Содержание
Сибирские ученые изучают молекулы воды методом широкополосной спектроскопии | Infopro54
Перед учеными стоит задача создать обогащенные изомеры, которые могут найти применение в задачах магнитной томографии.
Структура воды, несмотря на многочисленные исследования, продолжает вызывать интерес учёных. Сотрудники Института автоматики и электрометрии СО РАН (г. Новосибирск) и Института сильноточной электроники СО РАН (г. Томск) решили изучить молекулы воды методами широкополосной терагерцовой спектроскопии. Статья об этом вышла в журнале IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology, сообщает издание «Наука в Сибири».
Вода — один из самых важных элементов на Земле. В молекулу воды входит два атома водорода. Ядро каждого из атомов — протон — имеет специфическое физическое свойство, которое называется спин. Молекула воды, в которой спины двух протонов сонаправлены, называется ортоизомером. Если же они направлены навстречу друг другу, то мы имеем дело с параизомером.
— Наше знание о свойствах спиновых изомеров воды ещё не полно, — поясняет один из авторов статьи кандидат технических наук Александр Мамрашев. — Эти два вида молекул имеют почти идентичные физические и химические свойства, поэтому их трудно отделить друг от друга. Также трудно осуществить превращение одного изомера в другой. В нормальных условиях концентрации изомеров молекул воды относятся как 3:1. Основная задача в рамках гранта Российского научного фонда № 17-12-01418, который мы сейчас выполняем, — изменить это отношение в ту или другую сторону, создав тем самым обогащение одного из изомеров. Далее можно будет исследовать свойства и применения спиновых изомеров воды.
По словам ученого, чтобы следить за концентрацией каждого из изомеров, необходим эффективный метод их детектирования. Учёные ИАиЭ СО РАН и ИСЭ СО РАН разработали эффективный метод измерения содержания орто- и параизомеров паров воды, присутствующих в воздухе. Дело в том, что спектры поглощения этих видов молекул отличаются друг от друга: следуя законам квантовой статистики, два изомера воды находятся в различных вращательных состояниях, и это проявляется в инфракрасных и терагерцовых спектрах поглощения.
Для измерения спектров поглощения на вещество направляется поток излучения, часть которого проходит практически без взаимодействия с субстанцией, а часть поглощается ею. В данном исследовании специалисты использовали импульсное терагерцовое излучение и спектрометр, который позволяет измерять поглощение в широком диапазоне частот от 0,1 до 2,7 ТГц. Измеряя величину поглощения отдельных линий, принадлежащих орто- и пара-h3O, в терагерцовом диапазоне, можно определить концентрацию молекул каждого из изомеров.
Преимуществом разработанного метода по сравнению с методами классической узкополосной спектроскопии является возможность одновременного измерения нескольких линий поглощения молекул воды в одинаковых физических условиях без перестройки частоты излучения.
Результат доказывает работоспособность предложенного метода и открывает перспективы его использования для исследования обогащения ядерных спиновых изомеров молекул воды в газовой фазе. Обогащенные изомеры могут найти применение в задачах магнитной томографии и для исследования процессов с участием молекул воды в космосе.
Фото: pixabay.com, автор- PublicDomainPictures
В муниципалитете борются с посредниками, предлагающими бесплатные услуги за деньги и расширяют возможности для захоронения на городских кладбищах.
Читать статью >>
Количество выявленных дефектов с начала отопительного сезона выросло на 20% по сравнению с аналогичным периодом прошлого года.
Читать статью >>
Однако получить эти деньги ему будет проблематично.
Читать статью >>
Компании затрудняются давать прогноз о том, какие специалисты им будут необходимы в перспективе и кого нужно готовить — слишком много изменений происходит в экономике.
Читать статью >>
Если к молекуле воды добавить атом кислорода, вот что получится #BrinumLab / Статья
Лаборатория чудес
Лаборатория чудес.
Водолазы
Лаборатория чудес
Лаборатория чудес
Лаборатория чудес — 3, эксперимент 5
Iesaki:
Лаборатория чудес
Поделиться
Что представляет из себя вода как химическое вещество, знают даже многие младшие школьники: это один атом водорода плюс два — кислорода, Н2О. Но стоит принудительно добавить к молекуле воды еще один атом кислорода — и получится перекись водорода, Н2О2. Та самая, слабым раствором которой промывают ранки, чтобы остановить кровь. А когда она густая, да еще с добавлением йодида калия — «лишние» атомы кислорода стремительно покидают жидкость, показали опытным путем создатели передачи Русского вещания LTV7 «Лаборатория чудес»
Заметили ошибку? Сообщите нам о ней!
Пожалуйста, выделите в тексте соответствующий фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
Пожалуйста, выделите в тексте соответствующий фрагмент и нажмите Сообщить об ошибке.
