Модель водного раствора сахарозы с массовой долей 30%, включающей 12 молекул сахарозы и 532 молекулы воды, использованная для расчётов на суперкомпьютере. В большинстве моделей воды с четырьмя участками используется расстояние ОН и угол НОН, совпадающие с таковыми для свободной молекулы воды. Ищите и загружайте самые популярные фото Модель молекулы воды на Freepik Бесплатное коммерческое использование Качественная графика Более 62 миллионов стоковых фото. 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. Используя данные Стратосферной обсерватории инфракрасной астрономии НАСА (SOFIA), ученые Юго-Западного научно-исследовательского института впервые обнаружили молекулы воды на поверхности астероида.
Ученые зафиксировали движение молекул воды вокруг ионов соли
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]. Также отмечалось, что используемая в экспериментах слюда также гидрофильна. Для имитации этих условий в модели использовались следующие значения величин: , , отвечающих вдвое большему притяжению молекул воды к атомам углерода, чем друг к другу. Для гладких поверхностей в модели не включалось их непосредственное взаимодействие друг с другом.
Молекула аргона Молекулы аргона моделировались упругими шарами, взаимодействие для которых имеет ЛД вид 2. Параметры в 2. Взаимодействие молекул аргона с атомами поверхностей считалось таким же, как и для воды.
Так, при замерзании вода взрывает бутылку. Вода с большим содержанием таких солей называется жёсткой, с малым содержанием — мягкой. Кипячение устраняет только временную карбонатную жёсткость.
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. Упорядоченное состояние представляет собой сосуществование сегнетоэлектрического красные ab-плоскости и антисегнетоэлектрического синяя bc-плоскость порядков. Сегнетоэлектрические листы чередуются антисегнетоэлектрическим образом вдоль оси с кристалла.
Определим энергию его взаимодействия с ионом, находящимся на расстоянии г от молекулы. Мы видим, что энергия связи асимметрична по отношению к знаку заряда иона. 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.
Молекула воды: удивительное строение простого вещества
Он может летать на высоте до 13,7 километров, где атмосфера уже не мешает наблюдениям. Они сделали удивительное открытие: на двух из них — Ирис и Массалия — они нашли молекулярную воду, то есть воду в виде свободных молекул H2O. Это важно, потому что раньше на астероидах находили только гидроксиль, то есть группу OH, которая может быть привязана к минералам или приклеена к поверхности. Молекулярная вода говорит о том, что на астероидах есть свободная вода, которая может быть заперта или растворена в стекле, образованном при столкновениях. Откуда взялась молекулярная вода на астероидах? Есть несколько возможных объяснений. Одно из них — это то, что вода была на астероидах с самого начала, когда они образовывались из солнечной туманности. Это значило бы, что вода была повсеместна в солнечной системе и могла достигать даже близких к солнцу областей. Другое объяснение — это то, что вода попала на астероиды позже, когда они сталкивались с другими телами, такими как кометы или астероиды с большим количеством льда.
Полинг в 1959 году создал другой вариант, предположив, что основой структуры может служить сетка связей, присущая некоторым кристаллогидратам.
В течение второй половины 60-х годов и начала 70-х наблюдается сближение всех этих взглядов. Появлялись варианты кластерных моделей, в которых в обеих микрофазах молекулы соединены водородными связями. Сторонники клатратных моделей стали допускать образование водородных связей между пустотными и каркасными молекулами. В 1990 г. Селивановский Ин-т прикладной физики РАН сформулировали гипотезу о существовании механохимических реакций радикальной диссоциации воды [Домрачев, 1995]. Они исходили из того, что жидкая вода представляет собой динамически нестабильную полимерную систему и что по аналогии с механохимическими реакциями в полимерах при механических воздействиях на воду поглощенная водой энергия, необходимая для разрыва Н-ОН, локализуется в микромасштабной области структуры жидкой воды. Поскольку диссоциация молекул воды и реакции с участием радикалов H и OH происходит в ассоциированном состоянии жидкой воды, радикалы могут иметь громадные десятки секунд и более продолжительности жизни до гибели в результате реакций рекомбинации [Blough et al. Таким образом, существуют достаточно убедительные свидетельства в пользу того, что в жидкой воде присутствуют весьма устойчивые полимерные структуры. Интересной особенностью этой модели является то, что из нее автоматически следует, что свободно растущие кристаллы воды, хорошо известные нам снежинки, должны обладать 6-лучевой симметрией.
