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. Ученые из Кембриджского университета и Института исследования полимеров Общества имени Макса Планка в Германии провели исследование, которое опровергло распространенную модель поведения молекул воды.
Вода на астероидах: как ученые впервые нашли молекулы воды на древних космических телах
В темноте явление отсутствовало. Собственно говоря, климатологи давно ломали копья в спорах о степени поглощения света облачной массой Земли и о влиянии всего этого на климат планеты. Данные были противоречивы и демонстрировали заметные расхождения между наблюдениями и моделями. С открытием фотомолекулярного эффекта всё может встать на свои места. Модели обретут недостающие контуры и будут соответствовать наблюдениям, а понимать эти процессы не просто важно, а принципиально необходимо, ведь на этом строится климатическая повестка со всеми вытекающими.
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. Показаны только атомы кислорода. Однако практически существование регулярных матриц в воде маловероятно.
Кластеры из 280 молекул также могут формировать цепочки, но с более напряженными водородными связями. Кластеры могут разрастаться в суперкластеры гигантские икосаэдры , примеры которых приведены на рисунке 19. Рисунок 19 - Гигантсские икосаэдры из молекул воды по М. В 2002 Беркли методом рентгеноструктурного анализа показала, что молекулы воды действительно способны образовывать структуры, представляющие собой топологические цепочки и кольца из множества молекул. Смирновым в бидистиллированной воде и некоторых растворах методами акустической эмиссии, лазерной интерферометрии и термического анализа удалось визуализировать надмолекулярные образования с размерами частиц от 1 до 100 мкм, распределенных в водной среде рисунок 20.
Свойства таких частиц были сходны со свойствами частиц, образующих эмульсию, поэтому они были названы "эмулонами". Микроизображения 2х2 мм. Размеры и пространственная организация эмулонов зависят от состава водного раствора, температуры и предыстории раствора. Наибольшее число фракций имеют размеры 30, 70 и 100 мкм. При этой температуре вода имеет наибольшую плотность.
Таким образом, с рассмотренной точки зрения жидкая вода - это дисперсная система, каждая форма которой существует в определенном температурном диапазоне. Как уже упоминалось ранее, наряду с кластерной развивалась клатратная теория, основоположником которой в 1946 году стал О. Он представлял структуру жидкой воды льдоподобной, полости которой частично заполнены мономерами одна полость - одна молекула воды. Каркас структуры нарушен тепловым движением молекул. Клатраты в целом не только вода делятся на два класса, зависящие от соединения-хозяина.
Молекулярные клатраты образуются "хозяевами", имеющими внутримолекуярные полости. Такие клатраты могут существовать как в растворе, так и в кристаллическом состоянии. Если "хозяин" способен образовывать только межмолекулярные или кристаллические полости, то из него получаются решетчатые клатраты рисунок 21 , устойчивые лишь в твердом состоянии.
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.
По словам Дебенедетти, это во многом связано с тем, что ледяная вода обычно превращается в лед. По этой причине исследователи решили прибегнуть к использованию компьютерных моделей. Процесс по-настоящему трудоемкий. 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.
ABC: Появились доказательства того, что вода состоит из двух жидкостей
| Продолжается изучение структуры воды • Игорь Иванов • Новости науки на «Элементах» • Физика | 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. |
| Сайт заблокирован хостинг-провайдером | 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. |
| Опровергнута самая популярная теория строения воды | Новости СФУ | Ионы в водном растворе обычно окружены четырьмя-шестью молекулами воды, но ученым неясно, движутся ли они как единое целое. |
| Модели молекул исследуемых жидкостей, Молекула воды | 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. |
Вода | Строение молекулы и структура воды в жидком, твердом и газообразном виде.
Каждая молекула воды может участвовать максимум в четырёх водородных связях: два атома водорода - каждый в одной, а атом кислорода - в двух; в таком состоянии молекулы находятся в кристалле льда. Строение молекулы воды [1] а - угол между связями O-H; б - расположение полюсов заряда; в - внешний вид электронного облака молекулы воды При испарении рвутся все оставшиеся связи. Для разрыва связей требуется большое количество энергии, отсюда высокая температура, удельная теплота плавления и кипения, высокая теплоёмкость. Вязкость воды обусловлена тем, что водородные связи мешают молекулам воды двигаться с разными скоростями. Строение электронного облака молекулы воды таково, что во льду каждая молекула связана четырьмя водородными связями с ближайшими к ней молекулами, координационное число молекул в структуре льда равно четырем. Тенденция каждой молекулы воды к окружению четырьмя ближайшими молекулами и к образованию с ними водородных связей сохраняется и в жидкости, исследования показали, что в воде сохраняется ближняя упорядоченность, свойственная структуре льда. Свойственное среднее расположение ближайших молекул ведет к очень рыхлой, ажурной структуре.
Однако создание решётки взаимодействующих между собой электрических диполей с целью её экспериментального исследования — непростая задача. Чаще всего физики применяют для этого так называемые оптические интерференционные ловушки. Они представляют собой периодическую структуру полей, возникающих в результате интерференции лазерного излучения. 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.
