Содержание
Ученым удалось зафиксировать разрушение радиацией молекул воды — EADaily, 12 января 2020 — Технологии, Новости США
Впервые физикам удалось проследить, как радиация расщепляет молекулы воды, заставляя их вступать в сверхбыстрые химические реакции. Статья об этом опубликована в научном журнале Science.
«Мы впервые проследили за самой быстрой химической реакцией, которая может происходить в ионизированной воде, — рождением гидроксильного радикала (-OH). Изучение этого иона важно само по себе, так как он легко проникает через различные барьеры в организме и может повреждать все важные биомолекулы, в том числе РНК, ДНК или белки», — пояснила физик из Аргоннской национальной лаборатории в США — один из авторов работы Линда Ян.
Она отметила, что химические реакции протекают очень быстро — взаимодействия между самыми простыми молекулами длятся несколько десятков фемтосекунд, квадриллионных долей секунды. За это время атомы исходных реагентов успевают осуществить взаимодействие друг с другом.
Электроны в этих атомах успевают поменять свои позиции еще быстрее, за десятки или сотни аттосекунд, тысячных долей фемтосекунды.
На протяжении долгого времени считалось, что подобные процессы невозможно отследить, но все изменилось после появления сверхбыстрых лазеров и ускорителей частиц, которые могут производить сверхкороткие вспышки рентгеновского и гамма-излучения длиной в несколько фемтосекунд. Опыты на подобных установках помогли физикам и химикам проверить и уточнить некоторые предсказания квантовой механики и теоретической химии.
Янг и ее коллеги проверили одно из подобных предсказаний, которое было сделано еще в середине прошлого века после первых наблюдений за тем, как радиация взаимодействует с водой. Эти эксперименты показали, что гамма-излучение выбивало электроны из ее молекул, что помогло физикам сформулировать первую теорию радиолиза воды.
Исследователи напоминают, что в те времена ученые предположили, что ионизирующее излучение расщепляет влагу не напрямую, разлагая ее на положительно заряженные протоны и отрицательно заряженные гидроксильные радикалы, а в результате серии крайне быстротечных реакций.
После того как фотон выбивает электрон из молекулы воды, она приобретает положительный заряд и притягивает своих соседей.
Когда одна из соседних молекул сближается с ней на достаточно близкое расстояние, происходит сверхбыстрая реакция, в ходе которой заряженная молекула воды отдает один из протонов и распадается. В результате этого возникает гидроксоний, комплексное соединение протона и воды (h4O+), а также OH-ион, который мгновенно соединяется с выброшенным ранее электроном.
Долгое время физики и химики считали, что этот процесс происходит так быстро, что его в принципе нельзя будет изучить. Научный коллектив под руководством Янг доказал, что это не так, впервые проследив за передачей протона и формированием ОН-иона с помощью сверхбыстрого и мощного рентгеновского лазера LCLS. В этом случае он служил как источником ионизирующего излучения, так и средством для ведения наблюдений за разрушением молекул воды.
Эти опыты показали, что вода действительно распадается по общепринятому сценарию.
Ученые смогли точно измерить время, которое проходит между ионизацией и распадом воды. Оно оказалось равно всего 46 фемтосекундам, что полностью укладывается в теоретические предсказания прошлого века. В свою очередь, электрон соединяется с ОН-радикалом еще быстрее — всего за 14 фемтосекунд.
Последующие замеры такого рода, как надеются ученые, помогут физикам, химикам и биологам детально изучить то, как ионизирующее излучение и порождаемые им ОН-ионы повреждают ДНК и другие компоненты человеческих клеток, а также научиться отслеживать появление ионизированной воды и продуктов ее распада в различных химических средах.
