уникальное искусство складывания бумаги, которое позволяет создать трехмерную модель молекулы воды.
Квантово-механические свойства воды - Вода Квантовая механика Молекула » 2024
Каждая молекула воды является миниатюрным диполем с высоким дипольным моментом. О сервисе Прессе Авторские права Связаться с нами Авторам Рекламодателям Разработчикам. 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.
"Nature Chemistry": опровергнута описанная в учебниках организация молекул воды
Кипячение устраняет только временную карбонатную жёсткость. Находит применение в быту. Качество тканей, стираемых в жесткой воде, и тканей, при отделке которых она применяется, ухудшается вследствие осаждения на тканях кальциевых и магниевых солей высших жирных к-т мыла.
Также определим безразмерные единицы измерения заряда, в которых. Поскольку единица измерения энергии соответствует К, то типичная температура 298К равна 3. Использовавшийся временной шаг имел значение , в размерных единицах это составляет с. Приведем безразмерные и размерные значения сил, использовавшихся в моделированиях. Значение силы на каждый атом изменялось от 2 в системе СИ это 6. Учитывая, что порог пластичности алмаза порядка 100 ГПа [1], для рассматриваемых значений давления можно считать приемлемым принятое в модели приближение абсолютной жесткости стенок.
Горизонтальная сдвигающая сила на каждый атом верхней пластины изменялась от 0. Для взаимодействия вода - алмаз учитывались взаимодействия атомов поверхностей только с сайтом О молекулы воды. Потенциал имеет ЛД вид 2. Экспериментально установлено, что алмаз имеет высокую гидрофильность [33].
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. В новом исследовании представлены доказательства существования фазового перехода жидкость-жидкость, происходящего в условиях переохлаждения. Две более или менее плотные жидкие формы Согласно теории, предложенной 30 лет назад для объяснения происхождения термодинамических аномалий воды, в переохлажденной области фазовой диаграммы воды существует линия фазового перехода первого рода жидкость-жидкость.
Эта линия разделяла бы две жидкие фазы, образованные сетью переходных водородных связей — жидкость низкой плотности LDL и жидкость высокой плотности HDL — и заканчивалась бы в критической точке жидкость-жидкость. Если в условиях переохлаждения существуют два жидких состояния, то их очень трудно наблюдать экспериментально: при таких низких температурах вода находится в метастабильном состоянии, и малейшее возмущение может вызвать затвердевание. Поэтому команда использовала компьютерное моделирование, чтобы определить, какие характеристики отличают две жидкости на микроскопическом уровне.
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. Оже-спектр дает информацию о повороте оси молекулы за время жизни 1s-дырочного состояния 8 fs.
Тем самым у нас будут молекулы сверхбыстрого вращения в противоположную сторону. Mы детектировали это вращение, измеряя энергию испущенного Оже-электрона см. Вращение молекулы сдвигает энергию Оже-электрона в сторону увеличения или уменьшения. Это зависит от направления вращения.
Taк как у нас половина молекулы крутится в одну сторону, а другая половина в противоположную сторону, то Оже-резонанс расщепляется на два пика см. Второй ключевой момент работы, по словам Фариса Гельмуханова, заключается «в детектировании этого угла поворота. В качестве такого временного детектора использовался тот самый Оже-электрон, вылетевший через приблизительно 8 фемтосекунд после ионизации. 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.
Загадка молекулярной структуры воды
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.
Статья опубликована на страницах издания Nature. Также МедиаПоток рассказывал, что обнаружена зародившая клеточную жизнь на Земле молекула.
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. На каждой грани такого куба существует уже по 24 центра образования водородных связей. Данные цифры были подтверждены экспериментально. На уровне 24 центров связывание по водородным связям практически прекращается ввиду того, что поверхность образований становится насыщенной нейтральной. Кластеры почти не взаимодействуют между собой, а скользят друг по другу, поэтому вода не отличается высокой вязкостью. В таком "режиме" из кластеров формируются метастабильные структуры, пример которых показан на рисунке 17 микроизображение в режиме фазового контраста. Рисунок 17 - Микроизображение объемной структуры воды. Теория Зенина хорошо объясняет электропроводные свойства воды, уменьшение плотности при плавлении, но плохо согласуется с большими значениями коэффициента самодиффузии и малым временем диэлектрической релаксации. Интересно, что по мнению Зенина, если степень возмущения структурных элементов воды недостаточна для перестройки всей структуры, то после снятия возмущения система релаксирует 30-40 минут до возвращения в исходное состояние. Если же переход к другому взаимному расположению структурных элементов воды оказывается энергетически выгодным, то оказанное воздействие отразится на новом состоянии. Альтернативную, но похожую теорию выдвинул М. В его теории структурные элементы - это икосаэдры. Кластеры из 100 молекул могут образовывать цепочки с уменьшенными напряжением и степенью деформации водородных связей. В дальнейшем теоретически формируются сети, как показано на рисунке 18. Рисунок 18 - Формирование упорядоченной сети кластерных образований икосаэдрической формы, формирующих структуру воды. Компьютерные расчеты.
