Ионы в водном растворе обычно окружены четырьмя-шестью молекулами воды, но ученым неясно, движутся ли они как единое целое.
Ученые зафиксировали движение молекул воды вокруг ионов соли
Расчеты показали, что молекула воды даже при температуре в 300 градусов по Кельвину постоянно находится в центре молекулы фуллерена. Результаты численного эксперимента с ионами описываются более простой моделью молекулы воды, представляющей собой электрический диполь, сдвинутый от центра молекулы. Трехмерная модель, которая демонстрирует, как молекулы воды выстраиваются в структуры с квадратными сечениями внутри нанотрубок. это в два раза больше, чем в модели Зенина.
"Nature Chemistry": опровергнута описанная в учебниках организация молекул воды
| Water Molecule Model - Сток картинки | В расчетах использовались две наиболее распространенные в настоящее время модели воды: трехцентровая SPC/E и четырехцентровая TIP4P. |
| Открыто новое состояние молекулы воды | Расчеты показали, что молекула воды даже при температуре в 300 градусов по Кельвину постоянно находится в центре молекулы фуллерена. |
3d-модель молекулы воды на черном фоне
Модель молекулы воды, предложенная Нильсом Бором, показана на рис. Свойства воды в основном зависят от величины водородных связей. Из-за большой разности электроотрицательностей атомов водорода и кислорода электронные облака сильно смещены в сторону кислорода. По этой причине, а также из-за того, что ион водорода не имеет внутренних электронных слоев и обладает малыми размерами, он может проникать в электронную оболочку отрицательно поляризованного атома соседней молекулы. Благодаря чему, каждый атом кислорода притягивается к атомам водорода других молекул и наоборот. 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.
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 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.
Безводные, или сухие, силикатные астероиды формируются вблизи Солнца, в то время как ледяные материалы скапливаются дальше. Понимание расположения астероидов и их состава позволяет понять, как распределялись и эволюционировали материалы в солнечной туманности с момента ее образования.
Ученые обнаружили, что молекулы воды определяют материалы вокруг нас
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. Ученым из Великобритании удалось получить тонкие нити льда, в которых молекулы воды образуют правильные пятиугольные, а не шестиугольные ячейки. Большинство моделей воды с четырьмя участками используют расстояние OH и угол HOH, которые соответствуют расстояниям свободной молекулы воды.
Модели молекул исследуемых жидкостей
Ученые из Великобритании получили необычные молекулы воды Источник: izvestia. 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.
Обратите внимание, что мы — маленькая команда из 3 человек, поэтому поддержать нас в поддержании деятельности и создании будущих разработок очень просто. Обмен и загрузка на Cults3D гарантирует, что дизайны остаются в руках сообщества создателей! А не в руках гигантов 3D-печати или программного обеспечения, которые владеют конкурирующими платформами и используют дизайны в своих собственных коммерческих интересах.
Но откуда взялась вода на нашей планете? И как она распределена по солнечной системе и за ее пределами? Ответы на эти вопросы могут скрываться на астероидах — древних кусках камня и металла, которые остались после рождения планет. Астероиды — это своего рода космические архивы, которые хранят в себе информацию о том, как выглядела солнечная система в самом начале.
Они образовались из солнечной туманности — гигантского облака газа и пыли, которое вращалось вокруг молодого солнца. В зависимости от расстояния до солнца, температура и давление в туманности были разными, и поэтому разные материалы сгущались и склеивались в астероиды. Ближе к солнцу было жарко, и там появлялись сухие астероиды, состоящие из силикатов — минералов, из которых состоит земная кора. Дальше от солнца было холодно, и там формировались астероиды с большим количеством льда, углерода и других органических веществ. Изучая состав астероидов, мы можем узнать, как вода и другие элементы распределялись по солнечной системе во время ее зарождения.
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!
Курс Science объединяет в себе все естественнонаучные направления, чтобы показать единство и целостность науки. Нас окружают удивительные вещи, которые можно и нужно постоянно изучать.
