Исследователи из Массачусетского технологического института сделали новое открытие: свет может испарять воду без тепла. 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.
Фото по запросу Модель молекулы воды
| Оригами молекула воды (42 фото) | Полученные с обсерватории SOFIA данные сигнализируют о наличии молекул воды, замеченных на астероидах Ирида и Массалия. |
| Открыто новое состояние молекулы воды | Молекула метана CH4 3d модель для печати. |
| Современная модель воды | Контент-платформа | Строение молекулы воды Самая простая принятая сегодня модель молекулы воды – тетраэдр. |
Физики построили универсальную модель 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? Это вода, подвергнутая какому-либо воздействию, не изменяющему её химического состава, но изменяющему, не до конца понятным образом, электрохимические и биологические свойства воды. На языке термодинамики активированная вода - это вода, находящаяся в метастабильном неравновесном состоянии. В течение определенного времени, зависящего от характера и интенсивности активирующего воздействия, свойства активированной воды изменяются и вода становится не активированной. Воздействия могут быть разные, например, как уже упоминалось - с помощью магнитного поля, так называемая магнитная активация.
Активированную воду можно получить также облучением ультрафиолетовым светом, с помощью ультразвука, замораживанием и размораживанием воды и многими другими способами. В настоящее время, наиболее разработанным и воспроизводимым способом воду активируют с помощью электрохимической активации, в специальных электрохимических реакторах. Раствор в анодной камере в популярной русскоязычной литературе именуется «мертвой» водой, а в русскоязычной научной и медицинской литературе - анолитом или электроактивированным раствором анолита. Раствор в катодной камере в популярной русскоязычной литературе именуется «живой» водой, а в русскоязычной научной и медицинской литературе - католитом или электроактивированным раствором католита. В зарубежной литературе эти растворы носят другие названия. В Германии их называют ионизированными, в Японии и Америке «живую» воду именуют редуцированной, а «мертвую» - кислой. Электрохимически активированная вода ЭХА вода В последнее десятилетие прошлого века было сформировано отдельное научное направление в области электрохимической активации водных растворов.
В рамках этого направления создано много новых профессиональных установок, технологий значительно расширена область применения. Хотя массового читателя больше интересует области бытового применения этот раздел введен для тех кто захочет более глубоко изучить принцип электроактивации воды. Электрохимически активированный анолит - «мертвая» вода дезинфицировала порезы, а электрохимически активированный католит - «живая» вода ускоряла их заживление. Действие католита на кожу также предотвращало солнечные ожоги. Орошение семян хлопка католитом пресной воды стимулировало всхожесть и последующий рост растений. Обработка же семян анолитом уменьшала коэффициент всхожести практически до нуля.
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.
Модели второй группы рассматривали воду как непрерывную сетку обычно в этом контексте называемую каркасом водородных связей, которая содержит пустоты; в них размещаются молекулы, не образующие связей с молекулами каркаса. Нетрудно было подобрать такие свойства и концентрации двух микрофаз кластерных моделей или свойства каркаса и степень заполнения его пустот клатратных моделей, чтобы объяснить все свойства воды, в том числе и знаменитые аномалии. Среди кластерных моделей наиболее яркой оказалась модель Г. Немети и Х. Шераги: предложенные ими картинки, изображающие кластеры связанных молекул, которые плавают в море несвязанных молекул, вошли во множество монографий. Модель клатратного типа предложил О. Самойлов в 1946 году: в воде сохраняется подобная гексагональному льду сетка водородных связей, полости которой частично заполнены мономерными молекулами. 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.
До последнего десятилетия или около того, ученые полагали, что любая вода на нашем спутнике, существует в основном в виде скоплений льда в постоянно затененных кратерах возле полюсов. Совсем недавно исследователи определили поверхностные воды в редких популяциях молекул, связанных с лунной почвой или реголитом. Количество и местоположение варьируются в зависимости от времени суток.
GPS спутники нового поколения отправляются в космос
- Ученые впервые увидели процесс, который обеспечивает «странные» свойства воды - Телеканал "Наука"
- Строение Молекулы Воды скачать с mp4 mp3 flv
- Вода | Строение молекулы, структура в жидком, твердом, газообразном виде
- Обнаружено новое фазовое состояние нанолокализованной воды
- Компьютерная модель взаимодействия молекул воды
- Вода | Строение молекулы, структура в жидком, твердом, газообразном виде
Обнаружено новое фазовое состояние нанолокализованной воды
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. Исследователи задались целью изучить, как на молекулы воды влияет распределение ионов именно в той точке, где встречаются воздух и вода.
