Мощные лазеры помогли ученым увидеть, как вращается одиночная молекула
https://ria.ru/20190729/1556966223.html
Мощные лазеры помогли ученым увидеть, как вращается одиночная молекула
Мощные лазеры помогли ученым увидеть, как вращается одиночная молекула — РИА Новости, 29.07.2019
Мощные лазеры помогли ученым увидеть, как вращается одиночная молекула
Датские и немецкие физики впервые сняли на видео то, как вращается одиночная молекула, состоящая из трех разных атомов, и сравнили эти наблюдения с… РИА Новости, 29.07.2019
2019-07-29T13:11
2019-07-29T13:11
2019-07-29T13:11
наука
германия
открытия — риа наука
физика
атомы
молекулы
/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content
/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content
https://cdnn21.img.ria.ru/images/155696/38/1556963841_32:16:2000:1123_1920x0_80_0_0_154e96d345c763a17c148af3a9ae6835.jpg
МОСКВА, 29 июл – РИА Новости. Датские и немецкие физики впервые сняли на видео то, как вращается одиночная молекула, состоящая из трех разных атомов, и сравнили эти наблюдения с предсказаниями теории.
Их выводы были опубликованы в журнале Nature Communications.В последние годы, благодаря постройке мощных рентгеновских лазеров, способных вырабатывать пучки света с огромной скоростью, ученые смогли заглянуть в самые далекие глубины мира молекул и элементарных частиц. К примеру, в начале этого десятилетия они получили первые «атомные» фотографии вирусов и белков. В последующие годы физики смогли снять химическую реакцию на видео, сфотографировать электроны внутри алмаза, а также получить первые фотоснимки одиночной водородной связи, играющей ключевую роль в формировании белковых молекул, ДНК и других «молекул жизни».Все эти достижения, как отмечает Кюппер, не позволяли ученым решить более простую задачу – увидеть то, как вращается молекула и меняет свою структуру в ходе взаимодействий с соседями или во время простых химических реакций. Этому мешало то, что рентгеновские лазеры разрушают изучаемую молекулу практически сразу после того, как импульс света пролетает через нее.Немецкие физики нашли остроумное решение для этой проблемы, используя не одну, а несколько сотен молекул, два разных типа лазеров, а также определенные закономерности квантовой механики, упростившие им задачу.
В качестве первого «подопытного» ученые избрали сульфоксид углерода – вещество, состоящее из атомов углерода, серы и кислорода, соединенных прочными ковалентными связями. Подготовив облако из подобных молекул, физики пропустили через него два очень коротких импульса инфракрасного лазера.Пауза между этими вспышками света была подобрана таким образом, что она была короче, чем тот промежуток времени, которое сульфоксид углерода тратит на совершение одного оборота вокруг своей оси. Благодаря этому, вращение всех молекул, через которые проходили обе вспышки света, синхронизировалось под действием принципов квантовой механики.Это позволило ученым получить набор из фактически одинаковых молекул, каждую из которых они обстреливали второй, более мощной вспышкой света, позволявшей им увидеть это вещество, но разрушавшей его при контакте.»Подсвечивая» каждую копию сульфоксида углерода в «пачке», физики смогли получить короткое видео из 650 кадров, на котором можно увидеть то, как эта молекула совершает полтора оборота вокруг своей оси.
На один такой оборот, как показали ученые, она тратит 82 пикосекунды, триллионных долей секунды.В целом, результаты этого эксперимента полностью совпали с результатами компьютерных расчетов. Это говорит о том, что физики достаточно хорошо понимают то, как устроены молекулы и какие законы мироздания управляют их вращением. В ближайшее время Кюппер и его команда планируют применить эту методику для изучения различных «закрученных» молекул, чья форма влияет на характер их взаимодействий с другими веществами. Яркий пример этого – аминокислоты и сахара в нашем теле, присутствующие в нем в исключительно «правой» и «левой» конфигурации.
https://ria.ru/20170513/1494214972.html
https://ria.ru/20120829/733143098.html
германия
РИА Новости
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
2019
РИА Новости
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
Новости
ru-RU
https://ria.ru/docs/about/copyright.html
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/
РИА Новости
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
https://cdnn21.img.ria.ru/images/155696/38/1556963841_0:0:2000:1500_1920x0_80_0_0_89d7860c34f0a565ca54a3bf38461fd9.jpgРИА Новости
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
РИА Новости
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
германия, открытия — риа наука, физика, атомы, молекулы
МОСКВА, 29 июл – РИА Новости. Датские и немецкие физики впервые сняли на видео то, как вращается одиночная молекула, состоящая из трех разных атомов, и сравнили эти наблюдения с предсказаниями теории. Их выводы были опубликованы в журнале Nature Communications.«Физики давно мечтали, что мы сможем запечатлеть движение атомов в каких-то сверхбыстрых процессах. Сделать это сложно, так как молекулы вращаются совсем не так, как это делает набор из шариков и палочек. Их движением управляют законы квантовой механики — положение и импульс каждого атома нельзя точно измерить», — объясняет Йохен Кюппер (Jochen Kuepper) из Гамбургского университета (Германия).
В последние годы, благодаря постройке мощных рентгеновских лазеров, способных вырабатывать пучки света с огромной скоростью, ученые смогли заглянуть в самые далекие глубины мира молекул и элементарных частиц. К примеру, в начале этого десятилетия они получили первые «атомные» фотографии вирусов и белков.
В последующие годы физики смогли снять химическую реакцию на видео, сфотографировать электроны внутри алмаза, а также получить первые фотоснимки одиночной водородной связи, играющей ключевую роль в формировании белковых молекул, ДНК и других «молекул жизни».
13 мая 2017, 09:30НаукаУченые впервые увидели и «пощупали» водородную связь между молекуламиВсе эти достижения, как отмечает Кюппер, не позволяли ученым решить более простую задачу – увидеть то, как вращается молекула и меняет свою структуру в ходе взаимодействий с соседями или во время простых химических реакций. Этому мешало то, что рентгеновские лазеры разрушают изучаемую молекулу практически сразу после того, как импульс света пролетает через нее.
Немецкие физики нашли остроумное решение для этой проблемы, используя не одну, а несколько сотен молекул, два разных типа лазеров, а также определенные закономерности квантовой механики, упростившие им задачу.
В качестве первого «подопытного» ученые избрали сульфоксид углерода – вещество, состоящее из атомов углерода, серы и кислорода, соединенных прочными ковалентными связями. Подготовив облако из подобных молекул, физики пропустили через него два очень коротких импульса инфракрасного лазера.
Пауза между этими вспышками света была подобрана таким образом, что она была короче, чем тот промежуток времени, которое сульфоксид углерода тратит на совершение одного оборота вокруг своей оси. Благодаря этому, вращение всех молекул, через которые проходили обе вспышки света, синхронизировалось под действием принципов квантовой механики.
Это позволило ученым получить набор из фактически одинаковых молекул, каждую из которых они обстреливали второй, более мощной вспышкой света, позволявшей им увидеть это вещество, но разрушавшей его при контакте.
«Подсвечивая» каждую копию сульфоксида углерода в «пачке», физики смогли получить короткое видео из 650 кадров, на котором можно увидеть то, как эта молекула совершает полтора оборота вокруг своей оси. На один такой оборот, как показали ученые, она тратит 82 пикосекунды, триллионных долей секунды.
В целом, результаты этого эксперимента полностью совпали с результатами компьютерных расчетов. Это говорит о том, что физики достаточно хорошо понимают то, как устроены молекулы и какие законы мироздания управляют их вращением.
В ближайшее время Кюппер и его команда планируют применить эту методику для изучения различных «закрученных» молекул, чья форма влияет на характер их взаимодействий с другими веществами. Яркий пример этого – аминокислоты и сахара в нашем теле, присутствующие в нем в исключительно «правой» и «левой» конфигурации.
