Используя данные Стратосферной обсерватории инфракрасной астрономии НАСА (SOFIA), ученые Юго-Западного научно-исследовательского института впервые обнаружили молекулы воды на поверхности астероида. Рассмотрена модель взаимодействия молекулы воды с кристаллической поверхностью оксида магния. уникальное искусство складывания бумаги, которое позволяет создать трехмерную модель молекулы воды.
Загадка молекулярной структуры воды
Модель молекулы воды, предложенная Нильсом Бором, показана на рис. 1.5. уникальное искусство складывания бумаги, которое позволяет создать трехмерную модель молекулы воды. Ученым из Великобритании удалось получить тонкие нити льда, в которых молекулы воды образуют правильные пятиугольные, а не шестиугольные ячейки. Комплексы ион-вода колеблются медленно по сравнению с быстро движущимися молекулами воды. 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 большинстве моделей воды с четырьмя участками используется расстояние ОН и угол НОН, совпадающие с таковыми для свободной молекулы воды.
Квантово-механические свойства воды - Вода Квантовая механика Молекула » 2024
У читателя может возникнуть вопрос: "А почему нельзя рассматривать разбиения плоскости и пространства на многоугольники многогранники разных типов? Пенроуз был одним из первых, кто рассматривал подобные разбиения. В этой связи и в связи с теорией, развиваемой А. Феликсоном, возникает вопрос об обобщении понятия разбиения Кокстера. 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.
Загадочный эффект воды впервые зафиксирован учеными на камеру Читать 360 в Специалисты Национальной ускорительной лаборатории SLAC при Министерстве энергетики США, Стэнфордского университета и Стокгольмского университета в Швеции впервые сфотографировали загадочный эффект воды. Они увидели, как атомы водорода в молекулах воды взаимодействуют с соседними молекулами при возбуждении лазерным светом. Об этом написал сайт NEWS.
Компьютерная модель дала возможность понять, как выглядит упорядоченная фаза на микроскопических, точнее, на наноразмерных масштабах.
И вновь учёных ждал сюрприз: оказалось, эта фаза крайне необычна. 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.
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. Выбор пола ребенка и клонирование людей: что вы думаете по спорным вопросам биоэтики? Пройдите опрос «Газеты.
Структура молекул воды и их ассоциатов
В одних случаях первый и второй осевые электроны атома кислорода отсутствуют в молекуле воды и их места занимают электроны атомов водорода. Но не исключено и присутствие этих электронов в молекуле воды, так как валентные электроны атомов, вступающих в связь, могут соединяться не только с протонами соседнего атома, но и с его валентными электронами. С учетом этого структура молекулы воды может отличаться количеством электронов в ней, и возникает необходимость дать названия этим структурам. Структуру молекулы воды с полным набором электронов назовем первой моделью рис. Существуют возможности формирования молекулы воды не с десятью, а с восемью электронами рис. Такую модель назовем второй. Схема второй разряженной модели молекулы воды Главные различия между первой рис.
Они играют огромную роль в химии и особенно в живых организмах. Также из них состоят все соли, в том числе поваренная. Ионы в водном растворе обычно окружены четырьмя-шестью молекулами воды, но ученым неясно, движутся ли они как единое целое. 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.
По их словам, эти связи обеспечивают жидкости ее необычные квантовые характеристики. Соавтор исследования Андерс Нильссон отметил, что хотя считалось, что в базе многих уникальных показателей воды находится ядерный квантовый эффект, их проект стал первым случаем его прямого наблюдения. 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.
Эта сложная сеть обеспечивает «странные» свойства воды, но до сегодняшнего дня никто не наблюдал напрямую, как молекулы взаимодействуют друг с другом. Возлюби ближнего своего Раньше было сложно наблюдать маленькие и быстрые движения водородных связей. Ученые создали струи воды толщиной в 100 нанометров примерно в 1000 раз тоньше, чем человеческий волос и заставили молекулы вибрировать с помощью лазерного луча. Камера фокусировалась на группе из трех молекул воды. Оказалось, когда возбужденная лазером молекула начинает вибрировать, ее атомы водорода притягивают атомы кислорода соседних молекул, а затем отталкивают. Фото: SLAC Исследователи надеются, что этот метод поможет разобраться в квантовой природе водородных связей.
