Строение молекулы воды Самая простая принятая сегодня модель молекулы воды – тетраэдр. РИА Новости, 26.08.2021. 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. В эксперименте Национальной ускорительной лаборатории SLAC в США ученые впервые напрямую наблюдали, как возбужденные атомы водорода в молекуле воды.
Учеными лаборатории SLAC впервые зафиксирована ионизация молекул H2O
Последние состоят из 912 молекул воды, которые по модели Зенина практически не способны к взаимодействию за счет образования водородных связей. Ученые из Кембриджского университета и Института исследования полимеров Общества имени Макса Планка в Германии провели исследование, которое опровергло распространенную модель поведения молекул воды. Это заполняющая пространство (CPK) модель молекулы воды.
Вода на астероидах: как ученые впервые нашли молекулы воды на древних космических телах
H2o или молекула воды внутри клетки фуллерен c60. молекула воды Строение молекулы воды (рисунок справа). Объемная модель молекулы воды. Они поместили отдельные молекулы воды, обладающие довольно большим дипольным моментом, в так называемую диэлектрическую матрицу. Используя инструмент на борту Лунного орбитального аппарата НАСА (LRO), ученые наблюдали, как молекулы воды движутся вокруг светлой стороны Луны.
Ученые научились управлять фуллереном при помощи одной молекулы воды
Лед в этом отношении совершенен. Рисунок 4 - Образование водородных связей между молекулами воды. Сплошные линии - ковалентные связи, точечные - направленные водородные связи. Расчетами установлено, что в любом объеме воды всегда найдется, по крайней мере, одна сплошная цепочка из водородных связей, пронизывающая весь объем. Если представить в виде этого объема мировой океан, то, согласно этого постулата, в нем точно найдется одна гигантская ассоциация молекул воды, опоясывающая земной шар. Известен афоризм И. Ленгмюра: "Океан - одна большая молекула". Сегодня достоверно установлено, что из каждых 10 молекул воды 8 по прежнему окружены соседями. В ходе современных физико-химических исследований были выявлены характерные структурные агрегаты воды, формирующиеся с помощью водородных связей.
Для формирования трехмерных структур необходимо, кроме способности молекул создавать водородные связи, выполнение еще двух условий. Этих связей должно быть не менее четырех на одну молекулу и геометрические размеры молекулы не должны противоречить оптимальным направлениям водородных связей. Вода удовлетворяет этим требованиям. Так, нагревая лед мы получаем смесь жидкой воды и кристаллов льда, температура которой останется неизменной до тех пор, пока все кристаллики не расплавятся. Это говорит о том, что подводимое нами тепло будет расходоваться в первую очередь на разрушение водородных связей льда. Структура воды в жидком виде. Жидкость, как известно, отличается от других агрегатных состояний вещества своей текучестью, то есть способностью неограниченно менять форму под действием касательных механических напряжений, сохраняя при этом объем. Жидкость способна течь даже под свей неподвижной поверхностью.
Молекулы жидкости не имеют своего строго определенного места, но, все же, им недоступна полная свобода перемещения, как в паре. Структура жидкости есть статистическая закономерность межмолекулярных расстояний и ориентаций, характерных для плотно упакованных систем. Эта теория оказалась верной лишь методологически, многие ее детали на практике не подтвердились. Однако, главное ее достижение - идея о наличии тетраэдрической сетки. В 1951 г. Попл предложил модель воды в виде непрерывной сетки рисунок 5 , отличной от модели Бернала и Фаулера. Отличия заключались в том, что сетка была случайной, связи в ней искривлены и имеют различную длину. Рисунок 5 - Модель жидкой воды Дж.
Попл объяснял уплотнение воды при плавлении искривлением связей. Однако, данная модель не могла объяснить нелинейность зависимости свойств воды от температуры и давления. Почти одновременно с идеей Попла возникли кластерные и клатратные модели, которые можно обозначить как "смешанные". Кластерная модель представляла жидкую воду как кластеры из молекул, связанных водородными связями, плавающих в объеме свободных молекул. В группе кластерных моделей выделяется теория Г. Немети и Х. Шераги рисунок 6. Отметим, что в данной модели разрушение одной водородной связи приводит к разрушению всего кластера.
Разрушение и образование кластеров происходит постоянно. Рисунок 6 - Кластерная модель Г. Кластерная модель не говорит о расположении молекул в гроздьях, но авторы предполагают наличие отдельных "роев". При этом постулируется тот факт, что большинство молекул должно быть тетракоординировано. Состояние молекул будет определяться количеством водородных связей, которые она образует 0-5. Удар по кластерной теории наносят исследования Г. Стэнли на основе теории перколяции протекания. Стэнли доказывает невозможность существования в воде изолированных кластеров.
