Исследователи из NASA и Немецкого космического агентства DLR впервые обнаружили молекулы воды на поверхности астероидов. Это заполняющая пространство (CPK) модель молекулы воды. Ученые создали струи воды толщиной в 100 нанометров (примерно в 1000 раз тоньше, чем человеческий волос) и заставили молекулы вибрировать с помощью лазерного луча.
Активированная вода
- Опровергнута общепризнанная модель поведения молекул воды: Наука: Наука и техника:
- Компьютерная модель взаимодействия молекул воды
- Квантово-механические свойства воды
- Журнал «За науку»: Обнаружено новое фазовое состояние нанолокализованной воды
- РАЗБИЕНИЕ КОКСТЕРА, СИСТЕМЫ КОРНЕЙ И ТАЛАЯ ВОДА | Наука и жизнь
"Nature Chemistry": опровергнута описанная в учебниках организация молекул воды
Для учета глобальных эффектов ученые использовали разветвленную сеть водородных связей. По их словам, в рамках их модели свойства жидкой воды возникают естественным образом при нормальных условиях. Вода обладает целым рядом необычных свойств, нетипичных для других жидкостей и играющей важнейшую роль в химических и биологических процессах. Так, максимум ее плотности достигается при температуре в 4 градуса Цельсия выше точки замерзания , позволяя водоемам замерзать сверху вниз, что позволяет их обитателям выживать зимой. На данный момент многие из особенностей воды, благоприятные для известных форм жизни, с теоретической точки зрения остаются недостаточно ясными.
Предпринимались многочисленные попытки понять, как именно молекула такой сравнительной простоты может вести себя столь сложным и необычным образом в широком диапазоне давлений и температур.
Вот про эту научную работу и поговорим в текущем материале. Все дело в том, что коллоиды — это частицы, которые могут быть в тысячу раз больше молекулы воды, и благодаря своим внушительным размерам и медленному движению, легко наблюдаются в лабораторные приборы.
Благодаря этим двум свойствам ученые и используют их для наблюдения и даже объяснения физических явлений, оные также по аналогии происходят в существенно меньших атомных и молекулярных масштабах. Так вот, загрузив все необходимые вводные данные в модель, ученые установили, что молекулы воды с повышенной плотностью формируют «топологически сложные структуры». Например, узел-трилистник, а также связь Хопфа отдаленно напоминает звенья цепочки.
В атомистическом моделировании многое завязано на взаимодействии между атомами системы. Для расчётов жидкостей часто применяются потенциалы межатомного взаимодействия. Создание потенциалов — отдельное искусство: при разработке авторы ориентируются на квантово-механические расчёты, потом проверяют, насколько хорошо модель воспроизводит экспериментальные данные. Оказалось, что популярные потенциалы плохо подходят для описания динамических свойств водных растворов простых сахаров, таких как сахароза и глюкоза.
Владимир Дещеня, магистрант МФТИ, сотрудник лаборатории многомасштабного моделирования в физике мягкой материи МФТИ, рассказывает: «Для исследования различных физических систем всё чаще применяются методы суперкомпьютерного моделирования. Точность достигаемых результатов при этом напрямую зависит от потенциала межатомного взаимодействия, который получается при помощи квантово-механических расчётов и экспериментов. Опираясь на последние улучшения различных потенциалов, описывающих взаимодействия атомов в жидкостях, мы подобрали подходящий для описания свойств раствора сахарозы в воде. Таким образом мы получили достоверную модель раствора».
Учёные применили свою модель для получения динамических и структурных характеристик водных растворов сахарозы, и результаты оказались близки к экспериментальным данным с достаточно высокой точностью.
Статья исследователей пока не опубликована в рецензируемом научном журнале, но ее препринт доступен на сайте arXiv. Коротко о работе пишет портал Physics World. Вода обладает рядом свойств, которые делают эту жидкость уникальной. В частности, H2O обладает максимальной плотностью при температуре плюс четыре градуса Цельсия. Благодаря этой особенности земные водоемы замерзают не снизу вверх, а сверху вниз, и в них в холодное время года могут обитать живые существа. Многие необычные характеристики воды объясняются тем, что ее молекулы связаны между собой особым типом нековалентных связей, получившем название водородной связи.
Другие новости
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. 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. Смотрите 62 онлайн по теме фото молекулы воды.