29 августа 2012, 21:02НаукаРентгеновский лазер помог физикам взглянуть на электроны внутри алмазаФизики использовали сверхмощный рентгеновский лазер LCLS для получения первых фотоснимков отдельных электронов, обращающихся вокруг атомов углерода в кристалле алмаза, и опубликовали результаты своей работы в статье в журнале Nature.Почему мы до сих пор не умеем делать воду — и как научиться ее беречь
Лето — разве не идеальное время, чтобы бросить побольше льда в лимонад, наполнить бассейн и почаще принимать долгий, освежающий душ? Если коротко — то нет.
На самом деле, когда мы все наслаждаемся прекрасной погодой, легко забыть о важности экономии воды. Но разве не было бы проще, если бы мы могли просто делать воду с нуля? В конце концов, сегодня мы можем изготавливать самые разнообразные вещи — от бриллиантов до бургеров.
Н-2-О нет!
Теоретически, сделать воду должно быть легко. Надо лишь взять два атома водорода и соединить с атомом кислорода — разве это может быть сложно? Оказывается, может — и даже очень.
Просто смешав водород с кислородом, воду вы не получите — для того, чтобы их соединить, нужна энергия. Проблема с добавлением в это уравнение энергии заключается в том, что масштабная химическая реакция легковоспламеняющегося водорода и кислорода (который как раз и поддерживает горение) может привести к довольно большому взрыву. Поэтому опасности в этой затее больше, чем пользы.
Если мы не можем просто сделать воду из ее атомов, есть ли другие способы ее создать? В последнее время ученые сосредотачиваются на получении воды из воздуха и использовании для этого влажности. К сожалению, большинство таких исследований находятся на ранних стадиях и проводятся в небольших масштабах. То есть, бороться с нехваткой воды и засухой таким образом сейчас, безусловно, нельзя.
Настоящая жажда
Однако засуха — не единственная причина, почему мы работаем над тем, чтобы научиться делать воду. Население Земли постоянно увеличивается — и спрос на воду также растет.
Кроме того, в мире до сих пор есть места, где нет доступа к чистой воде. Хотя около 71% поверхности Земли — это вода, большая ее часть — это соленая вода, то есть не питьевая. Лишь 2% воды на Земле является пресной и безопасной для питья, и более половины ее находится в полярных ледяных шапках, откуда мы не можем ее получить. В то же время много чистой, питьевой воды мы теряем просто потому, что воспринимаем ее как должное.
Нам так легко получить воду у себя дома и на работе, что мы забываем, что это ограниченный ресурс и однажды он, вполне вероятно, закончится. По всем этим причинам поиск новых способов создания воды становится все более актуальным.
Голубая планета №2?
Підпис до фото,Можем ли мы добывать воду на других планетах?
Ученые заинтересованы не только в создании и сборе воды на Земле. На самом деле, их исследования распространяются на самые удаленные уголки космоса. Сейчас астронавты NASA полагаются на свою Систему восстановления воды (Water Recovery System) для переработки водорода и углекислого газа в космосе для получения воды (и метана). В космосе у них нет дождя и водоемов, которые есть здесь у нас, поэтому количество воды еще более ограничено. Было бы почти идеально, если бы мы могли брать воду из космоса — но насколько это реально?
В прошлом году ученые обнаружили доказательства наличия льда на так называемой темной стороне Луны. Ранее подобные образования льда находили и на других планетах, например на Меркурии. Не трудно представить, как сильно это взволновало научное сообщество. Возможность брать воду с Луны и других планет не только открывает водные ресурсы за пределами Земли, но также дает возможность дальнейшего исследования космоса.
Но лед — не единственный водный ресурс в космосе. На Марсе есть ряд возможных источников воды — нам просто нужно найти способ ее добычи. Например, воду можно было бы собирать из атмосферы, из почвы или даже добывать из полезных ископаемых — возможности бесконечны. К сожалению, наши технологии еще не настолько развиты.
А может, начать с того, чтобы беречь то, что имеем?
Поэтому, возможно, вода — это не столь ограниченный ресурс, как мы считали изначально. Но пока возможность получать воду в глобальном или даже планетарном масштабе все еще недоступна.
Так что же мы можем сделать для сохранения воды, которая уже есть? Самое главное — не воспринимать воду как должное. Вот пять полезных советов, которые помогут вам уменьшить количество потребляемой воды:
- Не принимайте душ слишком долго. В жаркую погоду понятно желание принимать душ чаще. Однако, когда вы его принимаете, делайте это недолго, или даже замените долгий душ частично наполненной ванной.
- Не оставляйте кран открытым, когда в этом нет необходимости. Чаще всего так происходит, когда вы чистите зубы или умываетесь — но подумайте, что вся эта вода просто стекает в канализацию!
- Используйте стиральную или посудомоечную машины только с полной загрузкой. Одна полная загрузка экономит гораздо больше воды, чем две или три частичных.
- Не поливайте газон и растения избыточно. А также поливайте их в прохладное время суток — например, вечером вода не испаряется на солнце, поэтому расходуется меньше.
- Держите бутылку с водой в холодильнике, а не ждите, пока из крана потечет холодная.
В среднем человек использует около 9 000 литров воды в год — этого достаточно для наполнения двух бензиновых цистерн! Еще страшнее думать, что, по прогнозам, к 2025 году более 60% людей будут иметь ограниченный доступ к пресной воде.
Даже самая незначительная экономия воды может иметь огромное значение — если в ней будет участвовать большое количество людей.
Вывести на чистую воду: как работает система опреснения
Ни для кого не секрет, что на нашей планете больше воды, чем суши – свыше двух третей поверхности Земли покрыто водой. Но, пожалуй, для многих станет неожиданным тот факт, что менее трех процентов этого огромного количества воды является пресной. В некоторых засушливых регионах планеты приходится в буквальном смысле бороться за каждый литр воды. Сегодня в таких странах все чаще применяют промышленное опреснение. Для этого существуют различные современные методы, один из самых распространенных – обратный осмос. Именно так устроена новейшая система опреснения морских и океанических вод холдинга «Швабе». Рассказываем, как вода из соленой превращается в пресную.
Пресная вода: как капля в море
По подсчетам ученых, на Земле примерно 1,5 зетталитров воды. При этом запасы пресной воды составляют лишь 2,5% от этого объема. Более наглядно это можно изобразить так: если вся вода на нашей планете поместится в литровую банку, то только две столовые ложки воды из этой банки будут пресными. Из этого мизерного количества большая часть превратится в грунтовые воды, примерно четверть – в лед, а около двух капель станут пресной водой в реках и озерах. И вот это малое количество пресной воды нужно разделить на 8 млрд человек. Вместе с осознанием данного факта приходит понимание того, насколько важно подойти со всей ответственностью к использованию такого драгоценного ресурса.
Во многих развитых странах уже давно воспитывается культура экономии воды. Тем не менее сегодня в среднем каждый человек расходует около 100 литров ежедневно, а в некоторых странах, как, например, США, этот показатель достигает 500 литров. Конечно, речь идет не только о двух литрах воды в день для питья и воды для личной гигиены, большая часть потребления пресной воды приходится на производство продуктов питания. Кроме того, здесь учитываются и расходы на орошение. Сейчас все чаще растения не просто беспечно поливаются водой из шланга, постепенно внедряется система капельного орошения, когда точное количество воды подается для полива каждого саженца по отдельности.
Пока человечество переосмысливает подходы к использованию водных ресурсов, ситуацию с нехваткой чистой пресной воды осложняют и факторы, не зависящие от нас. В их числе и климатические изменения, повышение общей температуры Земли, а также различные природные катаклизмы. Осознавая все риски для источников пресной воды, человечество продолжает активную работу по поиску новых и более совершенных способов производства пресной воды.
Из соленой в пресную: от Аристотеля до наших дней
Уже сегодня для многих стран опреснение воды стало стратегической государственной программой, например для Израиля или ОАЭ. Ученые постоянно работают над совершенствованием способов, как сделать морскую воду пригодной для потребления.