Клатратная модель говорила о воде как о непрерывной сетке-каркасе связанных молекул, внутри которого содержались пустоты со свободными молекулами. Первую модель клатратного типа предложил О. Самойлов в 1946 году. В ее основе лежало представление о жидкой воде как о испорченной, размытой структуре льда Ih с частичным заполнением полостей мономерами. В процессе движения молекул решетка постоянно перестраивается. Настройкой свойств и концентраций микрофаз, а также параметрами пустот легко можно было объяснить все закономерности свойств воды. Сегодня существует еще много вопросов о воде в метастабильных состояниях, в частности - аморфных. Дальнейшее исследование структуры воды продолжается на основе компьютерного моделирования и численных экспериментов.
Сегодня на эту тему опубликовано несколько тысяч работ, среди которых оригинальными являются работы Г. В работах по моделированию воды используется 2 критерия: геометрический и энергетический. Пустоты в воде по результатам моделирования имеют тенденцию объединяться друг с другом, образуя еще более крупные пустоты, как показано на рисунке 7. Рисунок 7 - Размещение пустот в пространстве 3456 молекул при температуре 300К. По результатам компьютерного моделирования структуры воды можно сделать однозначные выводы, что в ней существует трехмерная сетка из молекул, соединенных водородными связями.
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. Поэтому водородные ядра — протоны — оказываются несколько оголенными, и здесь наблюдается недостаток электронной плотности.
Тот же принцип применим к таким материалам, как грибки, бактерии и древесина. Или так гласит история. Новая статья, опубликованная в Natureпереворачивает эту парадигму и утверждает, что характер многих биологических материалов на самом деле создается водой, которая пропитывает эти материалы. 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».
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.
"Nature Chemistry": опровергнута описанная в учебниках организация молекул воды
Модель молекулы воды advertisement Модель молекулы воды Вода образует водородные связи Благодаря водородным связям вода, являясь жидкостью, обладает аномальными свойствами При нагревании вода сжимается, при замерзании же расширяется, в то время как другие жидкости сжимаются. Так, при замерзании вода взрывает бутылку. Вода с большим содержанием таких солей называется жёсткой, с малым содержанием — мягкой.
Они обнаружили, что молекулы воды колеблются более триллиона раз в секунду вблизи ионов NaCl. Компьютерное моделирование соленой воды при различных концентрациях и температурах жидкости было объединено с экспериментальными данными исследователей. Ученые обнаружили, что, в отличие от того, что считалось ранее, ионы не движутся вместе с соседними молекулами растворителя. Комплексы ион-вода колеблются медленно по сравнению с быстро движущимися молекулами воды.
Ученые изучали влияние ионов электролитов на распределение молекул воды на поверхности солевого раствора. Они использовали модифицированный метод генерации суммарной частоты колебаний VSFG. Оказалось, что ионы, как положительно, так и отрицательно заряженные, создают два слоя на границе раздела раствора и воздуха.
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.
Ученые США и Швеции наблюдали взаимодействие между молекулами воды на атомном уровне
| Учеными лаборатории SLAC впервые зафиксирована ионизация молекул H2O | Учёные проследили за электронами в молекулах воды, чтобы уточнить последствия действия радиации на людей. |
| Вода необычной формы может быть самой распространенной во Вселенной - | Ищите и загружайте самые популярные фото Модель молекулы воды на Freepik Бесплатное коммерческое использование Качественная графика Более 62 миллионов стоковых фото. |
| РАЗБИЕНИЕ КОКСТЕРА, СИСТЕМЫ КОРНЕЙ И ТАЛАЯ ВОДА | Ионы в водном растворе обычно окружены четырьмя-шестью молекулами воды, но ученым неясно, движутся ли они как единое целое. |
| Ученые зафиксировали движение молекул воды вокруг ионов соли - INVOLTA TECHNOLOGIES | В результате молекулы воды отталкивают молекулы биологического вещества. |
Ученые из Великобритании получили необычные молекулы воды
Компьютерная модель состояния воды с высокой плотностью. Изображение: Andreas Neophytou et al. Ну что ж, будем ждать новых результатов данных экспериментов, а с уже проделанной работой ученых можно ознакомиться в материале, который был опубликован на портале Nature Physics. Понравился материал? Тогда не забудьте его оценить, а также подписаться на канал.