Интернет-издание о бизнесе, стартапах и IT-технологиях
- Ученые впервые обнаружили молекулы воды на астероидах
- Вода необычной формы может быть самой распространенной во Вселенной -
- Орбитальная модель молекулы воды (Аркадий Серков) / Проза.ру
- Орбитальная модель молекулы воды - YouTube
- Modeling of interaction between a water molecule and crystal surfaces
Физики доказали способность света испарять молекулы воды
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. Рассмотрена модель взаимодействия молекулы воды с кристаллической поверхностью оксида магния. Они увидели, как атомы водорода в молекулах воды взаимодействуют с соседними молекулами при возбуждении лазерным светом.
Загадочный эффект воды впервые зафиксирован учеными на камеру
Рис. 1. Модель молекулы талой воды. Первая модель эволюции поверхности Земли с высоким разрешением. Модель молекулы воды имеет форму треугольника.
Ученые впервые обнаружили молекулы воды на астероидах
Даже поваренная соль содержит их, как и все соли. В водных растворах могут двигаться от четырех до шести молекул воды вместе или по отдельности. Спектроскопия ядерного магнитного резонанса использовалась Алексеем Ершоу и его сотрудниками для определения и просмотра молекулярной структуры. Они обнаружили, что молекулы воды колеблются более триллиона раз в секунду вблизи ионов NaCl.
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. Поделиться: Подписывайтесь на «Газету.
Создание оригами молекулы воды требует точности и внимания к деталям, что делает этот процесс не только увлекательным, но и полезным для развития творческих и логических навыков. Модель молекулы воды из пластилина.
Шаг за шагом мы узнаем все больше, пытаясь заглянуть в самую суть вещей.
Поэтому пятиклассники обратились к основам и попробовали нарисовать модель молекулы воды в масштабе. На этом ребята не остановились и даже использовали 3D-печать! Моделирование оказалось совсем не простым; от пятого центра требовалось все их внимание и сосредоточенность. Но мы успешно справились с этой задачкой!
Ученые впервые нашли молекулы воды на астероидах
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. 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.
Согласно вариационным принципам в физике, система стремится к состоянию с наименьшей потенциальной энергией. При взаимодействии воды с поверхностью описанная пятиугольная структура формируется именно потому, что обеспечивает льду минимальное возможное значение потенциальной энергии. По словам исследователей, формирование ледяных кристаллов играет значительную роль в биологии и науках об атмосфере. Новые результаты позволят лучше понять, каким образом вода замерзает в присутствии каких-либо примесей.
Другое Влияние явной модели растворенного вещества на поведение растворенного вещества в биомолекулярном моделировании также широко изучалось.
Было показано, что явные модели воды влияли на специфическую сольватацию и динамику развернутых пептидов, в то время как конформационное поведение и гибкость свернутых пептидов оставались неизменными. Модель MB. Более абстрактная модель, напоминающая логотип Mercedes-Benz , которая воспроизводит некоторые особенности воды в двухмерных системах. Он не используется как таковой для моделирования «реальных» т.
Постоянно соприкасаясь со всевозможными веществами, вода фактически всегда представляет собой раствор различного, зачастую очень сложного состава. Даже из свежевыпавшей дождевой воды можно выделить различные минеральные и органические вещества, растворенные в ней до нескольких десятков миллиграммов на литр. В среднем в 1 л океанской воды растворено 34... Общее количество их настолько велико, что, выделенные из воды, они покрыли бы поверхность земного шара слоем стометровой толщины. Солевой состав речных и морских вод различен не только количественно, но и качественно. В пресных водах набор минеральных примесей выглядит иначе. Из газов в пресных и морских водах наиболее широко представлены кислород, азот, углекислый газ, сероводород. Этот ядовитый газ присутствует и в нижних слоях некоторых озер. В пресных и морских водах в небольших количествах имеются и разнообразные органические компоненты — растворимые соединения типа белков, сахаров, спиртов, углеводородов и т. Это продукты жизнедеятельности и распада животных и растительных организмов, населяющих водоемы и их берега, а также отходы промышленности и сельского хозяйства. Формирование кластеров воды Полярность молекул воды, наличие в них частично нескомпенсированных электрических зарядов порождает склонность к группировке молекул в укрупненные «сообщества» — ассоциаты. Оказывается, полностью соответствует формуле Н2O лишь вода, находящаяся в парообразном состоянии. Это показали результаты определения молекулярной массы водяного пара. Все остальные молекулы воды объединены в ассоциаты различной степени сложности, и их состав описывается общей формулой H2O x Непосредственной причиной образования ассоциатов являются водородные связи.