По теме
- Дети
- Химия
- Лаборатория чудес #BrinumLab
- Детям и родителям
- Видео / Видео онлайн
Скорая помощь. Дорога в Изюм. Документальный фильм RUS.LSM
Студенты РТУ заняли первое место на конкурсе молодых исследователей в Лиссабоне
Поселение гномов в Редане. Дед Мороз на моноколесе и эльф, читающий рэп (ФОТО и ВИДЕО)
Новая неделя начнётся со снега, возможны сильные метели
Аварий на пешеходных переходах стало намного больше, и в них страдают дети
Общество
Общество
Jastrzębska, Dowgiałłówna, Kozakiewicz.
Polacy na Łotwie silni kobietami
Общество
Ястржебска, Довгяллувна, Козакевич. Латвийские поляки сильны женщинами
Общество
Национальный театр хочет избавиться от табличек на русском
Общество
Число погибших в ДТП за год уменьшилось
Общество
ВИДЕО: Rus.LSM «Сегодня вечером». Новости в 19:00
Общество
Нужно продолжать помогать Украине и увеличивать военные расходы — премьеры стран Балтии
Новости
Мир
Украина сегодня. Фотохроника 11.12.2022
Аналитика
Охота с трагическими последствиями: «Допускаю, что следов выстрела не было видно», — глава МВД
ХРОНИКА ВОЙНЫМир
Нападение РФ на Украину: Турция обсуждает с Москвой и Киевом расширение «зернового коридора»
Аналитика
Как уберечь средства от интернет-мошенников — советы специалиста
Самоуправления
В Риге из-за снегопада введут «снежные билеты» для автомобилистов
Аналитика
Штраф за парковку на месте для инвалидов — ниже, чем оплата стоянки за день в центре Риги
35:36
Скорая помощь.
Дорога в Изюм.
Скорая помощь. Дорога в Изюм. Документальный фильм RUS.LSM35:36Студенты РТУ заняли первое место на конкурсе молодых исследователей в Лиссабоне03:07Поселение гномов в Редане. Дед Мороз на моноколесе и эльф, читающий рэп (ФОТО и ВИДЕО)Новая неделя начнётся со снега, возможны сильные метели01:32
Еще видео
Последние новости
Украина сегодня. Фотохроника 11.12.2022
Хоккей. Высшая лига. «Каунас» в гостях обыграл «Динабург» (ФОТО)
Охота с трагическими последствиями: «Допускаю, что следов выстрела не было видно», — глава МВД
Нападение РФ на Украину: Турция обсуждает с Москвой и Киевом расширение «зернового коридора»
Владимир Иванов: дуэль двух гениев футбола Роналду и Месси в финале отменяется
Людмила Метельская. Слова без кавычек
Скорая помощь. Дорога в Изюм. Документальный фильм RUS.
LSM
Jastrzębska, Dowgiałłówna, Kozakiewicz. Polacy na Łotwie silni kobietami
Еще
Самое важное
Нападение РФ на Украину: Турция обсуждает с Москвой и Киевом расширение «зернового коридора»
Украина сегодня. Фотохроника 11.12.2022
Охота с трагическими последствиями: «Допускаю, что следов выстрела не было видно», — глава МВД
В Риге из-за снегопада введут «снежные билеты» для автомобилистов
Портрет на фоне войны. Инна из Херсона, писавшая в оккупации «Хроники вышиванки»
Скорая помощь. Дорога в Изюм. Документальный фильм RUS.LSM
Владимир Иванов: дуэль двух гениев футбола Роналду и Месси в финале отменяется
Ястржебска, Довгяллувна, Козакевич.
Латвийские поляки сильны женщинами
Как уберечь средства от интернет-мошенников — советы специалиста
Штраф за парковку на месте для инвалидов — ниже, чем оплата стоянки за день в центре Риги
Аварий на пешеходных переходах стало намного больше, и в них страдают дети
Популярные
1.В Риге из-за снегопада введут «снежные билеты» для автомобилистов
2.Худший совет пожилому человеку — «берегите себя, лежите-отдыхайте» — профессор Даниланс
3.Сергей Кузнецов. Идеальная хромота Даугавпилса
4.Штраф за парковку на месте для инвалидов — ниже, чем оплата стоянки за день в центре Риги
5.На ближайшие дни объявлено оранжевое предупреждение из-за сильного снегопада
6.Нападение РФ на Украину: удары агрессора оставили без света всю Одессу
7.
