Ищите и загружайте самые популярные фото Модель молекулы воды на Freepik Бесплатное коммерческое использование Качественная графика Более 62 миллионов стоковых фото. Рис. 1. Модель молекулы талой воды. Строение молекулы воды Самая простая принятая сегодня модель молекулы воды – тетраэдр.
Ученые впервые нашли молекулы воды на астероидах
| Научная электронная библиотека | Ученые Кембриджского университета и Института исследования полимеров Общества имени Макса Планка в Германии обнаружили, что молекулы воды на поверхно. |
| Ученые впервые нашли молекулы воды на астероидах - Hi-Tech | Учёные проследили за электронами в молекулах воды, чтобы уточнить последствия действия радиации на людей. |
| Фото и Изображения - Молекула воды | Nature Chemistry: опровергнута описанная в учебниках организация молекул водыУченые Кембриджского университета и Института исследования полимеров Общества имени Макса Планка в Германии обнаружили, что молекулы воды на поверхности солевого раствора. |
| Строение Молекулы Воды скачать с mp4 mp3 flv | Модель молекулы воды, предложенная Нильсом Бором, показана на рис. 1.5. |
| Физики показали, что вода превращается в две жидкости при низких температурах | Большинство моделей воды с четырьмя участками используют расстояние OH и угол HOH, которые соответствуют расстояниям свободной молекулы воды. |
Квантово-механические свойства воды - Вода Квантовая механика Молекула » 2024
Кластерная модель представляла жидкую воду как кластеры из молекул, связанных водородными связями, плавающих в объеме свободных молекул. Если рассмотреть модель молекулы воды, особенности ее строения, можно сказать, что она представляет собой две единицы одновалентных ионов водорода и один двухвалентный ион кислорода, а формула выглядит так: H2О. Nature Chemistry: опровергнута описанная в учебниках организация молекул водыУченые Кембриджского университета и Института исследования полимеров Общества имени Макса Планка в Германии обнаружили, что молекулы воды на поверхности солевого раствора. В работе выяснены характерные особенности в строении воды для объяснения ее свойств; созданы и проверены компьютерные модели молекулы воды; сделан вывод: молекулы воды образуют определенные структуры, основанные на наличии водородных связей.
Опровергнута общепризнанная модель поведения молекул воды
Nature Chemistry: опровергнута описанная в учебниках организация молекул водыУченые Кембриджского университета и Института исследования полимеров Общества имени Макса Планка в Германии обнаружили, что молекулы воды на поверхности солевого раствора. Модель молекулы воды, предложенная Нильсом Бором, показана на рис. 1.5. «Важно отметить, что, в отличие от изолированной молекулы воды с одной энергией взаимодействия О и Н, в жидкости имеется набор (распределение) таких энергий в силу многообразия ближайшего окружения молекулы воды. Главная/Новости/Исследование подтверждает, что вода может принимать две различные жидкие формы.
Молекула воды: удивительное строение простого вещества
| 3d модель молекулы воды H2O для печати | Учёные проследили за электронами в молекулах воды, чтобы уточнить последствия действия радиации на людей. |
| Продолжается изучение структуры воды | Согласно этой модели вода состоит из 1820 молекул воды, что в два раза больше, чем в модели Зенина. |
| Ученые США и Швеции наблюдали взаимодействие между молекулами воды на атомном уровне | 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. |
| Продолжается изучение структуры воды • Игорь Иванов • Новости науки на «Элементах» • Физика | Ионы в водном растворе обычно окружены четырьмя-шестью молекулами воды, но ученым неясно, движутся ли они как единое целое. |
Ученые из Великобритании получили необычные молекулы воды
Стоковая иллюстрация: модель молекулы воды, научная или медицинская справка, 3d иллюстрация. Ученые Юго-Западного исследовательского института заявили об интригующей находке — они обнаружили молекулы воды на поверхности космических камней. В работе выяснены характерные особенности в строении воды для объяснения ее свойств; созданы и проверены компьютерные модели молекулы воды; сделан вывод: молекулы воды образуют определенные структуры, основанные на наличии водородных связей.
