулярным движением, ученые используют динамический вращательный эффект Доплера. Наличие изолированных колебательных состояний в Оже-переходах даёт уникальный способ изучения индуцированного молекулярного вращения. Теоретические предсказания подтверждаются на практике. При помощи современных синхротронов и экспериментальной методики есть возможность изучать сверхбыстрое молекулярное вращение во льду, в газообразном и жидком состоянии воды. Применяя Оже-спектроскопию и рентгеновскую фотоионизацию, специалисты рассматривают поведение молекул воды при высоких энергиях фотонов. Фарис Хафизович Гельмуханов — доктор физ-мат. Красноярск , приглашенный исследователь, профессор отделения теоретической химии и биологии Королевского технологического института в Стокгольме Швеция. Выпускник Новосибирского государственного университета , бывший сотрудник Института автоматики и электрометрии г.
Новосибирск — рассказал об актуальных исследованиях по изучению атомных связей в молекуле воды, которые проходили в сотрудничестве с зарубежными специалистами, использующими новейшее оборудование. Ряд исследований международной команды ученых представлен несколькими значимыми публикациями. Фарис Гельмуханов пояснил, как меняется молекулярная ориентация, в частности, как возникает индуцированная отдача молекулярного вращения и каковы отличительные особенности Оже-спектров молекулы: Рис. Эффект Допплера мы наблюдаем и в повседневной жизни: если машина скорой помощи с включённой сиреной приближается к вам, вы слышите высокую частоту. Как только автомобиль проедет мимо — вы слышите низкий звук см. Поскольку молекулы двигаются, эффект Допплера можно наблюдать и по характерному сдвигу частоты или энергии испущенного фотона или электрона. Важно отметить, что эффект Допплера можно наблюдать как при поступательном движении молекул, так и при их вращении вращательный эффект Допплера. Однако длительное время считалось невозможным обнаружить вращения в рентгеновских спектрах в силу сверхбыстрого характера рентгеновского процесса, длительность которого была слишком короткой по сравнению с периодом медленных молекулярных вращений.
Профессор выделяет два ключевых момента исследованного явления: «Первый момент заключается в переводе молекулы в состояние сверхбыстрого вращения. Для этого исследователи ионизовали молекулу CO фотонами большой энергии около 10 кэВ. Подобно снаряду, вылетевший из атома углерода быстрый фотоэлектрон, сообщил этому атому момент импульса. В результате этой отдачи, молекуле была сообщена большая скорость вращения с характерной вращательной температурой, близкой к температуре на поверхности солнца 10 000 K ». Быстрый фотоэлектрон при вылете из атома углерода красный шарик толкает за счет отдачи и приводит к сверхбыстрому вращению молекулы CO. Через 8 fs влетает Оже-электрон.
Излучение с частотой 1595 см-1 возможно обусловлено орбитальным движением самой молекулы воды в ассоциате, который по литературным данным [1] состоит из 4-х молекул. Выполним оценочный расчёт для проверки выдвинутых предположений. Полученная величина весьма близка к справочным значениям 3657 и 3756 см-1, так что действительно можно полагать, что атомы водорода в молекуле воды обращаются по экваториальной орбите, отстоящей от ядра атома кислорода на 96 пм. Небольшое отличие между значениями справочных величин между собой, видимо, вызвано некоторыми различиями радиусов, угла наклона или эксцентриситета орбит.
Другая частота, выражаемая волновым числом 1595 см-1, судя по её величине, отражает орбитальное движение молекулы воды в ассоциате. Существование ассоциатов в воде в связи с её аномальными тепловыми свойствами высокие значения теплоёмкости, температур плавления и кипения считается весьма вероятным. Оценим возможную частоту обращения молекулы воды в ассоциате, используя для этого уравнение 4. За радиус орбиты примем расстояние между атомами кислорода в воде, равное 285 пм, которое установлено рентгенографически с достаточной точностью [1]. Полученный результат является дополнительным доводом в пользу правильности предложенной модели молекулы воды. Выводы 1.