%d0%bc%d0%be%d0%bb%d0%b5%d0%ba%d1%83%d0%bb%d0%b0 %d0%b2%d0%be%d0%b4%d1%8b PNG и картинки пнг | рисунок Векторы и PSD
green environmental protection pattern garbage can be recycled green clean
2000*2000
3d модель надувной подушки bb cream
2500*2500
blue series frame color can be changed text box streamer
1024*1369
be careful to fall prohibit sign slip careful
2300*2600
простая инициализация bb b геометрическая линия сети и логотип цифровых данных
2276*2276
естественный цвет bb крем цвета
1200*1200
Комплекс витаминов группы В капсулы В4 на прозрачном фоне изолированные 3d визуализации
2000*2000
be careful to slip fall warning sign carefully
2500*2775
цвет перо на воздушной подушке bb крем трехмерный элемент
1200*1200
витамин b2 значок логотип золотая капля щит защита медицинский фон здоровье векторная иллюстрация
2000*2000
chinese wind distant mountain pine tree chinese style pine tree chinese style poster can be combined
3600*2475
happy singing mai ba sing self indulgence happy singing
2000*2000
gambar waisak 2022 png dan happy vesak day 2566 be
1500*1500
капсулы или пилюли витамина b4 диетические
2000*2000
крем крем вв вв на воздушной подушке иллюстрация
2000*2000
hand painted chinese style pine ink ink graphics can be combined hand painted pine chinese style
2475*3600
Косметический bb Крем Дизайн Плаката косметический Косметика постер Реклама косметики Плакат
7087*9449
Красивая розовая и безупречная воздушная подушка bb крем косметика постер розовый красивый розовый Нет времени На воздушной
2480*3307
black key that can be hung on the body car key key
2000*2000
но логотип компании вектор дизайн шаблона иллюстрация
4083*4083
чат пузыри комментарии разговоры переговоры аннотация круг ба
5556*5556
аэрозольный баллончик увлажняющий лосьон bb cream парфюм для рук
3072*4107
black and white train icon daquan free download can be used separately can be used as decoration free of charge
2000*2000
flowering in spring flower buds flowers to be placed plumeria
2000*2000
black and white eco friendly pattern garbage can be recycled green clean
2000*2000
витамин b5 логотип значок дизайн типы
1200*1200
pop be surprised female character
2000*2000
be careful of road slip warning signs fall warning signs character warning signs pattern warning signs
2000*2000
break split orange be
2000*2000
be careful with fire pay attention to fire pay attention to fire warning icon
2000*2000
набор векторных иконок реалистичные погоды изолированных на прозрачной ба
800*800
Муслимая молитва с фоном ka ba
1200*1200
black and white eco friendly pattern garbage can be recycled green clean
2000*2000
be careful of electric shock icons warning icons cartoon illustrations warnings
2500*2000
розовый бб крем красивый бб крем ручная роспись бб крем мультфильм бб крем
2000*3000
жидкая подушка крем bb
1200*1200
ценю хорошо как плоская цвет значок векторная icon замечания
5556*5556
чат комментарий образование синий значок на абстрактных облако сообщение
5556*5556
дизайн плаката премьера фильма кино с белым вектором экрана ба
1200*1200
plane cartoon separate can be used as decoration
2000*2000
Головной мозг гипноз психология синий значок на абстрактное облако ба
5556*5556
83 лет юбилей празднования вектор шаблон дизайна иллюстрация
4187*4187
ба хиджайя арабский
1200*1200
childrens day childrens day border childrens day cute border can be used for childrens day theme poster stickers
842*596
витамин b5 пантотеновая кислота вектор витамин золото масло таблетки значок органический витамин золото таблетки значок капсула золотое вещество для красоты косметическая реклама дизайн комплекс с химической формулой иллюстрации
5000*5000
Мечтательный красивый чистый ню макияж bb косметический плакат косметический Косметический постер Реклама косметики косметология Красота
4961*6614
attention be careful cut icon danger
2500*2000
витамин В4 в капсулах пищевые добавки 3d визуализации
2000*2000
арабская каллиграфия ба фазл раввин
2500*2500
have electricity prohibit be careful be
2000*2000
Лед, вода и молекулы.
Наш зимний мир
Почему у снежинок шесть сторон?
В 1611 году люди не знали о молекулах, но когда философ Иоганн Кеплер увидел у себя на рукаве шестиконечную снежинку, он подумал, что ее симметрия объясняется тем, что она состоит из мельчайших шестиугольных (шестигранных) частиц. Кеплер поднял несколько увлекательных вопросов о фундаментальной природе материи, и он был во многом прав. Изысканные шестигранные формы, которые снова и снова можно увидеть в падающих с неба снежинках и в снежном покрове, обусловлены природой и формой молекулы воды.