Ученые из Великобритании получили необычные молекулы воды
Учебные модели придется перерисовать после того, как группа исследователей обнаружила, что молекулы воды на поверхности соленой воды организованы иначе, чем считалось ранее. Модель молекулы воды, предложенная Нильсом Бором, показана на рис. 1.5. Nature Chemistry: опровергнута описанная в учебниках организация молекул водыУченые Кембриджского университета и Института исследования полимеров Общества имени Макса Планка в Германии обнаружили, что молекулы воды на поверхности солевого раствора. Во всех моделях молекулы воды (рис. 6-9) шестой электрон атома кислорода остается свободным, формируя зону отрицательного потенциала на ее поверхности. В эксперименте Национальной ускорительной лаборатории SLAC в США ученые впервые напрямую наблюдали, как возбужденные атомы водорода в молекуле воды.
3d-модель молекулы воды на черном фоне
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. Кеплер пишет: "Поскольку всякий раз, когда начинает идти снег, первые снежинки имеют форму шестиугольной звезды, на то должна быть определенная причина, ибо если это случайность, то почему не бывает пятиугольных или семиугольных снежинок? В последнем случае, как отмечает Кеплер, будут возникать щели, сквозь которые, например, к пчелам в улей сквозь соты будет проникать холод. Для этого разбивают правильный шестиугольник на три ромба, как показано на рис. Кеплер рассматривал именно такие ромбы, поэтому мы назовем их ромбами Кеплера поскольку есть еще ромбы Браве и Пенроуза. Гениальный Кеплер предвидел важную роль, которую будут играть ромбовидные тела в пространстве. Он писал: "Все пространство можно заполнить правильными ромбическими телами так, что одна и та же точка будет служить вершинами четырех пространственных углов с тремя ребрами, а также шести пространственных углов с четырьмя ребрами". Вернемся к плоским ромбам Кеплера.
Перейти в корзину… удалить из корзины Размеры в сантиметрах указаны для справки, и соответствуют печати с разрешением 300 dpi. Купленные файлы предоставляются в формате JPEG. При использовании требуется указывать источник произведения.
Катионы и анионы простых электролитов ориентируют молекулы воды как вверх, так и вниз. Это полная противоположность моделям из учебников, которые учат, что ионы образуют двойной электрический слой и ориентируют молекулы воды только в одном направлении. Соавтор исследования д-р Яир Литман из химического факультета Юсуфа Хамида сказал: «Наша работа демонстрирует, что поверхность растворов простых электролитов имеет другое распределение ионов, чем считалось ранее, и что обогащенная ионами подповерхностная поверхность определяет, как будет выглядеть граница раздела. Соавтор, доктор Куо-Янг Чан из Института Макса Планка, сказал: «Эта статья показывает, что сочетание HD-VSFG высокого уровня с моделированием является бесценным инструментом, который будет способствовать пониманию границ раздела жидкостей на молекулярном уровне». Профессор Миша Бонн, возглавляющий отдел молекулярной спектроскопии Института Макса Планка, добавил: «Такие типы интерфейсов встречаются повсюду на планете, поэтому их изучение не только помогает нашему фундаментальному пониманию, но также может привести к созданию более совершенных устройств и технологий. При использовании материалов с сайта активная ссылка на него обязательна Последние аномальные новости.
При этом виден переход, в котором электрон с занятой молекулярной орбитали заполняет дырку, на месте которой был выбитый ранее фотоном электрон. Эксперимент с жидкой водой показывает расщепление резонанса на два пика. В научной литературе получившийся дублет приписывается кластерам лёгкого и тяжёлого типов. Чтобы пролить свет на эту фундаментальную проблему, авторы работы провели эксперимент с парами воды, где нет водородных связей. В ходе исследования они измерили спектр резонансного неупругого рассеяния изолированной молекулы. Эксперименты привели к неожиданному результату и показали, что точно такое же расщепление резонанса на два пика присутствует в рентгеновских спектрах рассеяний молекул воды в газовой фазе. Таким образом, исследование свидетельствует о динамической природе расщепления резонанса и опровергает структурный механизм, тем самым демонстрируя, что структура воды однородна. Второй не менее важный результат этой работы — получение детальной структурной информации о том, как влияют водородные связи на силу OH-связи. Колебательная инфракрасная ИК спектроскопия — общепринятый инструмент для исследования водородных связей в жидкостях. Но в них ИК-спектроскопия показывает лишь наиболее интенсивный переход в состояние с минимальной энергией колебаний, которое «слабо чувствует» межмолекулярное взаимодействие.
Ученые из Великобритании получили необычные молекулы воды
Оказалось, что ионы, как положительно, так и отрицательно заряженные, создают два слоя на границе раздела раствора и воздуха. 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.