Опровергнута общепризнанная модель поведения молекул воды
| Ученые научились управлять фуллереном при помощи одной молекулы воды | Нанотехнологии Nanonewsnet | 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. |
| Ученые зафиксировали движение молекул воды вокруг ионов соли - INVOLTA TECHNOLOGIES | Молекула метана CH4 3d модель для печати. |
| Учеными лаборатории SLAC впервые зафиксирована ионизация молекул H2O | 05.10.2021 | NVL | Ниже представлена подборка изображений, изображающих молекулу воды. |
Исследование подтверждает, что вода может принимать две различные жидкие формы
Однако в 1999 г. 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. Зарегистрируйте блог на портале Pandia. Бесплатно для некоммерческих и платно для коммерческих проектов. Регистрация, тестовый период 14 дней.
Условия и подробности в письме после регистрации. 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 воды. Интерпретируя полученные экспериментальные данные, исследователи считают их довольно долгоживущими элементами структуры. В основном же вода — это совокупность беспорядочных полимеров и гипотетических «водяных кристаллов» которые, как предполагаются существуют в талой воде , где количество связанных в водородные связи молекул может достигать сотен и даже тысяч единиц.
В основе же всего лежит тетраэдр. Именно такую форму имеет молекула воды. Группируясь, тетраэдры молекул воды образуют разнообразные пространственные и плоскостные структуры. И из всего многообразия структур в природе базовой является гексагональная шестигранная структура, когда шесть молекул воды тетраэдров объединяются в кольцо.
Такой тип структуры характерен для льда, снега и талой воды. Кристаллическая структура льда Когда лёд плавится, его тетрагональная структура разрушается и образуется смесь кластеров, состоящая из три-, тетра-, пента-, и гексамеров воды и свободных молекул воды. Схематически этот процесс можно представить себе так. Заказать работу Рис.
Структура жидкой воды. В воде кластеры периодически разрушаются и образуются снова. Время перескока составляет 10-12 секунд. Изучить строение этих образующихся ассоциатов оказалось довольно сложно, поскольку вода — смесь различных полимеров, которые находятся в равновесии между собой.
Сталкиваясь друг с другом, полимеры переходят один в другой, разлагаются и вновь образуются. Разделить эту смесь на отдельные компоненты тоже практически невозможно. Лишь в 1993 году группа исследователей из Калифорнийского университета г. Беркли, США под руководством доктора Р.
Сайкалли расшифровала строение триммера воды, в 1996 г. К этому времени уже было установлено, что жидкая вода состоит из полимерных ассоциатов кластеров , содержащих от трех до шести молекул воды. Более сложным оказалось строение гексамера. Самая простая структура — шесть молекул воды в вершинах шестиугольника, — как выяснилось, не столь прочна, как структура клетки.
Более того, структуры призмы, раскрытой книги или лодки тоже оказались менее устойчивыми.
Например, такие открытия помогут лучше понять процесс поглощения углекислого газа морской водой и испарение воды. Кроме того, такие исследования могут привести к разработке более эффективных устройств и технологий, таких как батареи и накопители энергии.
Безводные, или сухие, силикатные астероиды формируются вблизи Солнца, в то время как ледяные материалы скапливаются дальше. Понимание расположения астероидов и их состава позволяет понять, как распределялись и эволюционировали материалы в солнечной туманности с момента ее образования.
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. Напротив, молекулы в жидкости с низкой плотностью в основном образуют простые кольца, и, следовательно, молекулы в жидкости с низкой плотностью не запутаны. Компьютерная модель состояния воды с высокой плотностью. Изображение : Andreas Neophytou et al. Коллоиды — это частицы, которые могут быть в тысячу раз больше, чем одна молекула воды.
Модель молекулы воды
Исследователи из Массачусетского технологического института сделали новое открытие: свет может испарять воду без тепла. Главная/Новости/Исследование подтверждает, что вода может принимать две различные жидкие формы. Они поместили отдельные молекулы воды, обладающие довольно большим дипольным моментом, в так называемую диэлектрическую матрицу. Это заполняющая пространство (CPK) модель молекулы воды. Ниже представлена подборка изображений, изображающих молекулу воды. уникальное искусство складывания бумаги, которое позволяет создать трехмерную модель молекулы воды.