На первый взгляд, эта задача не кажется сложной – всего лишь удалить 35 граммов соли из литра воды. Именно столько соли содержится в литре морской воды, а для питьевой эта величина не должна превышать одного грамма. Над этим задумывался еще Аристотель, пытаясь изобрести особые фильтры. В своих наблюдениях древнегреческий философ отмечал, что соленая морская вода, проходя через стенки воскового сосуда, опресняется. По сути, это были первые опыты с применением технологии обратного осмоса – этот метод найдет свое применение спустя более 2 тысяч лет, в середине XX века.
Кроме обратного осмоса, было придумано и множество других способов получить из морской воды опресненную, и даже в домашних условиях. Самый распространенный способ, который сегодня применяется не только путешественниками в экстремальных условиях, но и в промышленном опреснении, – дистилляция.
Опыт по дистилляции воды можно провести и в домашних условиях. Для этого достаточно разместить лист прозрачного пластика на чаше с соленой водой. Если поставить такую конструкцию под солнечные лучи, вода будет медленно испаряться. Образовавшийся в итоге конденсат на нижней стороне пластикового листа – это и есть пресная вода. Промышленные дистилляционные установки повторяют данный процесс в крупном масштабе, работая на электричестве, – дистилляция достаточно энергозатратна.
Сегодня применяется и множество других способов опреснения. Например, ионный обмен. Воду пропускают через фильтры из ионообменных смол – таким образом можно заменить ионы. К примеру, ионы натрия – на ионы водорода, а ионы хлора – на гидроксид-ионы. В итоге вместо NaCl (хлорид натрия, то есть та самая соль в морской воде) получается H
На сегодняшний день один из самых современных методов опреснения, который нашел применение и в крупных опреснительных установках, и на обычной кухне, основан на явлении обратного осмоса.
Обратный осмос: как это работает
Кстати, именно прямой осмос лежит в основе обменных процессов всех живых организмов на клеточном уровне – так «работают» водно-солевой обмен, получение питательных веществ, вывод продуктов жизнедеятельности. В природе роль полупроницаемой перегородки играет стенка клетки. По иронии именно из-за осмоса и нельзя пить морскую воду. Когда соленая вода попадает в пищеварительный тракт, осмос вытягивает воду из клеток, в итоге наступают обезвоживание и смерть.
Однако процесс осмоса – обратимый. Если солевой раствор будет находиться под высоким давлением, молекулы воды станут проходить через мембрану в обратном направлении – в сторону емкости с чистой водой. Таким образом, полупроницаемая мембрана действует как очень тонкий фильтр: чистая вода проходит, а в контейнере остается меньшее количество более концентрированного солевого раствора.
Именно такой принцип лежит в основе работы новой установки МО-140-М от холдинга «Швабе». Разработана она для опреснения воды с высокими концентрациями соли (до 59 г/л) и окисляемыми примесями, например нефтепродуктами и взвесями. В ходе очистки также устраняются бактерии, вирусы, запах, привкус, мутность, минимизируется количество железа и марганца.
Так что система на основе обратного осмоса не только поможет получить питьевую воду из морской воды, но и особо чистую воду для медицины, промышленности и других нужд. Обратный осмос считается более экономически выгодной альтернативой промышленной дистилляции, однако стоимость строительства одного такого крупного водоочистительного сооружения может достигать миллионов долларов. Эти установки все еще могут быть непосильны для некоторых регионов, где присутствует дефицит питьевой воды.
В таких случаях на помощь могут прийти более компактные варианты, такие как новая система от «Швабе». К тому же она существенно дешевле существующих аналогов – если брать минимальную рыночную цену на подобное оборудование, экономия составит почти 25%. Эта техника точно будет востребована в Крыму и в других южных регионах России, которые периодически сталкиваются с проблемами обмеления водохранилищ из-за сильной засухи и, как следствие, ограничением водоснабжения.
Разработке пророчат и хороший экспортный потенциал. Функционал установки позволяет применять ее для опреснения воды практически любого моря. Потенциальными экспортными рынками сбыта могут стать Южная Африка, страны Персидского залива – там потребность в подобном оборудовании действительно высока.
создана новая технология получения водорода из воды
Инженеры из Техасского университета в Остине предложили доступный способ отделения молекулы кислорода от молекулы воды с помощью солнечного света.
Эта технология приближает наступление эры водородного топлива, которая в перспективе приведёт к полному отказу от углеводородов (нефти и газа) в качестве основных источников энергии.
Начнём с того, что водород (H) – самый распространённый химический элемент во Вселенной.
При обычных температуре и давлении воздуха на Земле водород можно встретить в виде бесцветного двухатомного газа (H2). Однако большая часть водорода на Земле содержится в органических соединениях (в связке с углеродом) и воде (H2O).
В присутствии воздуха H2 становится в высшей степени взрывоопасен — при реакции водорода с кислородом высвобождается большое количество энергии.
Поэтому исследователи уже давно рассматривают водород как один из перспективных источников энергии, а создание и использование водородного топлива считается будущим энергетической промышленности.
У водородного топлива есть множество плюсов — оно позволит сократить выбросы углекислого газа в атмосферу, к тому же КПД водородного двигателя заметно выше, чем у двигателя внутреннего сгорания.
При этом минусов у водородного транспорта на сегодняшний день насчитывается тоже немало. Очевидно, что горючесть водорода представляет высокую опасность: как самовоспламенения сжатого газа внутри двигателя, так и возможной утечки газа в салон автомобиля, где малейшая искра может вызвать взрыв.
Кроме этого, сегодня производство водородного топлива зависит от ископаемых углеводородов, и к тому же стоит непомерно дорого.
Поэтому инженеры всего мира стремятся разработать новые экологические чистые методы производства водородного топлива, самым популярным из которых является выделение водорода из воды с помощью солнечного света.
Эта задача сопряжена с несколькими техническими трудностями.
«Вам потребуются материалы, которые хорошо поглощают солнечный свет, но при этом не разлагаются, когда происходит реакция расщепления воды. Оказывается, материалы, которые хорошо поглощают солнечный свет, обычно нестабильны в условиях, которые требуются для реакции расщепления воды, в то время как стабильные материалы плохо поглощают свет», – объясняет соавтор работы профессор Эдвард Юй (Edward Yu) из Техасского университета в Остине.
Всё выглядит так, будто эти противоречивые требования заставляют учёных искать некий компромисс, однако разрешить этот «конфликт» можно и другим способом. Использование комбинации разных материалов – одного, который хорошо поглощает солнечный свет (к примеру, кремния), и другого, который обеспечивает стабильность разработки (такого как диоксид кремния) – поможет в создании эффективной технологии расщепления воды.
Именно этим способом и воспользовались авторы новой разработки.
Главный прорыв, который удалось совершить исследователям, заключается в создании электропроводящих путей сквозь толстый слой диоксида кремния. Для этого инженеры покрывают диоксид кремния тонким слоем алюминия и нагревают получившуюся структуру. Так получаются наноразмерные «шипы» алюминия по всей поверхности диоксида кремния. После этой процедуры их легко можно заменить никелем или другими материалами, ускоряющими расщепление воды.
Этот метод не требует больших финансовых вложений, более того, его легко можно масштабировать для больших объёмов производства. Это ли не мечта любого сторонника водородной энергетики?
Освещённое солнечным светом устройство эффективно окисляет воду, образуя, с одной стороны, молекулы кислорода, а на отдельном электроде — молекулы водорода. Оно также доказало свою стабильность при длительной эксплуатации.
Внешний вид устройства.
Методы, которые использовались для создания этого устройства, уже широко применяются в производстве полупроводниковой электроники. Опять же, это значит, что их легко будет внедрить в массовое производство устройств, генерирующих водород.
Команда инженеров, создавших этот прибор, уже подала заявку на патент нового устройства. Далее исследователи планируют работать над увеличением скорости реакции расщепления воды. В то же время перед ними продолжает стоять основная задача — эффективное получение водорода с помощью этого устройства.