Данные цифры были подтверждены экспериментально. На уровне 24 центров связывание по водородным связям практически прекращается ввиду того, что поверхность образований становится насыщенной нейтральной. Кластеры почти не взаимодействуют между собой, а скользят друг по другу, поэтому вода не отличается высокой вязкостью. В таком "режиме" из кластеров формируются метастабильные структуры, пример которых показан на рисунке 17 микроизображение в режиме фазового контраста. Рисунок 17 - Микроизображение объемной структуры воды. Теория Зенина хорошо объясняет электропроводные свойства воды, уменьшение плотности при плавлении, но плохо согласуется с большими значениями коэффициента самодиффузии и малым временем диэлектрической релаксации. Интересно, что по мнению Зенина, если степень возмущения структурных элементов воды недостаточна для перестройки всей структуры, то после снятия возмущения система релаксирует 30-40 минут до возвращения в исходное состояние. Если же переход к другому взаимному расположению структурных элементов воды оказывается энергетически выгодным, то оказанное воздействие отразится на новом состоянии.
Альтернативную, но похожую теорию выдвинул М. В его теории структурные элементы - это икосаэдры. Кластеры из 100 молекул могут образовывать цепочки с уменьшенными напряжением и степенью деформации водородных связей. В дальнейшем теоретически формируются сети, как показано на рисунке 18. Рисунок 18 - Формирование упорядоченной сети кластерных образований икосаэдрической формы, формирующих структуру воды. Компьютерные расчеты. Показаны только атомы кислорода. Однако практически существование регулярных матриц в воде маловероятно. Кластеры из 280 молекул также могут формировать цепочки, но с более напряженными водородными связями. Кластеры могут разрастаться в суперкластеры гигантские икосаэдры , примеры которых приведены на рисунке 19.
Рисунок 19 - Гигантсские икосаэдры из молекул воды по М. В 2002 Беркли методом рентгеноструктурного анализа показала, что молекулы воды действительно способны образовывать структуры, представляющие собой топологические цепочки и кольца из множества молекул. Смирновым в бидистиллированной воде и некоторых растворах методами акустической эмиссии, лазерной интерферометрии и термического анализа удалось визуализировать надмолекулярные образования с размерами частиц от 1 до 100 мкм, распределенных в водной среде рисунок 20. Свойства таких частиц были сходны со свойствами частиц, образующих эмульсию, поэтому они были названы "эмулонами". Микроизображения 2х2 мм. Размеры и пространственная организация эмулонов зависят от состава водного раствора, температуры и предыстории раствора. Наибольшее число фракций имеют размеры 30, 70 и 100 мкм. При этой температуре вода имеет наибольшую плотность. Таким образом, с рассмотренной точки зрения жидкая вода - это дисперсная система, каждая форма которой существует в определенном температурном диапазоне. Как уже упоминалось ранее, наряду с кластерной развивалась клатратная теория, основоположником которой в 1946 году стал О.
Он представлял структуру жидкой воды льдоподобной, полости которой частично заполнены мономерами одна полость - одна молекула воды. Каркас структуры нарушен тепловым движением молекул. Клатраты в целом не только вода делятся на два класса, зависящие от соединения-хозяина. Молекулярные клатраты образуются "хозяевами", имеющими внутримолекуярные полости. Такие клатраты могут существовать как в растворе, так и в кристаллическом состоянии. Если "хозяин" способен образовывать только межмолекулярные или кристаллические полости, то из него получаются решетчатые клатраты рисунок 21 , устойчивые лишь в твердом состоянии. Рисунок 21 - Гидрат метана - пример решетчатого клатрата. В поздних модификациях клатратной модели воды допускается образование водородных связей между молекулами в каркасе и молекулами в пустотах. При этом сами молекулы в обеих микрофазах соединены водородными связями. В заключение отметим, что существует целый ряд воздействий, которые могут приводить к определенному структурированию воды: Сверхкритические температуры и давления; Магнитные и электромагнитные поля, акустические и вибрационные воздействия с определенными характеристиками; Растворение электролитов, образующих при диссоциации ионы с относительно малым радиусом и большим зарядом; Растворение неэлектролитов, вызывающих явление гидрофобной гидратации; Длительный контакт с поверхностью нерастворимых в воде минералов, таких, как кварц.