В рамках изучения специалисты создали слои воды толщиной 100 нм и заставили молекулы вибрировать благодаря инфракрасному лазеру, а потом разрушали их короткими импульсами высокоэнергетических электронов от SLAC MeV-UED. Как заявили авторы новой научной работы, их результаты приближают понимание свойств воды, которые играют главную функцию в ключевых химических и биологических процессах. Статья опубликована на страницах издания Nature.
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. Кроме льдоподобной структуры, жидкой воды и мономерных молекул, описан и третий элемент структуры — нететраэдрической.
Определенная часть молекул воды ассоциирована не в трехмерные каркасы, а в линейные кольцевые объединения. Кольца, группируясь, образуют еще более сложные комплексы ассоциатов. Изучение структуры жидкой воды еще не закончено; оно дает все новые факты, углубляя и усложняя наши представления об окружающем мире.
3d модель молекулы воды H2O для печати
Используя инструмент на борту Лунного орбитального аппарата НАСА (LRO), ученые наблюдали, как молекулы воды движутся вокруг светлой стороны Луны. Кластерная модель представляла жидкую воду как кластеры из молекул, связанных водородными связями, плавающих в объеме свободных молекул. Комплексы ион-вода колеблются медленно по сравнению с быстро движущимися молекулами воды. строение молекулы воды скачать с видео в MP4, FLV Вы можете скачать M4A аудио формат.
Орбитальная модель молекулы воды
Количество и местоположение варьируются в зависимости от времени суток. 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.
Исследователи считают, что этот механизм широко применим в природных водоемах. Это открытие бросает вызов существующим климатическим моделям и открывает путь к инновационным решениям в области чистой воды и энергии. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы полностью понять зависимость от цвета и изучить возможности применения различных материалов.
Iurii Chubak Ученые выяснили, как в растворах соли в воде движутся молекулы. Об этом сообщает пресс-служба Нью-Йоркского университета. Ионы — это атомы или группа атомов, имеющих электрический заряд. Они играют огромную роль в химии и особенно в живых организмах.
Также из них состоят все соли, в том числе поваренная.
Вода растворяет все! Во многом благодаря диэлектрической проницаемости, вода проявляет себя как универсальный растворитель. Ее растворяющему действию в той или иной мере подвластны и твердые тела, и жидкости, и газы. Постоянно соприкасаясь со всевозможными веществами, вода фактически всегда представляет собой раствор различного, зачастую очень сложного состава. Даже из свежевыпавшей дождевой воды можно выделить различные минеральные и органические вещества, растворенные в ней до нескольких десятков миллиграммов на литр.
В среднем в 1 л океанской воды растворено 34... Общее количество их настолько велико, что, выделенные из воды, они покрыли бы поверхность земного шара слоем стометровой толщины. Солевой состав речных и морских вод различен не только количественно, но и качественно. В пресных водах набор минеральных примесей выглядит иначе. 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.
Физики показали, что вода превращается в две жидкости при низких температурах
Ионы способствуют возникновению двух приповерхностных слоев, что влияет на ориентацию молекул воды. 3d-модель молекулы воды на черном фоне. © Guru3d / Фотобанк Лори. 3d illustration of a water molecule isolated on white background. Модель молекулы воды имеет форму треугольника. молекула воды Строение молекулы воды (рисунок справа). молекула воды Строение молекулы воды (рисунок справа). Учёные проследили за электронами в молекулах воды, чтобы уточнить последствия действия радиации на людей.
Продолжается изучение структуры воды
Ниже представлена подборка изображений, изображающих молекулу воды. молекулы воды 3d PNG, модель, вода, молекулы PNG картинки и пнг PSD рисунок для бесплатной загрузки. Стоковая иллюстрация: модель молекулы воды, научная или медицинская справка, 3d иллюстрация. В статье подробно разбирается уникальное строение молекулы воды, образованной двумя атомами водорода и одним атомом кислорода.