Традиционно это делалось с помощью метода, называемого генерацией суммарной частоты колебаний VSFG.
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. Оказалось, что энергия сильно зависит от температуры: ее среднее значение было на 50 процентов больше предсказанного электростатической моделью при низких температурах, и на 20 процентов - при комнатной температуре. Внутри нанотрубок с диаметром 1,4 нанометра средняя энергия протонов оказалась на 30 процентов ниже, чем у воды, не помещенной в ограниченное пространство. Также исследователи проверили, как будут распределяться по энергиям протоны в воде, помещенной в особый мембранный материал Nafion, который используется для производства топливных элементов.
Если представить, что в вершинах такой решетки находятся атомы, то мы получим модель кристалла. Еще в 1848 году бывший бравый моряк О. Браве перечислил все типы решеток на плоскости и в пространстве, которые обладают неправильными симметриями.
Так, на плоскости есть решетки пяти типов: общая, прямоугольная, ромбическая, квадратная и шестиугольная. Многоугольники, которые разбивают всю плоскость, показаны на рис. На таких разбиениях основана вся современная кристаллография. У читателя может возникнуть вопрос: "А почему нельзя рассматривать разбиения плоскости и пространства на многоугольники многогранники разных типов? Пенроуз был одним из первых, кто рассматривал подобные разбиения. В этой связи и в связи с теорией, развиваемой А. Феликсоном, возникает вопрос об обобщении понятия разбиения Кокстера. И мы приходим к следующему определению. Определение 4. Обобщенным многоугольником Кокстера называется многоугольник, у которого углы равны рациональным частям вида p и q - натуральные числа.
Действительно, вопрос: а есть ли еще другие обобщенные треугольники Кокстера? Теперь естественно обобщить определение разбиения Кокстера плоскости и многоугольника. Оно настолько просто, что мы его здесь даже не приводим. В определении 3 вместо слов "многоугольник Кокстера" следует писать "обобщенный многоугольник Кокстера". Из приведенных выше рисунков ромбов Пенроуза сразу вытекает, что они допускают разбиение на обобщенные треугольники Кокстера - золотые треугольники. А так как всю плоскость можно разбить на ромбы Пенроуза двух типов, существует разбиение плоскости на золотые обобщенные треугольники двух типов, показанные на рис. В заключение посмотрим, как молекулы воды могут образовать квазикристалл. Как уже отмечал Кеплер, снежинки не могут иметь правильную пятиугольную форму, так как правильными пятиугольниками нельзя осуществить разбиение плоскости. В духе работы [4] пятиугольник на рис. Но ромбы Пенроуза появляются!
Чтобы их получить, присоединим к золотым треугольникам, на которые разбивается наш пятиугольник , симметрично такие же треугольники, как показано на рис. Интересно, что Кеплер рассматривал и звездчатые многогранники! Самый знаменитый из них в переводе с латинского назывался "утренняя звезда". Мы видим из этого примера, что при рассмотрении разбиений не обязательно рассматривать, как это обычно делается, выпуклые многогранники.
С течением определенного времени — времени релаксации от минут до десятков и сотен часов свойства и реакционная способность анолита и католита, самопроизвольно изменяясь, становятся равными соответствующим параметрам их химических моделей, то есть в конечном итоге законы электролиза строго выполняются, но не сразу, а лишь по прошествии достаточно длительного времени - в общем случае от десятков минут до десятков и даже сотен часов. Различия между свойствами подвергнутого электрохимической обработке раствора в метастабильном и стабильном после окончания релаксации зависят от условий проведения обработки раствора. Таким образом, метод ЭХА позволяет без применения химических реагентов направленно изменять в очень широких пределах физико-химические свойства разбавленных водных растворов и использовать такие метастабильные жидкости во многих случаях вместо традиционных лекарств и медицинских растворов. Открытию предшествовала трехлетняя работа по исследованию возможности электрохимического регулирования свойств буровых растворов, которую В.