РАЗБИЕНИЕ КОКСТЕРА, СИСТЕМЫ КОРНЕЙ И ТАЛАЯ ВОДА
Упрощается и поиск оптимальных веществ по заданным свойствам. Учёные из МФТИ построили достоверную модель, позволяющую с приемлемой точностью прогнозировать уравнение состояния и коэффициенты переноса растворов сахаров. В атомистическом моделировании многое завязано на взаимодействии между атомами системы. Для расчётов жидкостей часто применяются потенциалы межатомного взаимодействия. Создание потенциалов — отдельное искусство: при разработке авторы ориентируются на квантово-механические расчёты, потом проверяют, насколько хорошо модель воспроизводит экспериментальные данные. Оказалось, что популярные потенциалы плохо подходят для описания динамических свойств водных растворов простых сахаров, таких как сахароза и глюкоза. Владимир Дещеня, магистрант МФТИ, сотрудник лаборатории многомасштабного моделирования в физике мягкой материи МФТИ, рассказывает: «Для исследования различных физических систем всё чаще применяются методы суперкомпьютерного моделирования.
Точность достигаемых результатов при этом напрямую зависит от потенциала межатомного взаимодействия, который получается при помощи квантово-механических расчётов и экспериментов. Опираясь на последние улучшения различных потенциалов, описывающих взаимодействия атомов в жидкостях, мы подобрали подходящий для описания свойств раствора сахарозы в воде.
Еще до открытия Пенроуза американский архитектор Ричард Бакминстер Фуллер в 1942 году! Увлекательный рассказ об этом изобретении можно прочитать в статье Александра Лейзеровича "Марка Фуллера", опубликованной в 2004 году в журнале "Знание - сила". Через два года после смерти Фуллера, в 1985 году, были открыты молекулы сфероидальной структуры, образованные многоугольниками с атомами углерода в вершинах см. В честь Фуллера их назвали фуллеренами, а молекулярные кристаллы, состоящие из них, - фуллеритами см. Спроецировав определенным образом здесь не уточняем каким кристалл фуллерита на плоскость, мы получим разбиение Пенроуза плоскости, если считать, как принято в кристаллографии, этот кристалл бесконечным.
В статье В. Белянина и Е. Романовой [2] говорится о разбиении Пенроуза и о связи ромбов Пенроуза с золотыми треугольниками. Поэтому в следующей их статье высказывается гипотеза о структуре молекулы талой воды. Зная, что существуют жидкие кристаллы, естественно добавить к указанной гипотезе еще одну: талая вода есть не что иное, как жидкий плоский квазикристалл. Постараемся доказать это математически. Разбиение Кокстера, кристаллы и квазикристаллы Если квазикристаллы связаны с разбиениями Пенроуза, то кристаллы связаны с так называемыми разбиениями Кокстера.
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.
По словам исследователей, ничего подобного ранее сделать не удавалось. В рамках исследования ученые получали сверхтонкий слой льда на металлической поверхности. Для этого специально подготовленная медная поверхность при температуре минус 172 градуса по Цельсию обрабатывалась водным паром. В результате подобной обработки на поверхности образовывались одномерные ледяные структуры толщиной всего в один атом и шириной около нанометра.
Ученые рассказали, что высокоточная электронная камера поспособствовала им в фиксации ионизации молекул воды. Им удалось заснять сверхбыструю реакцию, которую ранее при использовании различных методов отследить так и не удавалось. Возникновение ионизации происходит в процессе попадания высокоэнергетического излучения в молекулы воды.
Ученые из Великобритании получили необычные молекулы воды
Источник фото: Фото редакции Ранее считалось, что ионы располагаются непосредственно на поверхности раствора, формируя электрические поля, которые определяют структуру воды на границе раздела. Однако новые исследования показали, что на самом верху поверхности находится слой чистой воды, затем слой, обогащенный ионами, и только затем объемный раствор соли. Открытия этих ученых имеют важное значение для понимания различных процессов, происходящих на границе раздела атмосферы и океана.