Возможность такого рода воздействий обуславливается тем, что вода - очень чувствительная система множества метастабильных состояний. Вода, по сути, может откликаться на воздействия практически любой природы. Более подробно структурирование воды под воздействием внешних сил будет рассмотрено в отдельной статье. Особенности строения воды в твердом виде. Рисунок 22 - Фрагмент фазовой диаграммы воды. Джоном получены первые результаты по рентгеноструктурному исследованию льда. Джон отметил, что лед собран из прямых треугольных призм. Деннисон уточняет это предположение. Брэгг в статье "Кристаллическая структура льда" пытается выяснить причины возможных ошибок при расшифровке положений ядер кислорода. Он убежден, что ни Джон, ни Деннисон не смогли найти истинного расположения ядер кислорода в структуре льда.
Брэгг сделал важное замечание: каждый атом кислорода в структуре льда должен быть окружен четырьмя другими. Атом же водорода располагается между двумя кислородами как бусинки на нитке. При этом, что важно, бусинки сдвинуты, смещены, относительно центра льда. Варне обнаружил, что молекулы во льду полностью ионизированы, а каждый водород находится на равном расстоянии между двумя соседними ядрами кислорода. Он заявил о трехмерности каркаса льда, который должен иметь форму тетраэдра. В нем каждый атом кислорода окружен еще четырьмя, т.
Это исследование показывает, что на самом деле мы должны думать об этих деревьях и растениях как о башнях из воды, удерживающих сахара и белки на своих местах.
Шахин сказал: «Это действительно мир воды». Дополнительная информация: Озгур Сахин, Твердые вещества гидратации, Природа 2023. DOI: 10.
Более абстрактная модель, напоминающая логотип Mercedes-Benz , которая воспроизводит некоторые особенности воды в двухмерных системах. Он не используется как таковой для моделирования «реальных» т. Трехмерных систем, но полезен для качественных исследований и в образовательных целях. Крупнозернистые модели. Также были разработаны одно- и двухпозиционные модели воды.
Квантово-механические свойства воды - Вода Квантовая механика Молекула » 2024
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. 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.
Чтобы разобраться в причинах обнаруженного явления, теоретики сосредоточили свое внимание на молекуле воды. После включения электрического поля, любое начальное поступательное и вращательное движение в плоскости, перпендикулярной полю, быстро исчезает, так как молекула воды получает стабильную ориентацию. Исследователи предположили, что энергия и импульс этого первоначального движения преобразуется в поступательное движение в направлении поля и вращение вокруг этого направления. Соответственно, линейная скорость перемещения молекулы должна зависеть от ее ориентации на тот момент, когда поле было включено.
К сожалению, предложенная теория пока не объясняет обнаруженного изменения направления движения при повышении электрического поля. Ученые говорят, что они все еще работают над разработкой теории, объясняющей этот феномен. Однако, на данный момент важно, что фуллерен с заключенной внутри молекулой воды, в отличие от чистого фуллерена, имеет полярность, что позволяет управлять им при помощи электрического поля. Этот факт открывает перед фуллереном целый спектр возможных применений, в частности, в нанотехнологиях. Пожалуйста, оцените статью: Ваша оценка: None Средняя: 4.
Отличительная черта водородной связи — сравнительно низкая прочность, ее энергия в 5—10 раз ниже, чем энергия химической связи. По энергии она занимает промежуточное положение между химическими связями и Ван-дер-ваальсовыми взаимодействиями, теми, что удерживают молекулы в твердой или жидкой фазе. Поскольку каждая молекула воды имеет четыре центра образования водородной связи две неподелённые электронные пары у атома кислорода и два атома водорода , то каждая молекула воды способна образовывать водородные связи с четырьмя молекулами воды, образуя ажурный сетчатый каркас в молекуле льда. Заказать работы Рис. Каждая молекула воды способно образовывать водородные связи с четырьмя соседними молекулами В кристаллической структуре льда каждая молекула участвует в 4 водородных связях, направленных к вершинам тетраэдра. В центре этого тетраэдра находится атом кислорода, в двух вершинах — по атому водорода, электроны которых задействованы в образовании ковалентной связи с кислородом. Две оставшиеся вершины занимают пары валентных электронов кислорода, которые не участвуют в образовании внутримолекулярных связей. Водородные связи в кристаллической решётке льда