"Nature Chemistry": опровергнута описанная в учебниках организация молекул воды
В молекуле воды кроме направлений ОН (две наи^ более вытянутые орбиты) выделяют направления орбит двух неподеленных пар электронов атома кислорода (менее вытянутые орбиты), которые расположены в плоскости, перпендикулярной плоскости протонов и. Учебные модели придется перерисовать после того, как группа исследователей обнаружила, что молекулы воды на поверхности соленой воды организованы иначе, чем считалось ранее. Учёные проследили за электронами в молекулах воды, чтобы уточнить последствия действия радиации на людей. Ученые из Кембриджского университета и Института исследования полимеров Общества имени Макса Планка в Германии провели исследование, которое опровергло распространенную модель поведения молекул воды. Многие необычные характеристики воды объясняются тем, что ее молекулы связаны между собой особым типом нековалентных связей, получившем название водородной связи.
Молекула воды: удивительное строение простого вещества
Модель молекулы воды, предложенная Нильсом Бором, показана на рис. 1.5. Они обнаружили, что молекулы воды в жидкости с высокой плотностью образуют структуры, которые считаются «топологически сложными», такие как узел-трилистник (похоже на крендель) или связь Хопфа (напоминает звенья цепи). Ищите и загружайте самые популярные фото Модель молекулы воды на Freepik Бесплатное коммерческое использование Качественная графика Более 62 миллионов стоковых фото.
Категории статьи
- Химическое строение и свойства
- Ученые испарили воду светом без использования тепла
- 3d-модель молекулы воды на черном фоне
- Химическое строение и свойства
- Эту иллюстрацию можно купить в следующих форматах:
Фото по запросу Модель молекулы воды
Ученые Юго-Западного исследовательского института заявили об интригующей находке — они обнаружили молекулы воды на поверхности космических камней. Ученым из Великобритании удалось получить тонкие нити льда, в которых молекулы воды образуют правильные пятиугольные, а не шестиугольные ячейки. Ученые из Кембриджского университета и Института исследования полимеров Общества имени Макса Планка в Германии провели исследование, которое опровергло распространенную модель поведения молекул воды. Ученым из Великобритании удалось получить тонкие нити льда, в которых молекулы воды образуют правильные пятиугольные, а не шестиугольные ячейки. Согласно этой модели вода состоит из 1820 молекул воды, что в два раза больше, чем в модели Зенина. Комплексы ион-вода колеблются медленно по сравнению с быстро движущимися молекулами воды.
Продолжается изучение структуры воды
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.
Прежде чем дать их определение, обратимся к общему определению разбиения пространства на многогранники, поскольку в статьях [1, 2] его нет. Определение 1. Разбиением пространства на выпуклые многогранники называется такое его заполнение многогранниками, при котором каждая точка пространства принадлежит какому-либо многограннику и никакие два многогранника разбиения не имеют общей внутренней точки. Здесь мы будем рассматривать разбиения пространства и многогранников на многогранники особого рода - многогранники Кокстера. Определение 2. Выпуклый многогранник Р называется многогранником Кокстера, если все его двухгранные углы равны , где n - натуральное число, n 2.
Примеры многоугольников Кокстера: квадрат его углы равносторонний треугольник его углы и другие. Определение 3 4. Разбиением Кокстера пространства X выпуклого многогранника R называется его разбиение на многогранники Кокстера на конечное число многогранников Кокстера , при котором многогранники, имеющие общую грань, симметричны относительно этой грани. В скобках дано определение кокстеровского разбиения выпуклого многогранника Р, которое появилось совсем недавно в работах А. Феликсона см. Приведем примеры разбиения Кокстера плоскости и плоских многоугольников. Первый пример фактически приведен несколько сотен лет назад знаменитым немецким астрономом и математиком И. В 1611 году! Это был один из первых, если не самый первый образец научно-популярной литературы по математике.
Кеплер пишет: "Поскольку всякий раз, когда начинает идти снег, первые снежинки имеют форму шестиугольной звезды, на то должна быть определенная причина, ибо если это случайность, то почему не бывает пятиугольных или семиугольных снежинок? В последнем случае, как отмечает Кеплер, будут возникать щели, сквозь которые, например, к пчелам в улей сквозь соты будет проникать холод. Для этого разбивают правильный шестиугольник на три ромба, как показано на рис. Кеплер рассматривал именно такие ромбы, поэтому мы назовем их ромбами Кеплера поскольку есть еще ромбы Браве и Пенроуза. Гениальный Кеплер предвидел важную роль, которую будут играть ромбовидные тела в пространстве. Он писал: "Все пространство можно заполнить правильными ромбическими телами так, что одна и та же точка будет служить вершинами четырех пространственных углов с тремя ребрами, а также шести пространственных углов с четырьмя ребрами". Вернемся к плоским ромбам Кеплера. Ромб, изображенный на рис. Отсюда следует, что правильный шестиугольник можно разбить на шесть правильных треугольников Кокстера рис.