Продолжается изучение структуры воды
Первая модель эволюции поверхности Земли с высоким разрешением. Они увидели, как атомы водорода в молекулах воды взаимодействуют с соседними молекулами при возбуждении лазерным светом. 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. Молекула метана CH4 3d модель для печати. Большинство моделей воды с четырьмя участками используют расстояние OH и угол HOH, которые соответствуют расстояниям свободной молекулы воды. Модель молекулы воды, предложенная Нильсом Бором, показана на рис. 1.5.
Учеными лаборатории SLAC впервые зафиксирована ионизация молекул H2O
Больше по теме О том, что вода в процессе сильного охлаждения может разделяться на более «плотную» и «легкую» жидкость заговорили еще 30 лет назад в Бостонском университете, но до сих пор экспериментально данный процесс подтвердить не удавалось. Научная группа из Бирмингемского университета и университета Сапиенца создали компьютерную модель, которая доказывает возможность такой трансформации. 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.
Её растворяющему действию в той или иной мере подвластны и твёрдые тела, и жидкости, и газы.
Постоянно соприкасаясь со всевозможными веществами, вода фактически всегда представляет собой раствор различного, зачастую очень сложного состава Человечество с древнейших времён опытным путём обнаружило различные чудесные свойства воды. Однако до недавнего времени наука не могла зафиксировать и объяснить наблюдаемые явления. Аномальными свойствами воды, определяющими, в том числе, и наличие жизни на Земле являются её переменная плотность, высокая теплоемкость и большое поверхностное натяжение. Объяснить эти свойства на основании лишь строения и химических параметров молекул воды ученые до последнего времени не могли. Вода, она и есть вода - один атом кислорода и два атома водорода, устойчиво связанные.
Что с ними может произойти? И только в последнее время с появлением приборов и технологий, позволяющих изучать вещество на наноуровне, многое начинает проясняться. Сама молекула воды очень устойчива. А множество молекул друг относительно друга из-за сложной формы и наличия электрического заряда могут располагаться по-разному. Секрет крылся в структуре, в которую самоорганизуются молекулы жидкой воды.
Он долгое время оставался неразгаданным. Только в последнее время ученым удалось объяснить аномальные свойства воды существованием в воде двух типов структур, в которые самоорганизуются молекулы жидкости. Ученые выяснили, что существовавшие до сих пор представления о молекулярной структуре воды были неверными - оказалось, что её молекулы формируют не одну структуру, а одновременно два типа структур,-сосуществующих в жидкости вне зависимости от температуры. Один тип структуры формируется в виде сгустков - кластеров, из сотен молекул, структура которых напоминает структуру льда. Второй тип структуры, окружающей сгустки, гораздо менее упорядочен, рис.
Оба типа структур непрерывно взаимодействуют друг с другом, обмениваясь отдельными молекулами воды. Структура воды Увеличение температуры вплоть до точки кипения воды приводит к некоторому искажению структуры сгустков и уменьшению их количества и доминированию разупорядоченной структуры. Это, в частности, объясняет нелинейную зависимость плотности воды от температуры - упорядоченные скопления молекул имеют меньшую плотность, чем неупорядоченные, и она мало меняется с изменением температуры. Модель структурированной воды определяет почти все её аномальные свойства, имеющие огромное практическое значение - вода самое аномальное из всех известных природе веществ. Исходя из этого, следует предположить, что внутри воды должны быть пустоты, где нет молекул Н20, то есть воде присуща особая структура.
Несмотря на то, что разные модели предлагают отличающиеся по своей геометрии кластеры, все они постулируют, что молекулы воды способны объединяться с образованием полимеров. А если в воде есть полимеры воды, то даже слабые воздействия на абсолютно чистую воду, а тем более ее растворы, могут иметь важные последствия. До разработки моделей структурированной модели воды было совершенно непонятно, почему после определенных воздействий на воду её свойства могут меняться и сохраняться в измененном виде в течение длительного времени после прекращения воздействия, то есть вода «помнит», что с ней происходило До сих пор ещё никто не знает, что происходит с водой, протекающей сквозь сильное магнитное поле. Физики-теоретики совершенно уверены, что ничего с ней при этом происходить не может и не происходит. Из их теоретических расчетов следует, что после прекращения действия магнитного поля вода должна мгновенно вернуться в прежнее состояние и остаться такой, какой была.