В отличие от льда, в жидкой воде водородные связи легко разрушаются и быстро восстанавливаются, что делает структуру воды исключительно изменчивой. Именно благодаря этим связям в отдельных микрообъемах воды непрерывно возникают своеобразные ассоциаты воды - её структурные элементы. Всё это приводит к неоднородности в структуре воды. Первым идею о том, что вода неоднородна по своей структуре, высказал Уайтинг в 1884 году. Когда в 20-е годы определили структуру льда, оказалось, что молекулы воды в кристаллическом состоянии образуют трёхмерную непрерывную сетку, в которой каждая молекула имеет четырёх ближайших соседей, расположенных в вершинах правильного тетраэдра. В 1933 году Дж. Бернал и П. Фаулер предположили, что подобная сетка существует и в жидкой воде. Поскольку вода плотнее льда, они считали, что молекулы в ней расположены не так, как во льду, то есть подобно атомам кремния в минерале тридимите, а так, как атомы кремния в более плотной модификации кремнезёма — кварце. Таким образом, модель Бернала — Фаулера сохранила элемент двухструктурности, но главное их достижение — идея непрерывной тетраэдрической сетки. Тогда появился знаменитый афоризм И. Открыть мини-сайт на портале Pandia для ведения проекта. PR, контент-маркетинг, блог компании, образовательный, персональный мини-сайт. Регистрация бесплатна Только в 1951 году Дж. Попл создал модель непрерывной сетки, которая была не так конкретна, как модель Бернала — Фаулера. Попл представлял воду как случайную тетраэдрическую сетку, связи между молекулами в которой искривлены и имеют различную длину. Модель Попла объясняет уплотнение воды при плавлении искривлением связей. Когда в 60—70-е годы появились первые определения структуры льдов II и IX, стало ясно, как искривление связей может приводить к уплотнению структуры. Модель Попла не могла объяснить немонотонность зависимости свойств воды от температуры и давления так хорошо, как модели двух состояний. Поэтому идею двух состояний ещё долго разделяли многие учёные. В первой группе вода представала в виде кластеров из молекул, связанных водородными связями, которые плавали в море молекул, в таких связях не участвующих. Модели второй группы рассматривали воду как непрерывную сетку водородных связей - каркас, которая содержит пустоты; в них размещаются молекулы, не образующие связей с молекулами каркаса. Среди кластерных моделей наиболее яркой оказалась модель Г.
Обладают ли сами кластеры дипольными моментами? До сих пор четких ответов на эти вопросы не было. Экспериментальные данные, полученные за последние 20 лет, противоречили друг другу. Главное препятствие заключалось в том, что во всех этих экспериментах изучались кластеры в толще воды, в их непосредственной «среде обитания». Эксперименты, проведенные исследовательской группой из Университета Южной Калифорнии , положили конец разногласиям. Их результаты, опубликованные в недавней статье R. Moro et al. Впечатляет эксперимент, позволивший прийти к такому выводу. Герметичный сосуд с водой помещался в вакуумную камеру и из него через очень узкое отверстие вода испарялась наружу, в вакуум. Отверстие имело форму миниатюрного реактивного сопла , и, выходя через него, струйка пара разгонялась до сверхзвуковой скорости. Такая схема испарения, избегающая нагрева, позволяет получить пар, состоящий не только из отдельных молекул воды, но и из разнообразных водных кластеров.
Объемная модель молекулы воды
Однако ученые опровергли общепризнанную модель поведения воды, описанную в учебниках, выяснив, что на самом верху находится слой чистой воды, под которым находится обогащенный ионами слой, а затем идет объемный раствор соли. В работе выяснены характерные особенности в строении воды для объяснения ее свойств; созданы и проверены компьютерные модели молекулы воды; сделан вывод: молекулы воды образуют определенные структуры, основанные на наличии водородных связей. Модель молекулы воды Вода образует водородные связи Благодаря водородным связям вода, являясь жидкостью, обладает аномальными свойствами При нагревании вода сжимается, при замерзании же расширяется, в то время как другие жидкости сжимаются. В большинстве моделей воды с четырьмя участками используется расстояние ОН и угол НОН, совпадающие с таковыми для свободной молекулы воды. В эксперименте Национальной ускорительной лаборатории SLAC в США ученые впервые напрямую наблюдали, как возбужденные атомы водорода в молекуле воды. Модель водного раствора сахарозы с массовой долей 30%, включающей 12 молекул сахарозы и 532 молекулы воды, использованная для расчётов на суперкомпьютере.