«Сначала мы смогли обратиться к кислородной стороне этой реакции, это было самой сложной задачей. Но чтобы полностью расщепить молекулу воды, необходимо выполнить реакции выделения как кислорода, так и водорода. Поэтому нашим очередным шагом станет применение существующих идей для создания устройств, обеспечивающих водородную часть реакции», – добавил профессор Юй.
Работа американских учёных была опубликована в июне 2021 года в издании Nature Communications.
Напомним, ранее мы писали о техническом прорыве, который поможет в создании полностью прозрачных солнечных элементов. Сообщали мы и о новом катализаторе, который сделает производство водородного топлива более доступным.
Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе «Наука» на медиаплатформе «Смотрим».
Завод по производству очистных сооружений (ЛОС) всех типов сточных вод
Комплексные решения для перекачки и очистки ливневых (дождевых) стоков для любых задач и производительности
Комплексные решения для очистки сточных вод производительностью от частного дома до крупных населенных пунктов.
Производство, проектирование, монтаж, шеф-монтаж и пусконаладка очистных сооружений подземного и наземного исполнения
Комплексные решения для перекачки и очистки сточных вод промышленных предприятий
«Национальная водная компания» – крупнейший в России производитель очистных сооружений и оборудования для перекачки сточных вод.
Завод очистных сооружений сертифицирован по IS0 9001-2015.
Стандарт предприятия согласован ГК «АвтоДор» для добровольного применения.
Вся продукция имеет необходимую разрешительную документацию: сертификаты соответствия, декларации, соответствует СанПин.
Производственная площадка компании площадью 19 тыс. м2, расположенная в Самарской области, позволяет выпускать и хранить большой ассортимент заготовок корпусов и готовой продукции. Это существенно уменьшает сроки поставки заказанного оборудования.
«НВК» – производитель полной номенклатуры оборудования для перекачки и очистки всех видов сточных вод – промышленных, хозяйственно-бытовых и ливневых. Кроме этого, выпускается ёмкости для разных целей (аккумулирующие ёмкости, колодцы и др.) и сопутствующее оборудование – устройства управления КНС, датчики уровня и т.д.
Сфера применения продукции «НВК» – от частного коттеджа до очистных сооружений крупнейших заводов и городов. Используются отработанные технологии, материалы устойчивые к агрессивной среде, продуманные конструктивные решения.
Изготавливаем очистные сооружения:
- канализационно насосные станции всех типов,
- нефтеуловители, пескоуловители, комбинированные песко-нефтеуловители (КПН), жироуловители
- модульные очистные сооружения
- усреднительные резервуары,
- сорбционные фильтры, вихревые сепараторы, УФ обеззараживатели,
- стеклопластиковые емкости различных видов,
- станции с глубокой доочисткой,
- системы автономной канализации для частного дома «Кристалл»,
- мембранные биореакторы МБР,
- системы очистки воды для автомоек,
- станции пожаротушения, станции повышения давления.
Критерий достаточной степени очистки сточных вод – выполняются нормы для сброса в водоём рыбохозяйственнного назначения.
Для более жестких требований (например, заповедные зоны) выпускаются модули глубокой доочистки.
С помощью продукции предприятия очищаются:
- Поверхностные (дождевые) сточные воды с территории предприятий, в том числе с нефтяными загрязнениями;
- Хозяйственно-бытовые сточные воды;
- Промышленные (производственные) стоки.
Преимущества компании
- собственное производство очистных сооружений и прямые поставки комплектующих позволяют компании удерживать привлекательные цены на свою продукцию и давать длительную гарантию;
- индивидуальный подход, проектирование и производство по техническому заданию заказчика, возможность оперативно внести изменение в ТЗ по ходу изготовления заказа;
- передовые технологии и современные надёжные материалы, высокое качество;
- компания предлагает полный цикл технической поддержки своего оборудования: разработку, производство, установку, пусконаладочные работы, обслуживание и ремонт.
- политика компании – открытость и ответственность. НВК готова показать фотоотчет по любому этапу производства, и будет рада видеть заказчика или его представителей в любой момент, а не только на сдаче оборудования в эксплуатацию.
Что мы увидим если посмотрим на молекулу или атом в оптический микроскоп?
Всем людям, а тем более школьникам, хорошо знакомы картинки типа той, что приведена выше. Однако увидим ли мы что-то подобное если будем смотреть на молекулу или атом даже через самый крутой оптический микроскоп?
Мы знаем, что существуют такие оптические приборы как микроскопы. Эти устройства позволяют рассмотреть очень маленькие объекты. В них можно рассмотреть клетки живых организмов и даже их внутреннюю структуру, а также многое другое из того, что не видно обычным глазом. Но можно ли шагнуть дальше, и увидеть молекулы из которых состоят клетки?
Строго говоря, у всех микроскопов есть некоторый предел, до которого они могут увеличивать картинку, или другими словами, насколько маленький объект в них можно рассмотреть. И сразу честно признаемся, что не существует такого оптического микроскопа, в который можно было бы рассмотреть объект такой же маленький как одна молекула или атом. Этому препятствуют некоторые фундаментальные законы оптики.
Однако предположим всё же, что нам удалось добыть микроскоп с таким шикарным разрешением, что он готов был бы нам показать такой же маленький объект как одна молекула или атом. И вот мы навели этот микроскоп на один единственный атом или молекулу, что же мы увидим?
Ответ очень прост: фактически ничего. Дело в том, что свет состоит из фотонов. И чтобы увидеть какой-либо объект в микроскоп или даже просто глазом, и чтобы рассмотреть его структуру, нам необходимо чтобы много фотонов отражались одновременно от различных частей данного объекта и в изобилии попадали после этого в окуляр оптического прибора либо к нам в глаз. Конечно возможна также ситуация, что объект сам светится т.е. излучает фотоны. Смысл остаётся тем же, много фотонов от различных частей объекта должно одновременно попадать в оптический прибор.
Но молекулы или атомы взаимодействуют с фотонами по-другому. Они не отражают их. Молекулы и атомы умеют только поглощать или испускать фотоны. А чаще всего фотоны вообще пролетают мимо молекул и атомов не взаимодействуя. Одновременно атом или молекула излучает обычно всего только один фотон, который после этого летит в непредсказуемом направлении. К тому же, для того чтобы молекула или атом излучила фотон, нужно чтобы она (или он) сначала поглотили другой фотон.
Таким образом, наш эксперимент по наблюдению молекулы в микроскоп выглядел бы так: мы освещаем светом атом или молекулу, но большинство фотонов пролетает мимо исследуемого атома или молекулы. Затем в некоторый момент, один из фотонов все же поглощается, а через некоторое время атом или молекула излучают в непредсказуемом направлении аналогичный фотон (частенько кстати, он летит в ту же сторону, откуда прилетел ранее поглощенный фотон).
Таким образом, этот единственный фотон, излученный молекулой или атомом, мы вряд ли сможем отличить от той подсветки, которой светим на исследуемый объект, т.е. миллиардов других таких же фотонов, летящих рядом. А если молекулу не подсвечивать, то излученного ею фотона возможно придется ждать очень долго.
Но даже если мы и сможем отделить фотон, вылетевший из молекулы, от фотонов подсветки, то тем не менее, лучшее, чего мы можем ожидать от молекулы или атома, на которые смотрим в оптический микроскоп, так это то, что в некоторый непредсказуемый момент, она (или он) всё же излучит в сторону окуляра микроскопа один фотон. Глазу человека недостаточно одного фотона чтобы увидеть хоть что-то. Но микроскоп вероятно можно сделать таким, что он сможет засечь и усилить сигнал, полученный при попадании одного единственного фотона.
В любом случае лучшее что мы получим при наблюдении молекулы или атома в самый крутой оптический микроскоп, так это исчезающе маленькие и редкие вспышки света, длящиеся в течении ускользающего мгновения, возникающие в непредсказуемые моменты. Эти вспышки при этом никак не будут визуально отражать структуру молекулы или атома (хотя их спектр и будет содержать некоторую информацию о ней), и мы так и не увидим картинки подобной тому, что приведена выше. Вообще говоря, картинка выше это лишь плохая визуализация внутренней структуры атома, которая была исследована с помощью других методов, но никак не с помощью оптического микроскопа.