Нападение РФ на Украину: крымский вопрос может превратить войну в многолетний конфликт — WP
8.Национальный театр хочет избавиться от табличек на русском
9.Аварий на пешеходных переходах стало намного больше, и в них страдают дети
10.«Новое Единство» все еще уверенно лидирует в рейтинге партий
Еще
Если бы вы могли видеть молекулы воды и то, как они действуют, вы бы заметили, что каждая молекула воды электрически притягивает своих соседей. Каждый из них имеет два атома водорода и один атом кислорода, h30. Чрезвычайная липкость воды обусловлена двумя атомами водорода, которые расположены на одной стороне молекулы и притягиваются к атомам кислорода других близлежащих молекул воды в состоянии, известном как «водородная связь». (Если бы молекулы жидкости не притягивались друг к другу, то постоянное тепловое движение молекул вызывало бы мгновенное вскипание или испарение жидкости. Атомы водорода имеют одиночные электроны, которые, как правило, проводят большую часть своего времени «внутри» молекулы воды, по направлению к атому кислорода, оставляя их снаружи обнаженными или положительно заряженными. Атом кислорода имеет восемь электронов, и часто большинство из них находится на стороне, противоположной атомам водорода, что делает эту сторону атома отрицательно заряженной. Поскольку противоположные заряды притягиваются, неудивительно, что атомы водорода одной молекулы воды склонны указывать на атомы кислорода других молекул. Конечно, в жидком состоянии у молекул слишком много энергии, чтобы зафиксироваться в фиксированной структуре; тем не менее многочисленные временные «водородные связи» между молекулами делают воду необычайно липкой жидкостью. В воде, по крайней мере в нескольких молекулах от поверхности, каждая молекула участвует в перетягивании каната со своими соседями со всех сторон. На каждое «восходящее» притяжение есть «нисходящее» притяжение, и на каждое «левое» притяжение есть «правое» притяжение, и так далее, так что любая данная молекула вообще не ощущает результирующей силы.
|
На поверхности все иначе. Не существует тяги вверх для каждой тяги вниз, поскольку, конечно, над поверхностью нет жидкости; таким образом, поверхностные молекулы имеют тенденцию втягиваться обратно в жидкость. Требуется работа, чтобы поднять молекулу на поверхность. Если поверхность растягивается, как при надувании пузыря, ее площадь увеличивается, и большее количество молекул вытягивается из жидкости, чтобы стать частью этой увеличенной площади. Этот эффект «растянутой кожи» называется поверхностным натяжением.
Впервые ученые увидели, как вода накапливает дополнительные протоны
Поделиться в Facebook
Поделиться в Twitter
Share на Reddit
Share на LinkedIn
Поделиться по электронной почте
Печать
Кредит: Thomas Fuchs
. химических топливных элементов — ученым необходимо точно знать, как отдельные атомы водорода движутся в воде.
Нейтральная молекула воды состоит из двух атомов водорода, связанных с одним атомом кислорода, при этом вся структура изгибается, чтобы дать молекуле частично положительную сторону и частично отрицательную сторону, как у магнита.
Если бы вы могли увеличить стакан с водой, вы бы увидели триллионы таких молекул, а также несколько избыточных отдельных атомов водорода, которые потеряли свои электроны (другими словами, просто протоны). В течение 200 лет исследователи предполагали, что эти протоны перескакивают с одной молекулы воды на другую, прикрепляясь к ближайшей молекуле и отталкивая один из уже связанных там протонов. Затем этот протон связывается со следующим соседом. Теперь группа ученых из Пекина впервые получила изображение таких частиц под микроскопом, что помогло понять, как происходят эти скачки.
Модели предсказывали, что этот процесс чаще всего происходит двумя способами. В одном протон связывается непосредственно с одной молекулой воды, превращая ее из нейтральной молекулы в положительный ион. Три окружающие нейтральные молекулы воды ориентируются таким образом, что их частично отрицательные стороны стабилизируют этот заряд. В другом варианте лишний протон находится между отрицательными концами двух нейтральных молекул воды, так что каждая из них разделяет нагрузку положительного заряда.
Исследователи смогли проверить эти ориентации с помощью атомно-силовой микроскопии — метода, который генерирует изображения путем отслеживания наноскопического острия специальной иглы по неровностям на поверхности. Используя это оборудование, Цзин Го, химик из Пекинского педагогического университета, и ее коллеги изобразили сеть воды толщиной в молекулу, застывшую на металлическом листе, и показали, как дополнительные протоны изменили эту сеть. Их работа была опубликована в Наука.
Потребовались невероятно точные измерения, чтобы различить две конфигурации воды. «Положение протонов вдоль водородной связи отличалось всего примерно на 20 пикометров, — говорит Го, — это меньше половины длины самого атома водорода. «Мы очень, очень рады выяснить основные картины после долгой борьбы».
Команда обнаружила, что эти две конфигурации возникают с разной частотой и в разных соотношениях в зависимости от того, к какому типу металла была заморожена вода. Они также использовали электричество, чтобы заставить воду переключаться между различными установками.