В 2002 году группе д-ра Хэд-Гордона методом рентгеноструктурного анализа с помощью сверхмощного рентгеновского источника Advanced Light Source ALS удалось показать, что молекулы воды способны за счет водородных связей образовывать структуры - "истинные кирпичики" воды, представляющие собой топологические цепочки и кольца из множества молекул. Другая исследовательская группа Нильссона из синхротронной лаборатории всё того же Стенфордского университета, интерпретируя полученные экспериментальные данные как наличие структурных цепочек и колец, считает их довольно долгоживущими элементами структуры. Несмотря на то, что разные модели предлагают отличающиеся по своей геометрии кластеры, все они постулируют, что молекулы воды способны объединяться с образованием полимеров. Но классический полимер — это молекула, все атомы которой объединены ковалентными связями, а не водородными, которые до недавнего времени считались чисто электростатическими. Однако в 1999 г. А если в воде есть полимеры воды, то даже слабые воздействия на абсолютно чистую воду, а тем более ее растворы, могут иметь важные последствия. Такие процессы служат, в частности, причиной старения полимеров. Редко уточняют, что фрагментация полимеров при подобных воздействиях — явление нетривиальное. Так, например, интактные молекулы ДНК, составленных из сотен тысяч и миллионов мономеров-нуклеотидов, легко распадаются на более мелкие фрагменты от простого перемешивания препарата палочкой.
При этом, чем меньше фрагменты, тем более высокой плотности требуется энергия для дальнейшего дробления. Во всех случаях — и в длинных и в коротких полимерах разрываются химически идентичные ковалентные связи. Следовательно, если для разрыва ковалентной связи между двумя атомами в малой молекуле необходимо приложить энергию, эквивалентную энергии кванта УФили по меньшей мере видимого света, то такая же связь в полимере может разорваться при воздействии на него механических колебаний. В первом случае частота колебаний соответствует величинам порядка 1015 Гц, во втором — герцам — килогерцам. Значит, молекула полимера может выступать в роли своеобразного трансформатора энергии низкой плотности в энергию высокой плотности.
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. Предложена модель молекулы воды, в которой на расстоянии 96 пм от ядра атома кислорода по экваториальной орбите обращаются два атома водорода с орбитальной скоростью 0,7151. Радиус орбиты равен сумме ковалентных радиусов кислорода 66 пм и водорода 30 пм. Литература 1. ГН Зацепина, Физические свойства и структура воды, М, 1998, изд.
МГУ, с.
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. Способность молекул воды образовывать определенные структуры, основана на наличии так называемых водородных связей. Эти связи не химической природы. Они 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. Связь в таких ассоциатах называется водородной.
Она является очень слабой, легко разрушаемой, в отличие от ковалентных связей, например, в структуре минералов или любых химических соединений. Интересно, что свободные, не связанные в ассоциаты молекулы воды присутствуют в воде лишь в очень небольшом количестве. В основном же вода — это совокупность беспорядочных ассоциатов и «водяных кристаллов», где количество связанных в водородные связи молекул может достигать сотен и даже тысяч единиц. В основе же всего лежит тетраэдр простейшая пирамида в четыре угла. Именно такую форму имеют распределенные положительные и отрицательные заряды в молекуле воды. Группируясь, тетраэдры молекул H2O образуют разнообразные пространственные и плоскостные структуры. И из всего многообразия структур в природе базовой, судя по всему пока лишь не точно доказанное предположение является всего одна — гексагональная шестигранная , когда шесть молекул воды тетраэдров объединяются в кольцо. 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.
Запутывание, которое можно наблюдать в других жидкостях
- Загадочный эффект воды впервые зафиксирован учеными на камеру
- Молекула воды: удивительное строение простого вещества
- Продолжается изучение структуры воды
- 3d модель молекулы воды H2O для печати
Вода в нанотрубках приняла квадратную форму
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. Используя инструмент на борту Лунного орбитального аппарата НАСА (LRO), ученые наблюдали, как молекулы воды движутся вокруг светлой стороны Луны. Новинка 2024 года молекула воды(h2o) химическая модель химия биология молекулы структура модели обучающий эксперимент инструмент – цены, отзывы и видеообзоры. Они помещают отдельные молекулы воды, обладающие довольно большим дипольным моментом, в так называемую диэлектрическую матрицу. Молекула метана CH4 3d модель для печати. Объемная модель молекулы воды.
Физики показали, что вода превращается в две жидкости при низких температурах
Это важно, потому что раньше на астероидах находили только гидроксиль, то есть группу OH, которая может быть привязана к минералам или приклеена к поверхности. Молекулярная вода говорит о том, что на астероидах есть свободная вода, которая может быть заперта или растворена в стекле, образованном при столкновениях. Откуда взялась молекулярная вода на астероидах? Есть несколько возможных объяснений. Одно из них — это то, что вода была на астероидах с самого начала, когда они образовывались из солнечной туманности. Это значило бы, что вода была повсеместна в солнечной системе и могла достигать даже близких к солнцу областей. Другое объяснение — это то, что вода попала на астероиды позже, когда они сталкивались с другими телами, такими как кометы или астероиды с большим количеством льда. Это значило бы, что вода была более сосредоточена в дальних от солнца областях, и ее перенос был результатом динамических процессов в солнечной системе.