В работе А. Феликсона [4] многогранники, которые допускают кокстеровское разбиение, называются квазикокстеровскими. От всех подобных разбиений конечных фигур мы можем перейти к разбиениям всей плоскости.
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.
Из-за того, что нейтроны обладали очень высокой энергией, они успевали отразиться от встреченных на пути протонов до того, как последние успевали провзаимодействовать с окружающими их частицами. Таким образом, анализируя данные о рассеянии нейтронов после прохождения сквозь образец, ученые получали информацию о нативном распределении протонов по энергиям. Оказалось, что энергия сильно зависит от температуры: ее среднее значение было на 50 процентов больше предсказанного электростатической моделью при низких температурах, и на 20 процентов - при комнатной температуре. Внутри нанотрубок с диаметром 1,4 нанометра средняя энергия протонов оказалась на 30 процентов ниже, чем у воды, не помещенной в ограниченное пространство. Также исследователи проверили, как будут распределяться по энергиям протоны в воде, помещенной в особый мембранный материал Nafion, который используется для производства топливных элементов.
Ученые показали, что средняя энергия была на 30 процентов выше, чем у воды в "обычном" состоянии.
"Nature Chemistry": опровергнута описанная в учебниках организация молекул воды
| Физики записали, как молекулы воды движутся вокруг ионов соли | Молекула метана CH4 3d модель для печати. |
| Научная электронная библиотека | 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. |
| Физики построили универсальную модель воды | Учебные модели придется перерисовать после того, как группа исследователей обнаружила, что молекулы воды на поверхности соленой воды организованы иначе, чем считалось ранее. |
Опровергнута общепризнанная модель поведения молекул 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.
В узлы такой решётки помещают ультрахолодные атомы изучаемых веществ. Но исследователи из лаборатории терагерцовой спектроскопии МФТИ нашли другой, более рациональный путь. Они помещают отдельные молекулы воды, обладающие довольно большим дипольным моментом, в так называемую диэлектрическую матрицу. Её роль исполняет кристаллическая решетка цеолитов, содержащая периодически распределённые поры нанометрового размера. В результате получается твердотельный образец кристалл с находящимися в этих порах практически свободными молекулами воды так называемой нанолокализованной воды. Его очень удобно исследовать при различных не только очень низких температурах, включая комнатные, а также при различных внешних воздействиях под влиянием электрических полей, давления и др.
Электродипольная решётка, исследованная в данной работе, была создана на основе одного из цеолитов — кристалла кордиерита. При температуре 3 K в трёхмерной решетке нанолокализованных молекул воды учёные обнаружили все характерные признаки сегнетоэлектрического фазового перехода типа «порядок — беспорядок». Кристалл кордиерита.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Chemistry. Специалисты изучили, как ионы в растворах, называемых электролитами, влияют на распределение молекул воды на границе, контактирующей с воздухом.
Для этого они применили модифицированный метод генерации суммарной частоты колебаний VSFG.
Несмотря на высокую мощность современных суперкомпьютеров, для создания моделей ученые 18 месяцев занимались необходимыми вычислениями. В симуляциях, когда температура была еще далека от точки замерзания, плотность воды начала сильно колебаться.
В итоге ученым удалось обнаружить критическую точку, которую они искали в двух разных компьютерных моделях воды. При этом для поиска критической точки воды в обеих моделях были применены разные вычислительные подходы. Как и при переходе от жидкой фазы к газовой фазе, ледяная вода может переходить в две разные фазы, в зависимости от того, как перегруппировались ее молекулы.
Таким образом, в жидкости низкой плотности четыре молекулы группируются вокруг центральной молекулы, образуя тетраэдр. Однако в жидкости с более высокой плотностью в игру вступает шестая молекула, что приводит к увеличению ее плотности. В своей статье исследователи пишут, что «в пределах наших вычислительных возможностей было доказано существование метастабильной критической точки в стадии глубокого охлаждения молекул воды».
Естественно, теперь этот вывод должен быть подтвержден другими экспериментами, как говорят ученые, «использующими более точные и дорогие вычислительные средства».