Molecule 03 Escentric Molecules аромат — аромат для мужчин и женщин 2010
Люююдии!))) Это не ветивер! Это синтетическая молекула ветиверола ацетат, и, как и все молекулы, — на всех звучит по-разному, кому ветивер, кому газон, кому грейпфрут, кому березка, ну а кому головная боль.На мне свежеразрезанный сочный грейпфрут, от и до. Стойкий. Понравился безумно.
Консультант в магазине сказала, что ей пахнет какой-то травой, при этом неприязненно сморщив нос.
Очень интересное наблюдение. Зимой переболела простудой. Когда уже полностью выздоровела, побрызгала на шею и одежду. Ничего! Никаких грейпфрутов, из-за которых взяла аж большое ведро, и в помине не было! Что-то невнятное, кисло-зеленое, с легким налетом химозного ветивера, при этом чувствовать его перестала уже через полчаса, и последующие обильные поливания себя никак не помогали. Сделала несколько попыток в последующие дни, но ощущала тот же невнятный зеленый одеколон.
Расстроилась ужасно.
Но.) Через пару недель нос пришел в норму, и — ура! снова чует грейпфруты.
В том что касается молекул, дело скорее всего не в химии кожи, а в индивидуальных обонятельных рецепторах.
Вот интересно, как окружающие ощущают молекулу, которая нравится носителю? Наверняка есть кто-то, кому разит химией или дешевым одеколоном… Спрашивать не рискну. )
Upd. В пору написания отзыва 5 месяцев назад, аромат мне настолько нравился, что взяв 30ку на пробу, на следующий день побежала за второй. Однако, израсходовала 1й флакон довольно быстро и аромат наскучил своим однообразием. 2й стоял запечатанным до сего дня, и даже был выставлен на продажу. И я рада что его таки никто не успел забрать!
Все же надо иметь в гардеробе что-то подобное, когда многокомпонентная ниша слишком утомляет, раскладывать по нотам и разнюхивать раскрытие надоело, а вместо Амуажей и восточных аттаров хочется какой-нибудь простенький свежачок, но масс и люкс для искушенного носа – уже не торт… И эта 03 Молекула для таких случаев – самое то! Яркий, игристый, звенящий, изумрудно-зеленый, аромат отлично освежает и прочищает нос (и мозг) от тяжелой нишевой артиллерии.
Впервые ученые ловят молекулы воды, передающие протонную эстафету
Пресс-релизы | Исследования | Наука
1 декабря 2016 г.
Вода проводит электричество, но процесс, посредством которого эта знакомая жидкость проходит через положительные заряды, на протяжении десятилетий озадачивал ученых.
Но в статье, опубликованной в выпуске журнала Science от 2 декабря, международная группа исследователей наконец-то уловила воду прямо в процессе — показывая, как молекулы воды проходят через избыточные заряды и в процессе проводят электричество.
«Этот фундаментальный процесс в химии и биологии ускользнул от твердого объяснения», — сказала соавтор Энн Маккой, профессор химии Вашингтонского университета. «И теперь у нас есть недостающий элемент, который дает нам более широкую картину: как протоны, по сути,« движутся »через воду».
Там происходит больше, чем мы думаем Роджер МакЛассус
Команду возглавлял Марк Джонсон, старший автор и профессор Йельского университета. Более десяти лет Джонсон, Маккой и два соавтора — профессор Кеннет Джордан из Университета Питтсбурга и Кнут Асмис, профессор Лейпцигского университета — сотрудничали, чтобы понять, как молекулы в сложной структуре проходят вместе с заряженными частицами.
По воде это старый вопрос. Химики называют процесс, посредством которого вода проводит электричество, механизмом Гротуса. Когда избыточные протоны — положительно заряженные субатомные частицы внутри атомов — вводятся в воду, они быстро проходят через жидкость, перемещаясь по временной, постоянно меняющейся сети свободных связей между молекулами воды. По механизму Гроттуса молекула воды может захватить избыточный заряд и передать его соседу почти мгновенно.
Обмен является фундаментальным для понимания поведения воды в биологических и промышленных условиях.Но он также настолько быстр, а колебания между молекулами воды настолько велики, что переключение невозможно зафиксировать с помощью традиционной спектроскопии — метода, который рассеивает свет на молекулу, чтобы узнать о ее структуре.
«С помощью спектроскопии вы поражаете объекты пучком фотонов, видите, как эти фотоны рассеиваются, и используете эту информацию о рассеянии для определения информации о структуре объекта и расположении атомов», — сказал Маккой. «И именно здесь лаборатория Марка Джонсона в Йельском университете действительно была лидером — в адаптации спектроскопии, чтобы лучше фиксировать перенос протонов между молекулами воды.”
Упрощенный вид механизма Гроттуса: молекулы воды проходят вдоль дополнительного протона. Атомы кислорода отмечены красным цветом, атомы водорода — серым. Мэтт К. Петерсен
Лаборатория Джонсона вместе с сотрудниками лаборатории Асмиса в Германии придумали, как заморозить протонное реле, чтобы замедлить процесс, что дало исследователям время для визуализации механизма Гроттуса с помощью спектроскопии. Когда эти «спектроскопические снимки» оказались слишком размытыми из-за колебаний химических связей, они переключились на изучение этого механизма в «тяжелой воде».«В тяжелой воде обычные атомы водорода заменены более тяжелым изотопом под названием дейтерий. В соответствии с причудливыми правилами квантовой механики, лежащими в основе поведения субатомных частиц, связи в тяжелой воде сотрясаются меньше, чем традиционные H 2 O.
Но этот снимок потребовал огромного количества теоретических и вычислительных расшифровок, чтобы показать, как молекулы воды на мгновение изменили свою структуру, чтобы принять и передать дополнительный протон. Группы Маккоя и Джордана помогли разработать вычислительные подходы к анализу данных спектроскопии.
«В спектроскопии ваша цель — определить структуру молекул на основе того, как они рассеивают свет», — сказал Маккой. «В нашем подходе мы также спрашивали, как поведение связей повлияет на спектроскопию. Это действительно завершило наш круг исследований и позволило нам визуализировать перенос протонов ».
В своей статье они описывают механизм Гроттуса, присоединяющий различные молекулы-метки к комплексам, состоящим из четырех молекул тяжелой воды. По словам Маккоя, они хотели бы увидеть, как протонное реле изменяется среди более крупных групп молекул воды, и расширить эти методы спектроскопии, чтобы включить другие небольшие молекулы со сложной структурой.
Ведущий автор статьи — Конрад Вольке из Йельского университета. Другие соавторы — Джозеф Фурнье из Чикагского университета; Лаура Джуган из Университета штата Огайо; Матиас Фаджиани и Харальд Кнорке из Лейпцигского университета; и Тугулдур Одбадрах из Университета Питтсбурга. Маккой, которая переехала в Вашингтон из Университета штата Огайо в 2015 году, в настоящее время поддерживает лаборатории в обоих учреждениях, а Джуган является членом ее исследовательской группы. Исследование финансировалось Министерством энергетики США, Национальным научным фондом и Немецким исследовательским фондом.
###
Для получения дополнительной информации свяжитесь с Маккой по телефону 206-543-7464 или [email protected].
Номера грантов: DE-FG02-06ER15800, DEFG02-06ER15066, CHE-1619660.
Теги: Энн Маккой • Колледж искусств и наук • Химический факультетНаука: Что на самом деле делает воду влажной?
Энди Коглан
ЕСЛИ ВЫ хотите промокнуть, убедитесь, что у вас есть хотя бы полдюжины молекул
воды.Ученые показали, что вода не начинает вести себя как жидкость
, пока не менее шести молекул не сформируют кластер.