Автор не входит в состав редакции iXBT.
Fragment of the crystal surface is represented by the cluster model, that consists of a finite number of atoms belonging to the surface and the nearest atomic planes. Different cluster models containing from 9 to 24 atoms of magnesium oxide were considered. It is shown that the distance between the water molecule and the surface in equilibrium point is 3 A. Table 1. Keywords: molecular mechanics, intermolecular interaction potentials, adsorption, metal oxides.
В настоящее время крайне актуальным является изучение взаимодействия систем с большим числом частиц, таких как наноструктуры, молекулы белков и системы, моделирующие процессы в гетерогенном катализе. Клемешев, 2014 параметров, специально калиброванных для различных систем. Указанные выше системы пока еще невозможно рассмотреть строго в рамках квантовой механики с учетом всех видов взаимодействия. Поэтому большое значение имеют исследование возможности использования методов молекулярной механики и определение границы их применимости. В настоящей работе предложена методика моделирования взаимодействия поверхностного слоя кристаллической структуры оксида магния с адсорбированной молекулой воды в рамках силового поля, учитывающего атом-атомное взаимодействие с помощью модельных полуэмпирических потенциалов. Полученные результаты сравниваются с результатами более точных квантово-механических исследований.
Математическая модель. В молекулярной механике молекула - это изолированная система, состоящая из атомов, совершающих колебания относительно положений равновесия. Атомы представляются в виде материальных точек, обладающих определенными массой и зарядом, которые удерживаются вместе валентными и невалентными взаимодействиями. Сила, действующая на атом, равна градиенту энергии взаимодействия данного атома со всеми остальными, взятому с обратным знаком. Энергия системы есть функция координат ядер, установленная в многомерном пространстве, которая равна сумме энергий всех парных взаимодействий атомов. Она определяет поверхность потенциальной энергии.
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. DOI: 10.
В слоях с преимущественно радиальной ориентацией силовых линий поля орбитальные тела испытывают сопротивление, что сопровождается излучением волновой энергии и переходом на низлежащую разрешённую орбиту с меньшим уровнем потенциальной энергии. Они удалены друг от друга на расстояние 154 пм. Это расстояние предопределено с одной стороны силами микротяготения между ядрами атомов водорода и с другой стороны наличием разрешённых орбит в атомах водорода, расположенных на удалении 76,8 пм от их ядер см. При оценке размеров молекулы воды необходимо учитывать не только реальную поверхность атомов кислорода и водорода, но также радиус поверхности вращения 204 пм, определяемый выступами атомов водорода. 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.
Модель молекулы воды
| 3d модель молекулы воды H2O для печати | Модель молекулы воды, предложенная Нильсом Бором, показана на рис. 1.5. |
| Ученые из Великобритании получили необычные молекулы воды | Ионы в водном растворе обычно окружены четырьмя-шестью молекулами воды, но ученым неясно, движутся ли они как единое целое. |
| Исследование подтверждает, что вода может принимать две различные жидкие формы | | "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). |
Ученые испарили воду светом без использования тепла
Полученные результаты сравниваются с результатами более точных квантово-механических исследований. Математическая модель. В молекулярной механике молекула - это изолированная система, состоящая из атомов, совершающих колебания относительно положений равновесия. Атомы представляются в виде материальных точек, обладающих определенными массой и зарядом, которые удерживаются вместе валентными и невалентными взаимодействиями. Сила, действующая на атом, равна градиенту энергии взаимодействия данного атома со всеми остальными, взятому с обратным знаком.
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.
Исследование было недавно опубликовано в журнале Science. В своем исследовании ученые Пабло Дебенедетти и Гюль Х. Зерце из Принстонского университета и Франческо Шортико из Ла Сапиенца в Риме предполагают, что «вторая критическая точка воды» возникает при температурах от минус 83 до минус 100 градусов и при атмосферном давлении почти в 2 000 раз выше, чем давление над уровнем моря. Критическая точка — это единственное значение температуры и давления, при котором две фазы вещества становятся неразличимыми, и происходит это непосредственно перед тем, как вещество переходит из одной фазы в другую. Вода, например, имеет хорошо известную критическую точку при переходе от жидкости к пару. До сих пор эксперименты с использованием реальных молекул воды для проверки второй критической точки «суперохлаждения» воды не могли дать однозначных доказательств его существования. 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.
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. Нам не удалось обнаружить упорядочения молекулярных диполей в данной системе вплоть до самой низкой достигнутой нами температуры 0,3 К. Причиной тому — высокая симметрия гексагональная решётки этого кристалла и квантовомеханические явления, определяющие свойства молекул воды при столь низких температурах, — подчеркнул Михаил Белянчиков.