Наблюдения философа Иоганна Кеплера за 6-сторонней симметрией, наблюдаемой в снежинках, намекнули на основную молекулярную структуру воды. (Общественное достояние {{PD-old-100}})
Первая удачная фотография снежинки была сделана в 1885 году Уилсоном А. «Снежинка» Бентли. Основываясь на более чем 5000 фотографий снежинок, Бентли пришел к выводу, что нет двух абсолютно одинаковых снежинок. Фото Уилсона А. Бентли (Public Domain {{PD-US-old}})
Кристаллы снега могут расти горизонтально вдоль своей основной грани, образуя плоскую шестиугольную пластину или дендрит.
Они также могут расти вертикально вдоль своих граней призмы, в результате чего образуются кристаллы в форме столбцов и игл. Большинство снежных кристаллов растут в обоих направлениях, что приводит к ошеломляющему множеству различных типов снежных кристаллов. Иллюстрация Мэтью Штурма
Лед против воды
Землю, «водную планету», можно легко назвать «полуледяной планетой», потому что температура зимой на большей части Земли достаточно низка, чтобы вода замерзала, поэтому существуют огромные ледяные шапки в полярных районах. И вода, и лед состоят из тетраэдрических молекул, состоящих из двух атомов водорода и одного атома кислорода (H 2 0), связанных друг с другом прочными связями. Лед имеет более жесткую и организованную структуру, чем вода, которая состоит из более рыхлых цепочек связанных молекул, которые могут скользить ближе друг к другу. Вещества, в которых молекулы более плотно упакованы, имеют более высокую плотность, чем те, в которых молекулы имеют большее расстояние между собой.
Вот почему лед (менее плотный) плавает в воде (более плотный).
Вверху: на большей части континентальной части США зимы становятся достаточно холодными, чтобы выпал снег. В ключе карты указаны средние температуры декабря-января-февраля за 30 лет в градусах Цельсия. Обратите внимание, что 0 градусов Цельсия/32 градуса по Фаренгейту («температура замерзания») отображается светло-зеленым цветом. Изображение предоставлено: Руководство по климатическим данным Национального центра атмосферных исследований / Д. Шнайдер
. Справа: жидкая вода (слева на изображении), молекулы h30 быстро перемещаются, потому что у них больше энергии, чем в твердой (ледяной) форме (на прямо на картинке). Когда h30 замерзает, молекулы замедляются, образуя организованную решетчатую структуру. Гексагональное расположение молекул h30 в твердом состоянии является причиной того, что снежные кристаллы имеют гексагональную симметрию. Изображение адаптировано из Британской энциклопедии Эндрю Старка на Quora (Условия предоставления услуг Quora)
Молекула воды (H 2 0) состоит из одного атома кислорода (O) и двух атомов водорода (H).
Атомы Н и О из разных молекул тоже притягиваются друг к другу. Связи между соседними молекулами H 2 0 называются водородными связями. Иллюстрация Мэтью Штурма
Что такого особенного в H
2 0? Некоторые важные характеристики воды
Люди на 60% состоят из воды, поэтому мы склонны считать свойства льда и воды само собой разумеющимися, но они являются экстремальными способами, которые влияют на всю жизнь и климат Земли.
Вода плотнее льда.
У большинства веществ твердое состояние более плотное, чем жидкое, но вода отличается! Лед менее плотный (917 кг на кубический метр), чем жидкая вода (1000 кг на кубический метр). Другой способ думать об этом состоит в том, что когда определенное количество жидкой воды замерзает в лед, он увеличивается в объеме. Вот почему:
Фото Lavivm на Pixabay (лицензия Pixabay)
Фото Доминикуса Йоханнеса Бергсма с Викисклада (CC-BY-SA-4.0)
Лед плавает, поэтому на дне океана нет ледников, и мы можем кататься на коньках по замерзшим прудам.