И мы приходим к следующему определению. Определение 4. Обобщенным многоугольником Кокстера называется многоугольник, у которого углы равны рациональным частям вида p и q - натуральные числа. Действительно, вопрос: а есть ли еще другие обобщенные треугольники Кокстера? Теперь естественно обобщить определение разбиения Кокстера плоскости и многоугольника. Оно настолько просто, что мы его здесь даже не приводим. В определении 3 вместо слов "многоугольник Кокстера" следует писать "обобщенный многоугольник Кокстера". Из приведенных выше рисунков ромбов Пенроуза сразу вытекает, что они допускают разбиение на обобщенные треугольники Кокстера - золотые треугольники. А так как всю плоскость можно разбить на ромбы Пенроуза двух типов, существует разбиение плоскости на золотые обобщенные треугольники двух типов, показанные на рис. В заключение посмотрим, как молекулы воды могут образовать квазикристалл. Как уже отмечал Кеплер, снежинки не могут иметь правильную пятиугольную форму, так как правильными пятиугольниками нельзя осуществить разбиение плоскости. В духе работы [4] пятиугольник на рис. Но ромбы Пенроуза появляются! Чтобы их получить, присоединим к золотым треугольникам, на которые разбивается наш пятиугольник , симметрично такие же треугольники, как показано на рис. Интересно, что Кеплер рассматривал и звездчатые многогранники! Самый знаменитый из них в переводе с латинского назывался "утренняя звезда". Мы видим из этого примера, что при рассмотрении разбиений не обязательно рассматривать, как это обычно делается, выпуклые многогранники. Подсчитаем, глядя на рис. Она равна 4. Следовательно, оставшийся угол при вершине В равен. Так мы получаем алгоритм разбиения плоскости на золотые треугольники двух типов, ромбы Пенроуза двух типов. Поэтому можно высказать предположение, что двухмерные жидкие квазикристаллы, как и снежинки, образуются по этому алгоритму самой природы. Это предположение еще более подтверждается, если ввести в рассмотрение внутреннюю симметрию, которой обладают кристаллы и квазикристаллы. Используя разбиения Кокстера и другой аппарат современной математики, удастся изучить симметрию двухмерных плоских кристаллов и квазикристаллов, а при выходе в трехмерное пространство - симметрию фуллеренов и фулллеритов. Литература 1. Белянин В. Золотая пропорция.
Другие новости
Как сообщает информационное издание «МедиаПоток», специалистами Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики США впервые была зафиксирована ионизация молекул воды. Как сообщает информационное издание «МедиаПоток», специалистами Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики США впервые была зафиксирована ионизация молекул 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.
РАЗБИЕНИЕ КОКСТЕРА, СИСТЕМЫ КОРНЕЙ И ТАЛАЯ ВОДА
"Используя наблюдения ALMA с высоким разрешением, мы изучили молекулярный газ в этой паре галактик и обнаружили молекулы воды и монооксида углерода в большей из них", – рассказал ведущий автор исследования Шривани Яругула (Sreevani Jarugula). Исследователи из NASA и Немецкого космического агентства DLR впервые обнаружили молекулы воды на поверхности астероидов. Это заполняющая пространство (CPK) модель молекулы воды. Используя инструмент на борту Лунного орбитального аппарата НАСА (LRO), ученые наблюдали, как молекулы воды движутся вокруг светлой стороны Луны. Согласно этой модели вода состоит из 1820 молекул воды, что в два раза больше, чем в модели Зенина. это в два раза больше, чем в модели Зенина.
Компьютерная модель взаимодействия молекул воды
| Модель молекулы воды | Модель водного раствора сахарозы с массовой долей 30%, включающей 12 молекул сахарозы и 532 молекулы воды, использованная для расчётов на суперкомпьютере. |
| Ученые испарили воду светом без использования тепла | 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. |
Модель молекулы воды
Поэтому пятиклассники обратились к основам и попробовали нарисовать модель молекулы воды в масштабе. Главная/Новости/Исследование подтверждает, что вода может принимать две различные жидкие формы. Согласно этой модели вода состоит из 1820 молекул воды, что в два раза больше, чем в модели Зенина. В эксперименте Национальной ускорительной лаборатории SLAC в США ученые впервые напрямую наблюдали, как возбужденные атомы водорода в молекуле воды.
Фото и Изображения - Молекула воды
Учёные проследили за электронами в молекулах воды, чтобы уточнить последствия действия радиации на людей. Модель молекулы воды, предложенная Нильсом Бором, показана на рис. 1.5. 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.