Ташкент вместе с У. Мамаджановым, а затем продолжил совместно с Ю. За период с 1972 по 1978 годы ими были созданы и защищены авторскими свидетельствами СССР на изобретения различные лабораторные и первые промышленные установки для электрохимической активации воды и буровых растворов. Началось широкое применение ЭХА воды энтузиастами, которые конструировали собственные электрохимические реакторы. Раствор в анодной камере получил название - «мертвая» вода, а в раствор в катодной камере - «живая» вода. Применение ЭХА-воды в медицине Почему активированная вода так эффективна и применение её становится все более популярным? Потому что вода составляет основу жизни человека, а метод ЭХА позволяет без применения химических реагентов направленно изменять в очень широких пределах физико-химические свойства воды и использовать её вместо традиционных лекарств и медицинских растворов. Механизм действия активированной воды - электрохимический в отличие от действия, привычных лекарственных средств , более соответствующий окислительно-восстановительным реакциям, протекающим в живом организме.
Электрохимическая активация воды не меняет её химического состава, но изменяет её физико-химические свойства и возможно структуру воды на какое-то время - время нахождения в метастабильном состоянии. Достижение необходимого эффекта без применения химических добавок, которые могли бы вызывать побочные явления, обеспечивает активированной воде несомненное преимущество перед обычными химическими лекарственными средствами там? Другим важнейшим преимуществом активированной воды во многих случаях является способность к релаксации со временем к стабильному состоянию. Например, в отличие от обычных химических дезинфицирующих препаратов «мертвую» воду нет необходимости нейтрализовать или удалять после обработки. Она естественным способом в течение достаточно короткого времени теряет свои аномальные свойства и становится обычной водой. При смешивании «живой» и «мертвой» воды происходит взаимная нейтрализация и полученная вода теряет свою активность. Еще раз следует подчеркнуть, что активированная вода - это не искусственный, а натуральный продукт. В настоящее время электрохимически активированную воду рекомендуют применять при лечении более 35 недугов: хронический I епатит, диабет, аденома простаты, пиелонефрит, цистит, артриты и артрозы, аллергодерматит, язва желудка, гастриты и колиты, трофические язвы, гнойные раны, старческие переломы, пролежни, ожоги, пародонтиты и другие.
Активированные растворы обладают целым рядом свойств, которые делают эффективным использование анолитов и католитов при лечении многих заболеваний: анолит уничтожает бактерии и многие вирусы, грибковую флору, обладает противовоспалительным, антиаллергическим и противоотечным действиями. Католит обладает иммуностимулирующими и антиоксидантными свойствами, ускоряет заживление тканей репаративные свойства , при введении определенных минералов - помогает при диабете, гипертонии, остеопорозе и других заболеваниях. И главное: механизм действия активированных растворов имеет принципиально новый уровень - не химический, как привычные лекарственные средства, а электрохимический, более соответствующий окислительно-восстановительным реакциям, постоянно протекающим в живом организме. Эта вода совершенно не опасна как для внешнего, так и для внутреннего применения. Это еще в 1988 г. Такая вода сохраняет свои свойства 1 -2 недели при условии хранения в закрытых сосудах. Анолит обладает антисептическими, антиал-лергическими, противовоспалительными, противозудными, противоотечными свойствами. Его используют для дезинфекции в лечебных учреждениях, им можно дезинфицировать воду, лечить тонзиллит, он обладает антиаллергическими свойствами и эффективен при лечении экземы, нейродермитов, аллерго-дерматитов имеются экспериментальные и клинические исследования, подтверждающие эффективность анолита в каждом из перечисленных случаев.
Анолит, или мертвая вода: антисептик, дезинфектант, оказывает местное лечебное воздействие. Это значит, что он действует на бактерию или очаг воспаления только при непосредственном контакте. Поэтому при тонзиллите им полощут горло, при кожных заболеваниях делают примочки, а при сальмонеллезе пьют. При воспалении легких или других заболеваниях, где невозможен непосредственный контакт, анолит не помогает. Согласно данным С. Ашбах в результате специальных исследовании было установлено, что 1 мл анолита в течение 1 минуты уничтожает 1 миллион бактерий любого из ниже перечисленных видов Группа стафилококков. У большинства людей стафилококки могут обитать на коже и слизистых оболочках носа или глотки, не вызывая заболеваний. При ослабленной иммунной системе стафилококки становятся возбудителями пневмоний, инфекций кожи и мягких тканей, костей и суставов.