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. Таким образом, в молекуле воды различают четыре полюса зарядов: два отрицательных избыток электронной плотности в области кислородного ядра и два положительных недостаток электронной плотности у двух водородных ядер. Для большей наглядности можно представить, что полюса занимают вершины деформированного тетраэдра, в центре которого находится ядро кислорода рис. Общий вид электронного облака молекулы воды показан на рис. Вода - диполь: полярность воды Почти шарообразная молекула воды имеет заметно выраженную полярность, так как электрические заряды в ней расположены асимметрично. Под воздействием диполей воды в 80 раз ослабевают межатомные или межмолекулярные силы на поверхности погруженного в нее вещества. Иначе говоря, вода имеет высокую диэлектрическую проницаемость, самую высокую из всех известных нам соединений. Также, последние исследования установили полярность кластеров воды. Вода растворяет все!
Этот «фотомолекулярный эффект» может произвести революцию в нашем понимании изменения климата и промышленных процессов. Это новое открытие проливает свет на важнейший недостающий фрагмент головоломки. Команда провела эксперименты, показав, что свет, падающий на поверхность воды, может непосредственно высвобождать молекулы воды, вызывая испарение независимо от температуры. Последствия этого огромны.
Загадка молекулярной структуры воды
Модель водного раствора сахарозы с массовой долей 30%, включающей 12 молекул сахарозы и 532 молекулы воды, использованная для расчётов на суперкомпьютере. Результаты численного эксперимента с ионами описываются более простой моделью молекулы воды, представляющей собой электрический диполь, сдвинутый от центра молекулы. Каждая молекула воды является миниатюрным диполем с высоким дипольным моментом. Ученые создали струи воды толщиной в 100 нанометров (примерно в 1000 раз тоньше, чем человеческий волос) и заставили молекулы вибрировать с помощью лазерного луча. 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.
Ученые зафиксировали движение молекул воды вокруг ионов соли
строение молекулы воды скачать с видео в MP4, FLV Вы можете скачать M4A аудио формат. Water molecule (молекула воды) - Download Free 3D. В предыдущих работах рассматривались отдельные модельные молекулы, в настоящей работе рассмотрено движение трех молекул воды, помещенных внутрь фуллерена.
Модель молекулы воды
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! Сергей Кулишов Это даёт бешеную экономию при производстве тяжёлой воды.
Такие связи образуются между атомом водорода, который связан с так называемым электроотрицательным атомом в случае воды - с кислородом , и другим электроотрицательным атомом, находящимся в той же или соседней молекуле. Авторы новой работы проверяли, насколько хорошо модель, описывающая свойства воды только с опорой на водородные связи так называемая электростатическая модель , согласуется с данными экспериментов. Ученые отслеживали такой параметр как распределение протонов в молекулах воды по уровням кинетической энергии. Исследователи "загоняли" молекулы H2O в углеродные нанотрубки диаметром 1,6 нанометра, и подвергали систему воздействию высокоэнергетичных нейтронов, которые производил источник ISIS из лаборатории Резерфорда-Эпплтона в Оксфордшире, Великобритания. 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.
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.
Например, испарение океанской воды играет важную роль в химии атмосферы и науке о климате. Понимание этих реакций имеет решающее значение для усилий по смягчению воздействия человека на нашу планету.
Распределение ионов на границе раздела воздуха и воды может влиять на атмосферные процессы. Однако точное понимание микроскопических реакций на этих важных границах раздела до сих пор активно обсуждается. В статье, опубликованной в журнале Nature Chemistry, исследователи из Кембриджского университета и Института исследования полимеров Макса Планка в Германии показывают, что ионы и молекулы воды на поверхности большинства растворов соленой воды, известных как растворы электролитов, организованы в совершенно иным способом, чем традиционно понимается. Это может привести к улучшению моделей химии атмосферы и другим приложениям.
Молекула воды: удивительное строение простого вещества
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. Стоковая иллюстрация: модель молекулы воды, научная или медицинская справка, 3d иллюстрация. Используя данные Стратосферной обсерватории инфракрасной астрономии НАСА (SOFIA), ученые Юго-Западного научно-исследовательского института впервые обнаружили молекулы воды на поверхности астероида. Так вот, загрузив все необходимые вводные данные в модель, ученые установили, что молекулы воды с повышенной плотностью формируют «топологически сложные структуры». Нейтронное рассеяние и компьютерное моделирование выявили уникальное и неожиданное поведение молекулы воды, нетипичное для какого-либо из известных газов, жидкостей или твердых тел. Ионы в водном растворе обычно окружены четырьмя-шестью молекулами воды, но ученым неясно, движутся ли они как единое целое.
Модель воды
В расчетах использовались две наиболее распространенные в настоящее время модели воды: трехцентровая SPC/E и четырехцентровая TIP4P. "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). Краткое содержание Рассмотрена модель молекулы воды на основе представлений об орбитальном движении частиц под действием сил тяготения, подчиняющихся обратно квадратичному закону с константой тяготения равной 1,847.1028 см3/ гс2. Согласно этой модели вода состоит из 1820 молекул воды, что в два раза больше, чем в модели Зенина. Они увидели, как атомы водорода в молекулах воды взаимодействуют с соседними молекулами при возбуждении лазерным светом. молекулы воды 3d PNG, модель, вода, молекулы PNG картинки и пнг PSD рисунок для бесплатной загрузки.