По мнению
британских и американских химиков, сделавших это открытие, это явно загадочное исследование имеет большую практическую ценность. «Это поможет нам понять, как
взаимодействует с водой и растворяет гораздо более крупные молекулы», — говорит
Дэвид Клэри, химик из Университетского колледжа Лондона. По его словам,
также может помочь объяснить, как молекулы воды помогают жизненно важным белкам складываться в правильную форму
.
Клэри и его ученик Джон Грегори исследовали «водянистость» с помощью сложной математической модели
, называемой квантовым методом Монте-Карло. Они исследовали
кластеров размером от двух до шести молекул, чтобы оценить их свойства
и сравнить их со знакомыми свойствами объемной воды. Они
обнаружили, что группы из пяти или менее молекул воды имеют плоскую структуру. Эти
образуют пленки толщиной в одну молекулу, а не лужи.
Но, добавьте шестую молекулу к группе, и кластер переключится на трехмерную структуру, подобную клетке
, которая имитирует знакомые свойства объемной воды
.«Как только вы получаете шесть, он переворачивается на три измерения, и
, поэтому он внезапно приобретает свойства воды», — говорит Клэри.
Сотрудники из Университета Беркли, Калифорния, во главе с Ричардом
Сайкалли, подтвердили теорию, наблюдая за реальными кластерами от двух до шести
молекул воды с помощью новой мощной формы лазерного анализа, называемой спектроскопией
вибро-вращение-туннелирование. С помощью этой техники химики из Berkeley
смогли охладить каждый кластер до 10 градусов выше абсолютного нуля.При
этой холодной температуре, когда кластеры почти неподвижны, химики могли детально исследовать
фундаментальные колебания и вращения связей и атомов
в каждом изолированном кластере.
На основании этих наблюдений группа из Беркли смогла измерить два свойства
кластеров, чтобы увидеть, соответствуют ли они свойствам в объемной воде. Во-первых, они
измерили дипольные моменты, значения, которые отражают распределение заряда в молекуле
. Во-вторых, они измерили расстояния между атомами кислорода в
соседних молекулах воды в каждом типе кластеров.
В обоих случаях кластеры, содержащие шесть атомов, показали самое близкое соответствие с
объемной водой (Science, том 275, стр. 814). «И дипольные моменты, и расстояние между атомами кислорода
соответствовали тому, что вы видите в объемной воде», — говорит
Клэри.
Сколько молекул воды нужно, чтобы сольватировать одну?
Многие усилия, предпринятые для изучения процесса сольватации, привели к общим теориям, которые могут описывать средние свойства, но не могут дать подробное понимание на молекулярном уровне.Примечательно, что основной вопрос о том, сколько молекул растворителя необходимо для сольватации одной молекулы растворенного вещества, все еще открыт. Исследуя несколько водных агрегатов возрастающей сложности, в этой статье мы используем полуклассическую спектроскопию для определения на основе квантовой динамики минимальной сети окружающих молекул воды, чтобы центральная из них демонстрировала те же колебательные характеристики, что и жидкая вода. Мы обнаруживаем, что двухакцепторная тетраэдрическая координация с двойным донором, составляющая стандартную картину, необходима, но недостаточна, и что особое внимание следует уделить квантовому описанию комбинированной полосы из-за связи изгибной моды центрального мономера с либрациями сети. .На самом деле это наша способность исследовать комбинационную полосу с помощью квантового подхода, который позволяет нам ответить на главный вопрос. Минимальная структура, в конечном итоге отвечающая за правильную сольватацию, состоит из 21 молекулы воды и включает две полные сольватные оболочки, первая из которых тетраэдрически координирована с центральной молекулой.
Эта статья в открытом доступе
Подождите, пока мы загрузим ваш контент… Что-то пошло не так. Попробуйте снова? Задачи:
Полярность — это термин для описания разделения электрического заряда, приводящего к молекуле, имеющей электрический диполь. Это результат неравномерного распределения частичного заряда между атомами в молекуле. Такие атомы, как азот, кислород и галогены, как правило, имеют частичные отрицательные заряды, потому что они более электроотрицательны, способность атома притягивать электроны к себе. В таком соединении, как вода, электроны не распределяются поровну между двумя связанными атомами, водородом и кислородом, что приводит к частичным положительным и отрицательным зарядам. Это разделение зарядов создает диполь , что означает два полюса. Таким образом, когда молекула содержит полярные связи как таковые, молекула называется полярной. Вот почему молекула воды полярна, и это неравномерное распределение электронной плотности позволяет кислороду одной молекулы воды притягиваться к атому водорода другой и образовывать связи, называемые водородными связями . Когда многие молекулы воды образуют водородные связи с другими молекулами воды, они образуют решетку из молекул воды, которая является прочной и гибкой. Это создает высокое поверхностное натяжение. Поверхностное натяжение — это то, что позволяет водомеркам ходить по поверхности воды. Молекулы воды на поверхности не имеют других молекул воды для образования водородных связей, как другие молекулы воды, которые связываются водородом с другими молекулами воды со всех сторон, поэтому они сильнее притягиваются к молекулам воды вокруг них.Другими словами, вода имеет тенденцию иметь наименьшую возможную поверхность, чтобы стать более стабильной, пытаясь находиться внутри жидкости. Поверхностное натяжение создает поверхностную пленку, которая отвечает за пузырьки, капли воды и капиллярное действие. Силы, испытываемые молекулой воды на поверхности и в объеме жидкости, различны, и именно так работает поверхностное натяжение. Молекула воды на поверхности притягивается к соседним молекулам воды, в том числе к молекулам, находящимся ниже и по обе стороны, но нет других молекул воды, с которыми она могла бы взаимодействовать над поверхностью.В результате эта молекула на поверхности имеет тенденцию втягиваться в объем жидкости и, таким образом, сводит к минимуму площадь поверхности жидкости. Моющее средствоA , напротив, разрушает поверхностное натяжение воды. Мыло — это молекула, у которой один конец полярен, а другой конец — неполярен, что означает, что один конец притягивается к воде, а другой конец — к маслу или смазке, и именно так мыло заставляет масло и воду смешиваться и очищать жир. блюда. Это происходит потому, что моющее средство буквально физически взаимодействует с молекулами воды и ослабляет водородные связи между ними. Молекулы детергента располагаются в воде, образуя шарообразные клетки, называемые мицеллами . «Водолюбивый» за пределами мицеллы сильно взаимодействует с водой, и это уменьшает взаимодействие вода-вода на поверхности. Другие вещества, которые сильно взаимодействуют с водой, оказывают такое же влияние на поверхностное натяжение.
Молекулы воды — это мельчайшие частицы вещества, которые ведут себя как вода.В водяном паре или паре есть отдельные молекулы воды, которые перемещаются сами по себе. Однако в жидкой воде молекулы воды прочно связаны с другими молекулами воды во всех направлениях. На поверхности воды вода связана с другими молекулами воды в жидкости и вдоль поверхности, но над поверхностью не может быть никаких связей. Как вы думаете, из-за этого вода на поверхности ведет себя иначе, чем вода в середине жидкости? Что моющее средство делает с водой на поверхности? Сегодня мы собираемся изучить некоторые свойства воды на поверхности.Важно внимательно следить за своим лабораторным листом и делать тщательные наблюдения.
Загрузите лабораторный лист здесь. Деятельность 1Наполните чашку водой до конца.Как вы думаете, что произойдет, если вы добавите к нему пенни? Попробуйте добавлять пенни по одному. Что происходит с водой в чашке? Сколько пенни вы можете добавить, не переполнив воду? Деятельность 2
Деятельность 3
|
Вид воды глазами молекулы
Вода необходима для жизни на Земле, и это ресурс, который мы все принимаем как должное.Тем не менее, он обладает множеством удивительных свойств, которые веками ставили ученых в тупик. Казалось бы, простые идеи, такие как замерзание воды, непонятны из-за уникальных свойств воды. Теперь ученые используют увеличенную мощность компьютеров и новые алгоритмы для точного моделирования свойств воды в наномасштабе, что позволяет увидеть и понять сложные структуры из сотен или тысяч молекул.