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. 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.
Молекулы воды нашли на двух из них. Данные с оставшихся камней оказались слишком «зашумленными», чтобы сделать однозначный вывод. Грунт с «астероида апокалипсиса» впервые показали вживую Смотреть Группа ученых наблюдала спектральные характеристики, которые «однозначно связаны с молекулярной водой на астероидах Ирис и Массалия». Данные по этим двум космическим телам сравнили с аналогичными сведениями, добытыми из крупнейших кратеров в южном полушарии Луны. Вода на астероидах может быть связана с минералами, а также адсорбирована силикатами и захвачена или растворена в силикатном ударном стекле», — уточняет специалист.
Так, наблюдая за молекулярным движением, ученые используют динамический вращательный эффект Доплера. Наличие изолированных колебательных состояний в Оже-переходах даёт уникальный способ изучения индуцированного молекулярного вращения. Теоретические предсказания подтверждаются на практике. При помощи современных синхротронов и экспериментальной методики есть возможность изучать сверхбыстрое молекулярное вращение во льду, в газообразном и жидком состоянии воды. Применяя Оже-спектроскопию и рентгеновскую фотоионизацию, специалисты рассматривают поведение молекул воды при высоких энергиях фотонов. Фарис Хафизович Гельмуханов — доктор физ-мат.
Красноярск , приглашенный исследователь, профессор отделения теоретической химии и биологии Королевского технологического института в Стокгольме Швеция. Выпускник Новосибирского государственного университета , бывший сотрудник Института автоматики и электрометрии г. Новосибирск — рассказал об актуальных исследованиях по изучению атомных связей в молекуле воды, которые проходили в сотрудничестве с зарубежными специалистами, использующими новейшее оборудование. Ряд исследований международной команды ученых представлен несколькими значимыми публикациями. Фарис Гельмуханов пояснил, как меняется молекулярная ориентация, в частности, как возникает индуцированная отдача молекулярного вращения и каковы отличительные особенности Оже-спектров молекулы: Рис. Эффект Допплера мы наблюдаем и в повседневной жизни: если машина скорой помощи с включённой сиреной приближается к вам, вы слышите высокую частоту.
Как только автомобиль проедет мимо — вы слышите низкий звук см. Поскольку молекулы двигаются, эффект Допплера можно наблюдать и по характерному сдвигу частоты или энергии испущенного фотона или электрона. Важно отметить, что эффект Допплера можно наблюдать как при поступательном движении молекул, так и при их вращении вращательный эффект Допплера. Однако длительное время считалось невозможным обнаружить вращения в рентгеновских спектрах в силу сверхбыстрого характера рентгеновского процесса, длительность которого была слишком короткой по сравнению с периодом медленных молекулярных вращений. Профессор выделяет два ключевых момента исследованного явления: «Первый момент заключается в переводе молекулы в состояние сверхбыстрого вращения. Для этого исследователи ионизовали молекулу CO фотонами большой энергии около 10 кэВ.
Подобно снаряду, вылетевший из атома углерода быстрый фотоэлектрон, сообщил этому атому момент импульса. В результате этой отдачи, молекуле была сообщена большая скорость вращения с характерной вращательной температурой, близкой к температуре на поверхности солнца 10 000 K ». Быстрый фотоэлектрон при вылете из атома углерода красный шарик толкает за счет отдачи и приводит к сверхбыстрому вращению молекулы CO. Через 8 fs влетает Оже-электрон. Оже-спектр дает информацию о повороте оси молекулы за время жизни 1s-дырочного состояния 8 fs.
Ученые испарили воду светом без использования тепла
Нейтронное рассеяние и компьютерное моделирование выявили уникальное и неожиданное поведение молекулы воды, нетипичное для какого-либо из известных газов, жидкостей или твердых тел. Они помещают отдельные молекулы воды, обладающие довольно большим дипольным моментом, в так называемую диэлектрическую матрицу. 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). 268 шт Молекулярная модель набор DLS-9268 Органическая химия молекулы структура модели наборы для школы обучения исследования 9 мм серии. Они создали слои воды толщиной 100 нм и заставили молекулы вибрировать с помощью инфракрасного лазера, а затем разрушали их короткими импульсами высокоэнергетических электронов от SLAC MeV-UED.