Ученые США и Швеции наблюдали взаимодействие между молекулами воды на атомном уровне
| Компьютерная модель взаимодействия молекул воды | До сих пор эксперименты с использованием реальных молекул воды для проверки второй критической точки «суперохлаждения» воды не могли дать однозначных доказательств его существования. |
| Ученые научились управлять фуллереном при помощи одной молекулы воды | Нанотехнологии Nanonewsnet | Большинство моделей воды с четырьмя участками используют расстояние OH и угол HOH, которые соответствуют расстояниям свободной молекулы воды. |
| Физики построили универсальную модель воды | Ученым из Великобритании удалось получить тонкие нити льда, в которых молекулы воды образуют правильные пятиугольные, а не шестиугольные ячейки. |
| Ученые зафиксировали движение молекул воды вокруг ионов соли | Используя данные Стратосферной обсерватории инфракрасной астрономии НАСА (SOFIA), ученые Юго-Западного научно-исследовательского института впервые обнаружили молекулы воды на поверхности астероида. |
Вода необычной формы может быть самой распространенной во Вселенной
Чтобы выяснить это, Алексей Ершоу и его коллеги использовали спектроскопию ядерного магнитного резонанса, которая позволяет определить и визуализировать молекулярные структуры. Помимо этого, авторы воспользовались компьютерным моделированием динамики движения молекул вокруг ионов солей в атомном масштабе. Исследуя соленую воду в широком диапазоне концентраций и температур и объединяя экспериментальные данные и компьютерное моделирование, исследователи обнаружили, что молекулы воды колеблются вокруг ионов NaCl с чрезвычайно высокой скоростью — более триллиона раз в секунду. Кроме того, ранее предполагалось, что ионы движутся вместе с окружающими их молекулами растворителя как единое целое, но эксперимент показал, что это не так: молекулы воды колеблются намного быстрее, чем комплекс ион-вода. Авторы надеются, что эта работа поможет ученым во всех областях, от медицины до хранения энергии — везде, где надо понимать динамику ионов в растворе.
С помощью уравнений, которые определила команда, они и другие исследователи теперь могут предсказывать механические свойства материалов на основе основных принципов физики. До сих пор это было верно в основном для газов благодаря хорошо известному общему газовому уравнению, известному ученым с XIX века.
Это исследование показывает, что на самом деле мы должны думать об этих деревьях и растениях как о башнях из воды, удерживающих сахара и белки на своих местах. Шахин сказал: «Это действительно мир воды». Дополнительная информация: Озгур Сахин, Твердые вещества гидратации, Природа 2023.
Эксперимент с жидкой водой показывает расщепление резонанса на два пика. В научной литературе получившийся дублет приписывается кластерам лёгкого и тяжёлого типов. Чтобы пролить свет на эту фундаментальную проблему, авторы работы провели эксперимент с парами воды, где нет водородных связей. В ходе исследования они измерили спектр резонансного неупругого рассеяния изолированной молекулы. Эксперименты привели к неожиданному результату и показали, что точно такое же расщепление резонанса на два пика присутствует в рентгеновских спектрах рассеяний молекул воды в газовой фазе. Таким образом, исследование свидетельствует о динамической природе расщепления резонанса и опровергает структурный механизм, тем самым демонстрируя, что структура воды однородна. Второй не менее важный результат этой работы — получение детальной структурной информации о том, как влияют водородные связи на силу OH-связи. Колебательная инфракрасная ИК спектроскопия — общепринятый инструмент для исследования водородных связей в жидкостях. Но в них ИК-спектроскопия показывает лишь наиболее интенсивный переход в состояние с минимальной энергией колебаний, которое «слабо чувствует» межмолекулярное взаимодействие. Спектроскопия резонансного неупругого рассеяния воды качественно отличается от ИК-спектроскопии тем, что, получив энергию от рентгеновского фотона, электрон кислорода переходит с самой глубокой орбитали на первую незанятую.
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. 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].
3d модель молекулы воды H2O для печати
| Опровергнута общепризнанная модель поведения молекул воды | | Учёные проследили за электронами в молекулах воды, чтобы уточнить последствия действия радиации на людей. |
| Объемная модель молекулы воды | Ионы в водном растворе обычно окружены четырьмя-шестью молекулами воды, но ученым неясно, движутся ли они как единое целое. |
| Физики смоделировали на суперкомпьютере водные растворы сахаров / Хабр | «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. |
| Строение Молекулы Воды скачать с mp4 mp3 flv | Ученые Кембриджского университета и Института исследования полимеров Общества имени Макса Планка в Германии обнаружили, что молекулы воды на поверхно. |
| Исследование подтверждает, что вода может принимать две различные жидкие формы | это в два раза больше, чем в модели Зенина. |