«Используя современные методы компьютерного моделирования, мы теперь можем объяснить некоторые загадочные свойства воды, такие как рост кристаллов льда, структура льда под высоким давлением или поведение воды в космическом пространстве.Понимание этих конкретных процессов воды имеет большое отношение к важным современным проблемам, таким как образование облаков и изменение климата, криоконсервация клеток и даже поиск внеземной жизни! »- говорит профессор Ангелос Михаэлидис, Лондонский центр нанотехнологий и Департамент науки Химия, Университетский колледж Лондона.
Нормальный лед имеет шестиугольную структуру, что видно по форме снежинки. Гексагональная решетка довольно проста, но существуют определенные правила относительно того, как молекулы воды упаковываются внутри кристалла, которые делают лед намного более сложным и интересным, чем мы могли бы ожидать.
Молекула воды состоит из двух атомов водорода, связанных с атомом кислорода. У атома кислорода есть две оставшиеся пары электронов. Эти неподеленные электронные пары и атомы водорода расположены как можно дальше друг от друга, создавая тетраэдрическое расположение. Кислород находится в центре тетраэдра (трехмерная форма, состоящая из четырех одинаковых равносторонних треугольников) с атомами водорода и неподеленными электронными парами в направлении каждого из углов.
Молекулы воды в ледяном кристалле никак не соединяются друг с другом, из-за их четырехгранной формы и особого способа их удержания вместе.Используя раздел математики под названием комбинаторика , мы можем работать сколько существует возможных договоренностей.
Есть шесть способов выбрать два из четырех углов тетраэдра. для двух атомов водорода. Итак, всего существует шесть возможных ориентаций. молекулы воды, сидящей внутри большего кристалла льда.
Но не всякое возможное расположение тетраэдров возможно, так как каждое атом водорода молекул воды должен связываться с неподеленной электронной парой соседняя молекула.Фактически, когда ограничения водородной связи являются с учетом количества возможных ориентаций данной молекулы уже не шесть, а 3/2. Следовательно, для кристалла льда с молекулами N существует (3/2) N возможные способы расположения молекул воды.
Кубик льда в вашем напитке имеет объем около 2 см 3 , содержащий около 6 × 10 22 молекул. Наша математика говорит нам, что существует примерно (3/2) 6 × 10 22 способов что молекулы воды могут быть расположены в этом кубике льда.Это больше возможностей, чем количество способов, которыми вы могли нарисовать числа лото каждую неделю после Большого взрыва! Следовательно, каждый когда-либо созданный кубик льда вероятно, будет иметь другое расположение молекул воды внутри него.
Эта статья основана на проекте Maths Inside, созданном в сотрудничестве с организацией Plus и отделом по развитию математики (управляемым Лондонским математическим обществом и Институтом математики и его приложений), в сочетании с выставкой «Взгляд молекулы на воду». и Королевское общество.Проект «Математика внутри» раскрывает математику четырех специально отобранных экспонатов на Летней научной выставке Королевского общества. Щелкните здесь, чтобы узнать больше о проекте и прочитать статьи, сопровождающие другие выставки.
Чтобы узнать больше о Взгляд молекулы воды посетите http://www.chem.ucl.ac.uk/ice.
атомов могут быть преобразованы в разные молекулы
Двуокись углерода
Щелкните «Двуокись углерода» и скажите учащимся, что двуокись углерода — это газ, которым выдыхают животные и люди.Для жизни растениям нужен углекислый газ. Углекислый газ также находится в пузырьках в газировке.
Воспользуйтесь анимацией, чтобы показать учащимся шарообразную модель молекулы углекислого газа (CO 2 ) и прикрепить карточку молекулы углекислого газа. Объясните: молекула углекислого газа имеет 1 атом углерода и 2 атома кислорода.
Попросите учащихся использовать кубики-снимки для создания молекулы углекислого газа. Затем покажите учащимся анимированную модель молекулы углекислого газа в виде Snap Cube.
Аммиак
Щелкните «Аммиак» и сообщите учащимся, что аммиак содержится во многих чистящих жидкостях.Будьте осторожны с такими чистящими растворами, потому что они могут повредить вашу кожу и глаза.
Используйте анимацию, чтобы показать учащимся модель шара молекулы аммиака (NH 3 ) и прикрепить карточку молекулы аммиака. Объясните, что в молекуле аммиака есть 1 атом азота и 3 атома водорода.
Попросите учащихся использовать кубики-снимки для создания молекулы аммиака. Затем покажите учащимся анимированную модель молекулы аммиака в виде Snap Cube.
Метан
Щелкните «Метан» и скажите учащимся, что метан — это газ, который используется в газовых плитах и для отопления домов.
Используйте анимацию, чтобы показать учащимся модель шара молекулы метана (CH 4 ) и прикрепить карточку молекулы метана. Объясните, что в молекуле метана 1 атом углерода и 4 атома водорода.
Попросите учащихся использовать кубики-снимки для создания молекулы метана. Затем покажите учащимся анимированную модель молекулы метана в виде Snap Cube.
Перекись водорода
Щелкните «Перекись водорода» и скажите учащимся, что перекись водорода используется для уничтожения микробов и бактерий (дезинфицирующее средство), а также для заживления порезов и ожогов.
Используйте анимацию, чтобы показать учащимся модель шара молекулы перекиси водорода (H 2 O 2 ) и прикрепить карточку молекулы перекиси водорода. Объясните, что в молекуле перекиси водорода есть 2 атома водорода и 2 атома кислорода.
Попросите учащихся использовать кубики со снимками для создания молекулы перекиси водорода. Затем покажите учащимся анимированную модель перекиси водорода в виде Snap Cube.
Уксус
Щелкните «Уксус» и скажите студентам, что большинство уксусов сделано из винограда, кукурузы, яблок или риса.Заправки для салатов, соленья и многие другие продукты содержат уксус.
Используйте анимацию, чтобы показать учащимся модель шара молекулы уксусной кислоты (уксуса)
(C 2 H 4 O 2 ) и прикрепите карточку молекул уксуса. Объясните, что молекула уксусной кислоты имеет 2 атома углерода, 4 атома водорода и 2 атома кислорода.
Попросите учащихся использовать кубики со снимками, чтобы сделать молекулу уксусной кислоты. Затем покажите учащимся анимированную модель уксуса Snap Cube.
5 быстрых упражнений для проверки свойств воды
Проверка свойств воды
Перед тем, как проверять свойства воды, учащимся важно знать основные свойства воды. Основные из них, которые мы здесь обсуждаем, — это полярность, поверхностное натяжение, адгезия и когезия.
Обратите внимание, что этот пост может содержать партнерские ссылки. Спасибо за поддержку The Homeschool Scientist.
ПолярностьМолекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода.У молекулы воды два конца. Два положительно заряженных атома водорода на одном конце и отрицательно заряженный атом кислорода на другом конце придают молекулам воды два полюса.
Эта комбинация атомов делает воду полярной молекулой. Полярные молекулы имеют отрицательную и положительную стороны
На фото выше две молекулы воды. Попросите вашего ученика идентифицировать два атома водорода и один атом кислорода в каждой из двух молекул.
Вода также имеет нейтральный заряд.Это означает, что в нем равное количество протонов и электронов.
Однако, несмотря на то, что молекула воды имеет равное количество протонов и электронов, существует неравномерное распределение электронов внутри каждой молекулы воды, что делает ее полярной.
Итак, полярность относится к распределению электрических зарядов вокруг молекулы. В полярной связи один атом имеет частичный положительный электрический заряд, а другой атом имеет частичный отрицательный электрический заряд.
Эта полярность воды придает ей некоторые особые свойства, такие как когезия и адгезия , которые можно легко продемонстрировать и наблюдать в приведенных ниже действиях.
Некоторыми примерами других полярных молекул являются озон, окись углерода, соляная кислота, аммиак и другие, указанные в таблице ниже. (Это не полный список полярных молекул.)