ABC: Появились доказательства того, что вода состоит из двух жидкостей
Водородные связи во многом обусловливают аномальные физические свойства воды. Исходя из этого, следует предположить, что внутри воды должны быть пустоты, где нет молекул Н2О, то есть воде присуща особая структура. Это принципиальное открытие было сделано английским физиком Берналом. С тех пор в этой области проведено множество исследований, но полной ясности в этом вопросе еще нет. Отличительная черта водородной связи — сравнительно низкая прочность, ее энергия в 5—10 раз ниже, чем энергия химической связи. По энергии она занимает промежуточное положение между химическими связями и Ван-дер-ваальсовыми взаимодействиями, теми, что удерживают молекулы в твердой или жидкой фазе. Поскольку каждая молекула воды имеет четыре центра образования водородной связи две неподелённые электронные пары у атома кислорода и два атома водорода , то каждая молекула воды способна образовывать водородные связи с четырьмя молекулами воды, образуя ажурный сетчатый каркас в молекуле льда.
Заказать работы Рис. Каждая молекула воды способно образовывать водородные связи с четырьмя соседними молекулами В кристаллической структуре льда каждая молекула участвует в 4 водородных связях, направленных к вершинам тетраэдра. В центре этого тетраэдра находится атом кислорода, в двух вершинах — по атому водорода, электроны которых задействованы в образовании ковалентной связи с кислородом. Две оставшиеся вершины занимают пары валентных электронов кислорода, которые не участвуют в образовании внутримолекулярных связей. Водородные связи в кристаллической решётке льда В отличие от льда, в жидкой воде водородные связи легко разрушаются и быстро восстанавливаются, что делает структуру воды исключительно изменчивой. Именно благодаря этим связям в отдельных микрообъемах воды непрерывно возникают своеобразные ассоциаты воды - её структурные элементы.
Всё это приводит к неоднородности в структуре воды. Первым идею о том, что вода неоднородна по своей структуре, высказал Уайтинг в 1884 году. Когда в 20-е годы определили структуру льда, оказалось, что молекулы воды в кристаллическом состоянии образуют трёхмерную непрерывную сетку, в которой каждая молекула имеет четырёх ближайших соседей, расположенных в вершинах правильного тетраэдра. В 1933 году Дж. Бернал и П. Фаулер предположили, что подобная сетка существует и в жидкой воде.
Поскольку вода плотнее льда, они считали, что молекулы в ней расположены не так, как во льду, то есть подобно атомам кремния в минерале тридимите, а так, как атомы кремния в более плотной модификации кремнезёма — кварце. Таким образом, модель Бернала — Фаулера сохранила элемент двухструктурности, но главное их достижение — идея непрерывной тетраэдрической сетки. Тогда появился знаменитый афоризм И. Открыть мини-сайт на портале Pandia для ведения проекта. PR, контент-маркетинг, блог компании, образовательный, персональный мини-сайт. Регистрация бесплатна Только в 1951 году Дж.
Попл создал модель непрерывной сетки, которая была не так конкретна, как модель Бернала — Фаулера. Попл представлял воду как случайную тетраэдрическую сетку, связи между молекулами в которой искривлены и имеют различную длину. Модель Попла объясняет уплотнение воды при плавлении искривлением связей. Когда в 60—70-е годы появились первые определения структуры льдов II и IX, стало ясно, как искривление связей может приводить к уплотнению структуры. Модель Попла не могла объяснить немонотонность зависимости свойств воды от температуры и давления так хорошо, как модели двух состояний.
Гармонический осциллятор в квантовой механике представляет собой квантовый аналог простого гармонического осциллятора. В нем рассматривают не силы, действующие на частицу, а гамильтониан, то есть полная энергию системы. При этом считается, чтопотенциальная энергия квадратично как и в классическом случае зависит от координат. Модель квантового гармонического осциллятора служит первым приближением для описания колебательного движения в молекулах и является одной из немногих систем, для которой может быть получено точное решение уравнения Шредингера. Поделиться В рамках новой работы исследователи во главе с Владом Соханом Vlad Sokhan из NPL применили для описания молекул воды квантовые осцилляторы Друде - следующую итерацию классической модели, основанной на частице Друде, в которой вместо классических осцилляторов подставлены квантовые. Для учета глобальных эффектов ученые использовали разветвленную сеть водородных связей.
Кристаллы соли приобретают свои кристаллические свойства благодаря ионной связи между ионами натрия и хлорида, металлы, такие как железо или медь, получают свою прочность благодаря металлическим связям между атомами железа или меди, а эластичность каучуков обеспечивается гибкими связями внутри полимеров, из которых состоит каучук. 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.
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.