Когда трубы замерзают, они лопаются, а ледяная вода, замерзая в трещинах, раскалывает камни.
Вода обладает высокой теплоемкостью и скрытой теплотой
Из всех веществ на Земле вода обладает самой высокой теплоемкостью, которая представляет собой количество энергии (тепла), необходимое для повышения ее температуры. Он также имеет самую высокую скрытую теплоту, которая представляет собой количество энергии, необходимое для плавления твердого вещества в жидкость или жидкого вещества в газ. Вот почему:
Федеральное управление автомобильных дорог Фото / Martin Gyorgyfalvy (Public Domain) Фото Мэтью Штурма
Снежные сугробы сохраняются в горах, где прохладнее, чем в долинах, в течение всего лета.
Снег в горах тает постепенно, стекая в ручьи и реки в течение всей весны и начала лета.
Вода и лед могут сосуществовать.
При низких температурах жидкая вода по-прежнему сосуществует со льдом в виде тонкого слоя. Вот почему:
Фото Гантаса Вайчуленаса из Pexels (лицензия Pexels)
Снег и лед скользкие, что позволяет нам кататься на санках и коньках.
Снег отражает солнечный свет
Снег отражает видимый солнечный свет лучше, чем любое другое природное вещество на Земле, часто отбрасывая 85% света обратно в космос. Вот почему:
Фото Корди Вале на Pixabay (лицензия Pixabay)
Снег помогает охлаждать планету, отражая, а не поглощая солнечную радиацию.
Первое в истории изображение водородной связи
Этот сайт может получать партнерские комиссионные за ссылки на этой странице. Условия эксплуатации.
Водородные связи лежат в основе жизни, какой мы ее знаем, и теперь ученым впервые удалось визуализировать эти преходящие молекулярные ассоциации. Группа исследователей из Китайского национального центра нанонауки и технологий и Университета Жэньминь использовала атомно-силовую микроскопию (АСМ) для получения изображения с высоким разрешением атомов, тянущихся, чтобы установить связь друг с другом. Химики много лет строили теории о расположении и появлении водородных связей, но теперь эти теории можно подвергнуть проверке.
Существуют различные типы химических связей, но водородные связи особенно неуловимы. Ранее в этом году отдельная группа исследователей смогла использовать АСМ для получения изображения разрыва и образования ковалентных связей во время химической реакции. Эти связи включают в себя совместное использование электронов на внешней оболочке атомов — они имеют гораздо более высокую энергию, и поэтому их легче обнаружить, чем водородные связи. Несмотря на то, что водородная связь более тонкая, она невероятно важна — она делает жизнь возможной. Например, водородные связи связывают вместе двойную спираль ДНК, а также обусловливают поверхностное натяжение воды.
Водородная связь – это всего лишь небольшая сила притяжения между атомом водорода и отрицательно заряженным атомом другой молекулы. Эти связи легче разорвать, чем другие связи, поэтому вода все еще течет, а не становится липкой или полутвердой. Любая молекула, обладающая необходимыми свойствами, может образовывать водородные связи, и в этом случае исследователи использовали 8-гидроксихинолин, потому что он значительно более стабилен, чем вода, и его легче визуализировать, чем ДНК.
Техника АСМ, используемая для обнаружения водородных связей, очень похожа на ту, что использовалась ранее для ковалентных связей. Исследователи охладили молекулы почти до абсолютного нуля, что замедлило их движение. Над молекулами проходил зонд, который колебался с частотой, резонирующей с медной пластиной, на которой они сидели. Используя оголенную медную поверхность в качестве базовой линии, дисперсия, измеренная с присутствующими молекулами, дала изображение сверхвысокого разрешения взаимодействий на атомном уровне. После совершенствования техники при очень низких температурах команда даже смогла получить изображения водородных связей при комнатной температуре.
Это не просто еще один абстрактный элемент науки о сборе информации — это фундаментальный сдвиг в нашей способности наблюдать мельчайшие молекулярные структуры. «Бесконтактная» атомно-силовая микроскопия может визуализировать особенности молекул в гораздо меньшем масштабе, чем даже туннельный электронный микроскоп.