Дальше от солнца было холодно, и там формировались астероиды с большим количеством льда, углерода и других органических веществ. Изучая состав астероидов, мы можем узнать, как вода и другие элементы распределялись по солнечной системе во время ее зарождения. Это важно, потому что вода — это не только источник жизни, но и фактор ее развития. Вода может менять климат, эрозию, тектонику и другие процессы на планетах, делая их более или менее пригодными для жизни.
Кроме того, вода может быть переносчиком органических молекул, которые являются строительными блоками жизни. Поэтому зная, где и как много воды в космосе, мы можем лучше понять, как она появилась на Земле и каковы шансы найти ее на других планетах. Но как определить, есть ли вода на астероидах? Один из способов — это посмотреть на них через специальный прибор, который может измерять свет, исходящий от астероидов, в разных спектрах. Вода имеет особый спектр, который можно увидеть в инфракрасном свете.
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. В своем моделировании исследователи использовали коллоидную модель воды, а затем две распространенные молекулярные модели воды.
Члены с индексами и учитывают кулоновское взаимодействие между электрическими зарядами, связанными с сайтами, а также вклады ЛД типа: 2. Соответствующая сила определяется выражением: 2. Как часть молекулярного проектирования отрицательный заряд из сайта О был смещен на небольшую величину в сайт М, введенный именно с этой целью. Перейдем к безразмерным МД единицам измерения, удобным для решения задачи. Определим единицу измерения расстояния как имеющую значение , удовлетворяющее равенству , откуда. Единица измерения энергии. За единицу измерения массы выбираем массу молекулы воды г.
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.
Обнаружено новое фазовое состояние нанолокализованной воды
Модель водного раствора сахарозы с массовой долей 30%, включающей 12 молекул сахарозы и 532 молекулы воды, использованная для расчётов на суперкомпьютере. уникальное искусство складывания бумаги, которое позволяет создать трехмерную модель молекулы воды. Кластерная модель представляла жидкую воду как кластеры из молекул, связанных водородными связями, плавающих в объеме свободных молекул.
Ученые впервые обнаружили молекулы воды на астероидах
Изображение: Andreas Neophytou et al. Ну что ж, будем ждать новых результатов данных экспериментов, а с уже проделанной работой ученых можно ознакомиться в материале, который был опубликован на портале Nature Physics. Понравился материал? Тогда не забудьте его оценить, а также подписаться на канал. Спасибо за ваше внимание!
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. Почти шарообразная молекула воды имеет заметно выраженную полярность, так как электрические заряды в ней расположены асимметрично.
Для этого они применили модифицированный метод генерации суммарной частоты колебаний VSFG.
Оказалось, что как катионы положительно заряженные ионы , так и анионы отрицательно заряженные ионы , расположенные в приповерхностном слое, способствует разделению границы раздела на два различных слоя. Ранее считалось, что ионы располагаются на поверхности раствора, создавая электрические поля, которые определяют структуру воды на границе раздела.
Теперь подгоночные значения параметров g и b можно найти, сравнивая формулу для энергии взаимодействия с данными микромоделирования. В случае мелких капель их равновесие с паром наступает, когда его давление больше, чем давление насыщения, пар является пересыщенным. Это связано с двумя обстоятельствами.
Во-первых, вследствие поверхностного натяжения энергия связи молекул меньше и соответственно скорость испарения выше, чем в случае плоской поверхности. Во-вторых, коэффициент залипания вследствие того же натяжения меньше. При малых размерах капель пресыщение снижается из-за дополнительной связи с ионом. Таким образом, кривая пересыщения должна иметь максимум. Измеренные пороговые значения пересыщения см.
Мейсон Б. Физика облаков. Френкель Я. Кинетическая теория жидкостей. Ney E.
Пудовкин М. Svensmark H. Ермаков В. Ermakov V. V 102.
Гуревич А.
Обнаружено новое фазовое состояние нанолокализованной воды
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. Используя инструмент на борту Лунного орбитального аппарата НАСА (LRO), ученые наблюдали, как молекулы воды движутся вокруг светлой стороны Луны. Последние состоят из 912 молекул воды, которые по модели Зенина практически не способны к взаимодействию за счет образования водородных связей.
Химическое строение и свойства
- Опровергнута общепризнанная модель поведения молекул воды
- Категории статьи
- Опровергнута самая популярная теория строения воды
- РАЗБИЕНИЕ КОКСТЕРА, СИСТЕМЫ КОРНЕЙ И ТАЛАЯ ВОДА | Наука и жизнь
- Запутывание, которое можно наблюдать в других жидкостях