Эти поверхности потенциальной энергии вводятся в модели МД для беспрецедентной степени точности при вычислении физических свойств систем конденсированной фазы. Другая классификация многих моделей тел основана на расширении лежащих в основе электростатических свойств, например, модель SCME одноцентровое многополюсное расширение Вычислительные затраты Вычислительные затраты на моделирование воды возрастают с увеличением количества точек взаимодействия в модели воды. Время ЦП примерно пропорционально количеству межатомных расстояний, которые необходимо вычислить. При использовании моделей жесткой воды в молекулярной динамике существуют дополнительные затраты, связанные с удержанием структуры в ограниченном состоянии с использованием алгоритмов ограничения хотя при ограниченной длине связей часто можно увеличить время шаг.
GPS спутники нового поколения отправляются в космос
- История изучения молекулы воды
- Две более или менее плотные жидкие формы
- ПАМЯТЬ ВОДЫ
- Ученые обнаружили, что молекулы воды определяют материалы вокруг нас | DonbassWeb NEWS
Загадка молекулярной структуры воды
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. DOI: 10.
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. Сетка структурно и динамически неоднородна, не похожа на структуру кристаллов. Время жизни водородной связи в сетке составляет несколько пикосекунд 10-12 с. На рисунке 8 представлена принципиальная схема эволюции кластера.
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.
А так называемая «легкая» вода, напротив, образует в основном простейшие кольца, а это значит, что молекулы жидкости с пониженной плотностью не запутаны. 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?
Специальная программа градиентного спуска в 165-мерном пространстве приводила кластер к минимуму электростатической энергии. Работа программы заключалась в повороте каждой молекулы вокруг всех трех осей. Поворотом вокруг первой оси достигался минимум и происходил переход ко второй оси, а затем к третьей. Потом операция проводилась со второй молекулой и так далее. Весь цикл с 55 молекулами повторялся до тех пор, пока энергия не переставала уменьшаться. В результате становилась известной суммарная энергия кластера и энергия связи центральной молекулы. Каждая реализация случайного кластера давала различающиеся значения энергии. Было проведено 200 реализаций, результаты которых подвергнуты усреднению.
Энергия связи центральной молекулы позволяла определить давление насыщения при двух температурах и усреднялось именно давление насыщения. Поскольку моделирование можно считать вполне успешным, далее эта модель использовалась для изучения энергии связи молекул в водяной капле, находящейся под воздействием иона. Было установлено, что отрицательные ионы создают более сильную связь, особенно на малых расстояниях. Причина этой зарядовой асимметрии заключена в ненулевом квадрупольном электрическом моменте молекулы воды и смещении зарядов относительно центра молекулы. Обнаруженная зарядовая асимметрия может быть описана простой моделью диполя, сдвинутого от центра молекулы. Взаимодействие с соседними молекулами заменено воздействием упругой среды, в которую погружена молекула, с модулем упругости g. Определим энергию его взаимодействия с ионом, находящимся на расстоянии г от молекулы. Мы видим, что энергия связи асимметрична по отношению к знаку заряда иона. 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.
GPS спутники нового поколения отправляются в космос
- Ученые впервые увидели процесс, который обеспечивает «странные» свойства воды - Телеканал "Наука"
- Молекула воды: удивительное строение простого вещества
- Вода необычной формы может быть самой распространенной во Вселенной -
- Опровергнута общепризнанная модель поведения молекул воды: Наука: Наука и техника:
Другие новости
Модель молекулы воды имеет форму треугольника. Главная/Новости/Исследование подтверждает, что вода может принимать две различные жидкие формы. Учебные модели придется перерисовать после того, как группа исследователей обнаружила, что молекулы воды на поверхности соленой воды организованы иначе, чем считалось ранее. Они увидели, как атомы водорода в молекулах воды взаимодействуют с соседними молекулами при возбуждении лазерным светом.
Ученые научились управлять фуллереном при помощи одной молекулы воды
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. 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. В расчетах использовались две наиболее распространенные в настоящее время модели воды: трехцентровая SPC/E и четырехцентровая TIP4P. 3d-модель молекулы воды на черном фоне. © Guru3d / Фотобанк Лори. 3d illustration of a water molecule isolated on white background.
Фото и Изображения - Молекула воды
Используя инструмент на борту Лунного орбитального аппарата НАСА (LRO), ученые наблюдали, как молекулы воды движутся вокруг светлой стороны Луны. 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. Большинство моделей воды с четырьмя участками используют расстояние OH и угол HOH, которые соответствуют расстояниям свободной молекулы воды. Молекула воды Для объяснения свойств воды необходима картина распределения заряда в ее молекуле. Были предложены разнообразные модели, например, ST2, TIP3P и др., но до сих пор еще не существует единой модели, которая была бы способной удовлетворительно учесть. 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.