Ученые из Великобритании получили необычные молекулы воды
По отклонению струйки в электрическом поле и измерялся дипольный момент кластеров. Непосредственное измерение дипольного момента кластеров разного размера уже само по себе имеет большое значение для понимания структуры воды. Действительно, получается, что когда кластеры воды «складываются» в сплошную среду, они чувствуют друг друга не только через непосредственный контакт, но и через электрическое взаимодействие диполей. Однако эксперимент калифорнийских физиков позволил определить не только это.
Во-первых, данные свидетельствуют о том, что крупные кластеры содержащие больше восьми молекул электрически более упорядоченны, чем маленькие. Этот любопытный переход никем не был предсказан, и как его интерпретировать — пока не известно. Некоторые теоретические расчеты предсказывали, что при таких температурах водные кластеры должны уже замерзнуть, что сильно изменило бы зависимость дипольного момента от количества молекул.
В эксперименте, однако, подобное изменение свойств не обнаружилось, из-за чего приходится делать вывод, что и при таких температурах кластеры остаются жидкими. Это исследование лишний раз доказало, что система, состоящая из очень простых элементов, — например, вода — может обладать очень нетривиальными свойствами. Для детального понимания структуры и динамики воды требуются новые эксперименты и новые теоретические исследования.
Остается лишь сожалеть, что именно нетривиальные свойства воды стали пищей для псевдонаучных спекуляций, доходящих порой до абсурда см.
В научной литературе получившийся дублет приписывается кластерам лёгкого и тяжёлого типов. Чтобы пролить свет на эту фундаментальную проблему, авторы работы провели эксперимент с парами воды, где нет водородных связей. В ходе исследования они измерили спектр резонансного неупругого рассеяния изолированной молекулы. Эксперименты привели к неожиданному результату и показали, что точно такое же расщепление резонанса на два пика присутствует в рентгеновских спектрах рассеяний молекул воды в газовой фазе. Таким образом, исследование свидетельствует о динамической природе расщепления резонанса и опровергает структурный механизм, тем самым демонстрируя, что структура воды однородна. Второй не менее важный результат этой работы — получение детальной структурной информации о том, как влияют водородные связи на силу OH-связи.
Колебательная инфракрасная ИК спектроскопия — общепринятый инструмент для исследования водородных связей в жидкостях. Но в них ИК-спектроскопия показывает лишь наиболее интенсивный переход в состояние с минимальной энергией колебаний, которое «слабо чувствует» межмолекулярное взаимодействие. Спектроскопия резонансного неупругого рассеяния воды качественно отличается от ИК-спектроскопии тем, что, получив энергию от рентгеновского фотона, электрон кислорода переходит с самой глубокой орбитали на первую незанятую. В результате молекула воды быстро диссоциирует.
Компьютерная модель дала возможность понять, как выглядит упорядоченная фаза на микроскопических, точнее, на наноразмерных масштабах. И вновь учёных ждал сюрприз: оказалось, эта фаза крайне необычна.
Она представляет собой сосуществование сразу двух видов упорядочений дипольных моментов молекул воды — сегнетоэлектрического и антисегнетоэлектрического. Это можно представить как стопку чередующихся листов сонаправленных диполей, где диполи в каждой паре соседних листов имеют разнонаправленную ориентацию см. Расчёты также показали, что картина упорядоченных водяных диполей стрелки на рисунке может быть ещё более богатой. Это происходит, например, если молекулы воды заполняют не все поры кристалла, а только часть из них. В таком случае диполи-стрелки в плоскостях-листах группируются в отдельные области — домены. Эта бурно развивающаяся область обещает создание чрезвычайно эффективных электронных устройств на основе биологических материалов», — считает руководитель работы, заведующий лабораторией терагерцовой спектроскопии МФТИ Борис Горшунов.
Схематическое представление упорядоченного состояния электродипольной решётки полярных дипольные моменты обозначены стрелками молекул воды в кристалле кордиерита.
При обычных условиях эти силы между частицами воды весьма малы, так что вода представляет собой жидкость. Если же заключить ее внутрь другого вещества, то ситуация может измениться. В частности, ученые уже выяснили, что тонкие пленки воды между слоями графена превращаются в лед с необычной для этого соединения квадратной кристаллической решеткой. В новой работе исследователи из Университета Райса США смоделировали поведение воды внутри нанотрубок с использованием фундаментальных законов физики без опоры на дополнительные эмпирические данные и приближения. Оказалось, что благодаря силам Ван-дер-Ваальса между стенками трубок определенного диаметра и молекулами могут появляться необычные конфигурации воды.