Неполярность
Прежде чем мы продолжим, давайте поговорим о неполярных молекулах. Неполярные молекулы имеют более равномерное распределение заряда. (В отличие от воды, которая заряжена положительно с одной стороны и отрицательно с другой.)
В неполярной связи атомы делят электроны поровну, поэтому между атомами нет частичного положительного или отрицательного заряда.
Поведение между полярными и неполярными молекуламиПолярные и неполярные молекулы не притягиваются друг к другу. Другими словами, полярные и неполярные молекулы отталкиваются друг от друга.
Полярные молекулы притягиваются к другим полярным молекулам.
Неполярные молекулы имеют тенденцию притягиваться к другим неполярным молекулам.
На примере активности нефти и воды ниже мы сможем увидеть отталкивание и притяжение полярных и неполярных молекул.
Свойства когезии и адгезии водыПолярные молекулы смешиваются друг с другом. Это называется сплоченностью . Это происходит в воде, потому что отрицательный заряд атома кислорода в молекуле воды притягивается к положительному заряду атомов водорода в другой молекуле воды.
Сплоченность просто означает, что молекулы воды любят прилипать друг к другу. Это вызвано тем, что слегка отрицательный заряд атома кислорода одной молекулы воды притягивается к слегка положительному заряду атомов водорода другой молекулы воды.
Водородные связи между молекулами воды показаны ниже.
Если у вас под рукой есть два магнита, отличный способ продемонстрировать концепцию того, что отрицательный конец молекулы воды притягивается к положительному концу другой молекулы воды, — это удерживать северный полюс магнита по отношению к южному полюсу магнита. . Они тянутся друг к другу и «склеиваются».Связанное сообщение: Свойства жидкостей Рабочий лист
Поверхностное натяжение
Молекулы воды любят слипаться.На поверхности, где вода встречается с воздухом, молекулы воды еще сильнее цепляются друг за друга. Это приводит к образованию «кожицы» на поверхности воды. Эта кожа настолько прочна, что может выдержать вес, который обычно тонет в воде. Это называется поверхностным натяжением .
При нарушении поверхностного натяжения тяжелый предмет, плавающий на коже, утонет. Легкий объект на поверхности будет притягиваться за счет притяжения молекул воды, если поверхностное натяжение нарушено.Этот простой эксперимент продемонстрирует это явление.
Сплоченность
Поверхностное натяжение воды вызвано когезией . Сплоченность означает, что молекулы воды любят прилипать друг к другу. Это вызвано тем, что слегка отрицательный заряд атома кислорода одной молекулы воды притягивается к слегка положительному заряду атомов водорода другой молекулы воды. Вы также можете проверить когезионные свойства воды с помощью пипетки, воды и монеты.
Мероприятия по испытанию свойств воды
Тестирование свойств воды Активность 1: Поверхностное натяжение с мылом и перцем
Вторая активность поверхностного натяжения указана ниже.
Тестирование свойств воды. Активность 2: поверхностное натяжение — как сделать скрепку плавающей
Вам нужно собрать:
- Бумажное полотенце
- Скрепка
- Маленькая миска с водой
- Сообщите вашему ученику, что он собирается уронить скрепку в миску с водой.
- Как вы думаете, что произойдет, если вы уроните скрепку в воду?
- Как заставить скрепку плавать?
- Теперь мы заставим скрепку плавать. Вытащите скрепку из миски, высушите.
- Сложите бумажное полотенце вдоль. Мы использовали бумажное полотенце толщиной в половину листа.
- Поместите скрепку на сложенное бумажное полотенце.
- Возьмите бумажное полотенце за каждый конец и осторожно и медленно положите его на поверхность воды в миске.
- Бумажное полотенце впитает воду и погрузится в воду.
- Как только бумажное полотенце отделится от скрепки, очень осторожно выньте бумажное полотенце из миски, оставив скрепку на поверхности.
Объяснение случившегося:
Помните, молекулы воды полярны. Это означает, что у них есть положительный конец и отрицательный конец.
Отрицательные концы прикрепляются к положительным концам, а положительные концы прикрепляются к отрицательным концам.Это создает поверхностное натяжение.
Когда скрепку уронили в воду, «кожа» на воде оказалась недостаточно прочной, чтобы выдержать вес и силу. При использовании бумажного полотенца вес скрепки равномерно распределялся по поверхности воды, так как бумажное полотенце впитало воду и начало тонуть.
Проверка свойств воды. Активность 3: сплоченность будет стоить вам копейки!
Поверхностное натяжение воды вызвано когезией . Сплоченность означает, что молекулы воды любят прилипать друг к другу. Это вызвано тем, что слегка отрицательный заряд атома кислорода одной молекулы воды притягивается к слегка положительному заряду атомов водорода другой молекулы воды. Вы можете проверить когезионные свойства воды, используя пипетку, воду и монету.
Вам нужно собрать:
- Монета (хорошо подойдет пенни)
- Капельница
- Вода
Медленно капните воду на монету.Наблюдайте, как капли воды слипаются, образуя большую каплю.
Объяснение того, что произошло:
Молекулы воды слипаются и образуют купол над монетой. Продолжайте добавлять капли, пока капля не разобьется и не вытечет из монеты. Это вызвано тем, что гравитация преодолевает силу сцепления. Сколько капель воды можно уместить на монете?
Проверка свойств воды. Активность 4: когезия в стекле
Что вам понадобится:
- Стакан с водой доверху
- Пипетка
- Маленькая чаша с водой
Вы также можете наблюдать сплоченность, налив воду доверху.Затем используйте пипетку, чтобы очень осторожно добавить еще воды, пока вода не образует водную дугу над стеклом. Связующие свойства воды удерживают молекулы вместе, чтобы они не пролились на поверхность стекла. Наступит момент, когда слабые водородные связи перестанут удерживаться, и вода выльется наружу.
Проверка свойств воды Активность 5: Полярность —
В этом упражнении ваш ученик сможет продемонстрировать и наблюдать взаимодействие полярных и неполярных молекул.Мы будем использовать воду (полярную) и растительное масло (неполярное).
Что нужно собрать:
- Пластина
- Немного воды в мерной чашке (подойдет 1/4 чашки)
- Немного растительного масла (достаточно 1/4 стакана)
- Пищевой краситель
- Средство для мытья посуды Dawn
- Смешайте пищевой краситель с водой и перемешайте.
- Налейте 3 столовые ложки масла в середину тарелки.
- Попросите вашего ученика понаблюдать за тем, что произошло? Притягивались ли друг к другу капли масла? Как вы думаете, почему это произошло?
- Затем вылейте воду на другую часть тарелки, но рядом с маслом.
- Слегка приподнимите каждую сторону пластины и переместите воду по периметру масла. Что случилось? Они смешиваются?
- Зная, что мы узнали о полярных и неполярных молекулах, объясните, что вы наблюдаете.
- Поставьте тарелку на стол и сбрызните водой и маслом средство для посуды Dawn.
- Осторожно возьмите тарелку с каждой стороны и переместите ее так, чтобы мыло, вода и масло смешались. Что начинает происходить? Как вы думаете, почему это происходит?
Объяснение того, что произошло
Неполярные молекулы масла притягиваются друг к другу, поэтому капли масла собираются вместе, образуя одну большую «лужу».”
Полярные молекулы воды притягиваются друг к другу. Но когда вода сталкивается с маслом, полярные молекулы воды не притягиваются к неполярным молекулам масла.
Молекулы мыла немного отличаются. Имеют удлиненную форму. Один конец полярный, а другой неполярный. Когда добавляли мыло, полярный конец молекулы мыла притягивался к воде, а неполярный конец — к маслу.
Теперь вы можете понять, почему мыло и вода используются для мытья посуды и как мыло действует на жир.
Прочие ресурсы, связанные со свойствами водыСоставьте словарный список, связанный с изучением воды, используя этот список терминов и определений из USGS.