А опыт показывает, что она изменяется и становится другой. И эту до сих пор необъясненную особенность воды «помнить» магнитную обработку широко используют в промышленности. Из обычной воды в паровом котле растворённые соли, выделяясь, отлагаются плотным и твёрдым, как камень, слоем на стенках котельных труб, а из омагниченной воды так её теперь стали называть в технике выпадают в виде рыхлого осадка, взвешенного в воде. Во многих промышленных процессах например, на тепло- и электростанциях используется магнитная подготовка воды, а как и почему этот способ «работает», не знают ни инженеры, ни учёные. Кроме того, на опыте подмечено, что после магнитной обработки воды в ней ускоряются процессы кристаллизации, растворения, адсорбции, изменяется смачивание.
Эффекты невелики, но они есть. Действие магнитного поля на воду обязательно быстротекущую длится малые доли секунды, а «помнит» вода об этом десятки часов. Почему - неизвестно. В этом вопросе практика далеко опередила науку. Ведь даже неизвестно, на что именно действует магнитная обработка - на воду или на содержащиеся в ней примеси.
Чистой-то воды ведь не бывает. Память" воды не ограничивается только сохранением последствий магнитного воздействия. В науке существуют и постепенно накапливаются многие факты и наблюдения, показывающие, что вода «помнит» о том, что она раньше была заморожена. Талая вода, недавно получившаяся при таянии куска льда, отличается от той воды, из которой этот кусок льда образовался. В талой воде быстрее и лучше прорастают семена, быстрее развиваются ростки; даже, как утверждают очевидцы, быстрее растут и развиваются цыплята, которые получают талую воду.
Кроме удивительных свойств талой воды, установленных биологами, известны и чисто физико-химические отличия. К примеру, талая вода отличается по вязкости, по значению диэлектрической проницаемости. Вязкость талой воды принимает своё обычное для воды значение только через 3-6 суток после плавления. Почему это так, тоже никто не знает. Большинство исследователей называют эту область явлений «структурной памятью» воды, считая, что все эти странные проявления влияния предыдущей истории воды на её свойства объясняются изменением её структуры.
Может быть это и так, но... По-прежнему в науке существует важная проблема: почему и как вода «помнит», что с нею было. Одним из объяснений «памяти» воды может быть следующее. Взаимное расположение молекул воды в кластерах хранит информацию о внешнем воздействии, приведшем к его образованию. Кластеры разной структуры, в зависимости от глубины локальной энергетической выгоды их образования, могут сохраняться надолго или быстро разрушиться.
Если следующее воздействие окажется энергетически сильнее связей внутри кластера, то старый кластер разрушается и образуется новый. В различных взаимных зафиксированных расположениях групп молекул и заключается память воды. Размеры этих кластеров - примерно одна миллиардная доля метра. И их структуры теперь можно изучать нанометодами. Активированная вода Что такое активированная вода?
На рис. Заметим, что угол при вершине В тупой и его косинус отрицательный. Первый треугольник получается, если разрезать ромб на рис. Об этих треугольниках мы поговорим ниже, а пока заметим, что в конце 1970-х годов Пенроуз [3] разработал алгоритм разбиения плоскости без пустот и перекрытий указанными двумя сортами ромбов и даже запатентовал несколько образцов комнатных обоев и их разбиений на ромбы.
Разбиение Пенроуза не является периодическим, но любой конечный кусок встречается в нем бесконечное число раз и обязательно появляется в круге достаточно большого радиуса с любым центром на плоскости. Через несколько лет после открытия Пенроуза, в 1980-х годах, были обнаружены новые виды двухмерных и трехмерных материалов, названные квазикристаллами, атомы которых расположены в вершинах ромбов, образующих разбиение Пенроуза. В дальнейшем физики нашли квазикристаллы с осями симметрии восьмого, десятого и двенадцатого порядков. После открытия квазикристаллов были рассмотрены разбиения трехмерного пространства на призмы, основаниями которых служили ромбы Пенроуза.
Вспомним теперь другую историю, казалось бы не связанную с предыдущей. 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.
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. 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.