Стафилококки легко приобретают устойчивость ко многим препаратам, что создает большие трудности при лечении больных. Стафилококк золотистый S. Способен поражать практически люоые ткани человека. Наиболее часто инфицирует кожу и тем самым вызывает тяжелые, хронические заболевания - от стафилококкового импетиго импетиго Бокхарта до тяжелых фолликулитов. Стафилококк эпидермальный S. Наиболее часто поражает гладкую кожу и поверхность слизистых оболочек. Очень часто является возбудителем инфекций при наличии протезов, катетеров, дренажей. Достаточно часто поражает мочевыводящую систему.
Стафилококк сапрофитный S. Поражает кожные покровы гениталий и слизистую оболочку уретры. Кишечная палочка. Обитает в кишечнике животных и человека. При этом одни из видов кишечной палочки совершенно безобидны и даже полезны для организма, а другие вызывают тяжелые кишечные заболевания, протекающие по типу холеры, дизентерии или геморрагического колита. Шигелла Флехнера. Вызывает заболевание, известное под названием бактериальная дизентерия или просто дизентерия. Болезнь может протекать в острой и хронической форме.
При тяжелых формах дизентерии больные могут даже умереть от инфекционно- токсического шока. Сальмонелла paratyphi А и В. Является возбудителем инфекционных заболеваний паратиф А и В , сопровождающихся лихорадкой, интоксикацией, язвенным поражением лимфатического аппарата тонкой кишки, увеличением печени и селезенки, сыпью. Регистрируется повсеместно, особенно в странах с низким уровнем бытовых условий.
Физики записали, как молекулы воды движутся вокруг ионов соли
Поэтому команда использовала компьютерное моделирование, чтобы определить, какие характеристики отличают две жидкости на микроскопическом уровне. В своем моделировании исследователи использовали коллоидную модель воды, а затем две распространенные молекулярные модели воды. Коллоиды — это частицы, которые могут быть в тысячу раз больше, чем одна молекула воды; в результате они движутся медленнее и поэтому часто используются для наблюдения и понимания физических явлений, происходящих в атомном и молекулярном масштабах. Запутывание, которое можно наблюдать в других жидкостях Они обнаружили, что молекулы воды в жидкости высокой плотности образуют соединения, которые считаются "топологически сложными", например, в форме кренделя или двух звеньев стальной цепи звено Хопфа. В этом случае говорят, что молекулы жидкости высокой плотности запутаны.
В отличие от этого, молекулы жидкости низкой плотности образуют в основном одиночные кольца и поэтому не запутываются. Таким образом, недавно обнаруженный фазовый переход жидкость-жидкость LLPT представляет собой переход от "неспутанных" молекулярных сетей к "запутанным" сетям, состоящим из набора топологически сложных узоров.
В этот момент молекулярная структура воды изменяется, образуя набор тетраэдров каждая молекула воды связана с четырьмя другими. Новый тип фазового перехода, объясняющий такое поведение, был впервые предложен 30 лет назад в исследовании ученых из Бостонского университета. В новом исследовании представлены доказательства существования фазового перехода жидкость-жидкость, происходящего в условиях переохлаждения.
Две более или менее плотные жидкие формы Согласно теории, предложенной 30 лет назад для объяснения происхождения термодинамических аномалий воды, в переохлажденной области фазовой диаграммы воды существует линия фазового перехода первого рода жидкость-жидкость. Эта линия разделяла бы две жидкие фазы, образованные сетью переходных водородных связей — жидкость низкой плотности LDL и жидкость высокой плотности HDL — и заканчивалась бы в критической точке жидкость-жидкость. Если в условиях переохлаждения существуют два жидких состояния, то их очень трудно наблюдать экспериментально: при таких низких температурах вода находится в метастабильном состоянии, и малейшее возмущение может вызвать затвердевание. Поэтому команда использовала компьютерное моделирование, чтобы определить, какие характеристики отличают две жидкости на микроскопическом уровне.
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.
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. В шестиугольнике может быть только шесть водородных связей, а экспериментальные данные говорят о наличии восьми. Это значит, что четыре молекулы воды связаны перекрёстными водородными связями. Структуры кластеров воды были найдены и теоретически, сегодняшняя вычислительная техника позволяет это сделать. В 1999 г. Станислав Зенин провёл совместно с Б. Применив современные методы анализа - рефрактометрию, протонный резонанс и жидкостную хроматографию им удалось обнаружить ассоциаты молекул воды - кластеры. Возможные кластеры воды Объединяясь друг с другом, кластеры могут образовывать более сложные структуры: Рис.
Более сложные ассоциаты кластеров воды Кластеры, содержащие в своём составе 20 молекулу оказались более стабильными. Формирование кластера из 20 молекулы воды. Анализируя полученные данные предложил, что вода представляет собой иерархию правильных объемных структур "ассоциатов" clathrates , в основе которых лежит кристаллоподобный "квант воды", состоящий из 57 ее молекул, которые взаимодействуют друг с другом за счет свободных водородных связей. При этом 57 молекул воды квантов , образуют структуру, напоминающую тетраэдр. Тетраэдр в свою очередь состоит из 4 додекаэдров правильных 12-гранников. Таким образом, структура воды связана с так называемыми платоновыми телами тетраэдр, додекаэдр , форма которых связана с золотой пропорцией. Ядро кислорода также имеет форму платонова тела тетраэдра. Элементарной ячейкой воды являются тетраэдры, содержащие связанные между собой водородными связями четыре простой тетраэдр или пять молекул Н2О объемно-центрированный тетраэдр. Тетраэдр При этом у каждой из молекул воды в простых тетраэдрах сохраняется способность образовывать водородные связи.
За счет их простые тетраэдры могут объединяться между собой вершинами, ребрами или гранями, образуя различные кластеры со сложной структурой, например, в форме додекаэдра. Поиск по базе Рис.
Модель молекулы воды
Согласно этой модели вода состоит из 1820 молекул воды, что в два раза больше, чем в модели Зенина. Ученым из Великобритании удалось получить тонкие нити льда, в которых молекулы воды образуют правильные пятиугольные, а не шестиугольные ячейки. "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). Нейтронное рассеяние и компьютерное моделирование выявили уникальное и неожиданное поведение молекулы воды, нетипичное для какого-либо из известных газов, жидкостей или твердых тел. Поэтому пятиклассники обратились к основам и попробовали нарисовать модель молекулы воды в масштабе. Рис. 1. Модель молекулы талой воды.
Физики показали, что вода превращается в две жидкости при низких температурах
Для этого они применили модифицированный метод генерации суммарной частоты колебаний VSFG. 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.
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.
Вода в промышленности Вода широко используется во всех отраслях промышленности: Для охлаждения оборудования и теплообменных процессов; В качестве растворителя и экстрагента; Для получения пара в энергетике. Кроме того, она применяется при добыче полезных ископаемых, например для гидравлического разрыва пласта. Вода в быту В быту вода используется для: Приготовления пищи; Стирки и мытья посуды; Полива комнатных растений. Для этих целей, как правило, используется вода питьевого качества. Однако в некоторых случаях, например для полива, годится и техническая вода. Качество воды Качество воды определяется содержанием в ней различных примесей - растворенных солей, органических соединений, взвесей. В зависимости от назначения предъявляются разные требования: Питьевая вода. Питьевая вода должна отвечать жестким нормативам по содержанию вредных веществ, патогенных бактерий и вирусов. Кроме того, она не должна иметь неприятных запаха и привкуса.
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.
Квантово-механические свойства воды - Вода Квантовая механика Молекула » 2024
В предыдущих работах рассматривались отдельные модельные молекулы, в настоящей работе рассмотрено движение трех молекул воды, помещенных внутрь фуллерена. Модель молекулы воды имеет форму треугольника. Результаты численного эксперимента с ионами описываются более простой моделью молекулы воды, представляющей собой электрический диполь, сдвинутый от центра молекулы. Исследователи из NASA и Немецкого космического агентства DLR впервые обнаружили молекулы воды на поверхности астероидов. Ученым из Великобритании удалось получить тонкие нити льда, в которых молекулы воды образуют правильные пятиугольные, а не шестиугольные ячейки.
Объемная модель молекулы воды
Читайте «Хайтек» в Новый вид «фазового перехода» в воде был впервые предложен 30 лет назад в исследовании ученых из Бостонского университета. Авторы исследования тогда предположили, что при значительном охлаждении жидкая вода должна разделяться на две формы с разной плотностью. Однако экспериментально подтвердить эту гипотезу пока не удавалось, потому что переход должен происходить при температурах, когда в нормальных условиях вода превращается в лед. В статье, опубликованной в журнале Nature Physics, исследователи из Бирмингемского университета и университета Сапиенца в Риме приводят доказательства существования «плотной воды». Физики использовали компьютерное моделирование, чтобы объяснить, какие особенности отличают две жидкости на микроскопическом уровне.
Petersburg University. Applied mathematics, computer science, control processes.
Issue 1. An interaction model between a water molecule and magnesium oxide crystal surface is considered. 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.
Схема второй разряженной модели молекулы воды Главные различия между первой рис. Когда спаренные электроны расположены только на одном конце оси атома кислорода, то такую модель назовем третьей рис. Схема третьей полу заряженной модели молекулы воды Если гипотеза о разном количестве электронов в молекулах воды подтвердится, то этот факт окажется решающим при получении избыточной энергии при электролизе воды. Он определит причину положительных и отрицательных результатов многочисленных экспериментов, которые ставились для проверки факта существования дополнительной энергии при электролизе воды и явлениях её кавитации. Если вода содержит больше заряженных молекул, то эксперимент даст положительный результат.
При большем количестве разряженных молекул результат будет отрицательный. Примерные расчеты показывают наличие разницы в массе одного литра заряженной и разряженной воды.
Однако запасы пресной воды имеют первостепенное значение для человечества.
Вода в промышленности Вода широко используется во всех отраслях промышленности: Для охлаждения оборудования и теплообменных процессов; В качестве растворителя и экстрагента; Для получения пара в энергетике. Кроме того, она применяется при добыче полезных ископаемых, например для гидравлического разрыва пласта. Вода в быту В быту вода используется для: Приготовления пищи; Стирки и мытья посуды; Полива комнатных растений.
Для этих целей, как правило, используется вода питьевого качества. Однако в некоторых случаях, например для полива, годится и техническая вода. Качество воды Качество воды определяется содержанием в ней различных примесей - растворенных солей, органических соединений, взвесей.
В зависимости от назначения предъявляются разные требования: Питьевая вода. Питьевая вода должна отвечать жестким нормативам по содержанию вредных веществ, патогенных бактерий и вирусов.
Ученые наблюдают за перемещением молекул воды вокруг Луны
| 3d модель молекулы воды H2O для печати | молекула воды Строение молекулы воды (рисунок справа). |
| Сайт заблокирован хостинг-провайдером | строение молекулы воды скачать с видео в MP4, FLV Вы можете скачать M4A аудио формат. |
| Ученые научились управлять фуллереном при помощи одной молекулы воды | Ученые из Кембриджского университета и Института исследования полимеров Общества имени Макса Планка в Германии провели исследование, которое опровергло распространенную модель поведения молекул воды. |
| Научная электронная библиотека | Первые модели использовали упрощенную физику, продираясь сквозь квантовую природу реальных молекул. |
| Вода необычной формы может быть самой распространенной во Вселенной - | РИА Новости, 26.08.2021. |
Компьютерная модель взаимодействия молекул воды
| Вода | Строение молекулы и структура воды в жидком, твердом и газообразном виде. | Полученные с обсерватории SOFIA данные сигнализируют о наличии молекул воды, замеченных на астероидах Ирида и Массалия. |
| Вода | Строение молекулы, структура в жидком, твердом, газообразном виде | Так вот, загрузив все необходимые вводные данные в модель, ученые установили, что молекулы воды с повышенной плотностью формируют «топологически сложные структуры». |
| Ученые научились управлять фуллереном при помощи одной молекулы воды | Нанотехнологии Nanonewsnet | уникальное искусство складывания бумаги, которое позволяет создать трехмерную модель молекулы воды. |
Физики построили универсальную модель воды
Ищите и загружайте самые популярные фото Модель молекулы воды на Freepik Бесплатное коммерческое использование Качественная графика Более 62 миллионов стоковых фото. Первые модели использовали упрощенную физику, продираясь сквозь квантовую природу реальных молекул. Молекула метана CH4 3d модель для печати. 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. Последние состоят из 912 молекул воды, которые по модели Зенина практически не способны к взаимодействию за счет образования водородных связей. Используя данные Стратосферной обсерватории инфракрасной астрономии НАСА (SOFIA), ученые Юго-Западного научно-исследовательского института впервые обнаружили молекулы воды на поверхности астероида.