Site Loader

Содержание

Универсальная химическая 3D-модель молекулы и атома

Цель

Разработка 3D-конструктора молекул и атомов для детей с ОВЗ, пригодного для проведения уроков по предметам: молекулярная физика, биология и химия.

Описание

Начальным этапом работы авторов послужило формирование идеи и темы проекта. Был разработан прототип модели, утверждённый школой-интернатом. Следующим шагом стало изучение программы Autodesk Fusion 360, которая была необходима для визуализации нашей модели и последующей печати. Изучив программу, мы создали каждый элемент, из набора которых состоит целостный образ нашего проекта. Далее необходимо было напечатать первые образцы и понять оптимальные параметры печати, которые были наиболее выгодными в соотношении цена/качество. Ключевым этапом нашего проекта стали разработка электронной модели, полная печать набора и изготовление пособия по эксплуатации.

Результат

Создана универсальная химическая 3D-модель молекулы и атома для обучающихся с ограниченными возможностями зрения.

Модели возможно распечатать на любом 3D-принтере и комплектовать наборы под разнообразные задачи обучения предметам химии и физики.

Оснащение и оборудование

  1. Персональный компьютер.
  2. принтер 3DQ One.
  3. Программное обеспечение: Autodesk Fusion 360 и Cura 15.06.

Перспективы использования результатов работы

Использование в образовательном процессе для детей с ОВЗ по зрению. Возможность тактильной визуализации молекул и атомов, составляющих мир вокруг нас.

Сотрудничество

ГКОУ г. Москвы «Специальная (коррекционная) общеобразовательная школа-интернат № 2».

Особое мнение

«Мы создали разборный конструктор, подходящий для изучения основ химии, биологии и молекулярной физики детьми с ограниченными возможностями здоровья. Наш проект является социально значимым, и мы очень рады, что приняли в нём участие»

Демонстрационный набор для составления объемных моделей молекул

1. Назначение набора

Основное значение набора – составление моделей молекул органических, а также неорганических веществ, изучаемых в курсе химии средней школы для наглядного изображения их структуры и прогнозирования свойств соединений. Моделированию подлежат химические элементы и функциональные группы атомов, указанные в таблице.

Из деталей данного набора можно моделировать молекулы метана и прочих предельных углеводородов, дихлорэтана, дихлорэтилена, этилена и его хлорпроизводных, бензола, метилбензола и фенола, этилового спирта, ацетона, уксусной и аминоуксусной кислот, ацетальдегида, анилина, нитробензола, сероводорода, воды, углекислого газа, а также многих других органических и неорганических соединений.

2. Комплектация набора

В состав набора входят модели следующих атомов:

Элемент
Цвет
Количество

Водород

Оранжевый

20

Хлор

Зеленый

2

Углерод алифатический

Черный

6

Углерод этиленовый

Черный

6

Углерод ацетиленовый

Черный

3

Углерод ароматический

Черный

6

Кислород эфирный

Голубой

2

Кислород карбонильный

Голубой

2

Азот аммиачный

Синий

2

Азот для нитрогруппы

Синий

1

Сера

Желтый

1

Мифы и реалии о структуре воды

Структура воды — факты и мифы

Среди всех существующих на Земле веществ вода, благодаря своеобразию своим физическим и химическим свойствам, занимает самое высокое положение в природе и играет важнейшую роль в жизни человека.

На всей поверхности Земли вода занимает 70% и от массы человека составляет 70% : эмбрион состоит из воды на 95%, в теле новорожденного её – 75%, у взрослого человека – 60%, лишь в старости количество понижается.

Вода это как химическая субстанция, уникальна своим строением и по своими свойствами. Вода — это прозрачная жидкость без вкуса, цвета и без запаха. Молекулярная масса её составляет– 18,0160. Дистиллированной воды максимальная плотность – 1 г/см3, при давлении 1С и а темтемпература 3,9820. Вода является уникальным растворителем, и может растворять другие вещества и больше солей, чем любая другая жидкость, она может окислять почти все горные породы и разрушать металлы . Это можно объяснить тем, что диэлектрическая проницаемость воды — 81,0 при 200 С, а у большинства других тел она находится в пределах 2-3, за исключением ряда кислот цианистого водорода и (муравьиная – 58, ацетон – 21) , у него этот показатель равен 107.

В форме сферических капель вода имеет поверхность наименьшую при этом заданном объёме., Необходимое условие для капиллярных процессов является поверхностное натяжение которое равно 72,75 дин/см.

У большинства веществ (кроме водорода и аммиака) удельная теплоёмкость воды выше, и составляет при при 150 С равна 1,000 кал/г-град, а 1000 С 0,487 кал/г-град. Вода обладает уникальной способностью поглощения большого количества теплоты и при этом нагреваться сравнительно мало, при этом дополнительное поглощение теплоты происходит при неизменяемости температуры в процессах замерзания и кипения. При увеличении давления температура замерзания воды понижается примерно на 10 С на каждые 130 атм. При кипении температура давления 1 атм — 1000 С, а при отрицательной температуре её составные части кипят : кислород при – 1800 С, водород при -2530 С.

Вода способна полимеризоваться – это соединение большого количества молекул обычной воды в цепочки и кластеры. Такая вода имеет целый ряд совершенно новых физических свойств, в частности она может кипеть при температуре в 5-6 раз более высокой, чем обыкновенная.

Объясняют необычные свойства талой воды можно, за счет ориентационных способностей ее молекул образовывать межмолекулярные ассоциаты, дисперсионные и индукционные взаимодействии (сил Ван-дер-Ваальса) и за счет водородные связи между атомами кислорода и водорода соседних молекул. Эти воздействия молекулы воды могут образовываться как случайные ассоциаты, имеющие определенную структуру.

Рис. 1. Структура воды и льда.Водородные связи в жидкой воде(слева) нескольких соседних молекул образуют быстротечные, непостоянные структуры. С другими четырьмя соседними молекулами. каждая молекула воды во льду (справа) жёстко связана.

Результат исследования структуры чистой воды, проведенные д.б.н. С.В.Зениным (Федеральный научный клинико-экспериментальный центр ТМДЛ Минздрава России), было обнаружено что присутствуют стабильные долгоживущие кластеры воды (1). Расчеты ученых показали, что вода это целая иерархия объемных структур, в их основе которых лежит кристаллоподобные образования, состоящие из 57 молекул и взаимодействующие друг с другом за счет свободных водородных связей. Это приводит к появлению структур второго порядка в виде шестигранников, состоящих из 912 молекул воды. Свойства кластеров зависят от того, в каком соотношении выступают на поверхность кислород и водород. Причём конфигурация элементов воды реагирует на любое внешнее воздействие и примеси, что объясняет чрезвычайно лабильный характер их взаимодействия. Дистиллированная вода имеет так же очень интересную структуру.

Действие между гранями элементов кластеров, дальние кулоновские силы притяжения, что позволяет рассмотреть структурное состояние в виде особой информационной матрицы воды. Ученый С.В. Зенин в своей работе (2-6) довел, что образование таких молекул воды могут взаимодействовать друг с другом по принципу зарядовой комплементарности, известной науке по исследованиям ДНК, за счет которой существует структурных построение элементов воды в (клатраты) ячейки,это можно наблюдать под контрастно-фазовым микроскопом. Можно предположить что главным для матрицы синтеза первой ДНК служила вода,и является информационной основой для жизни и всех биохимических процессов.

Согласно из работ статистическим расчетам, (7-9) д.х.н. А.В.Каргополова, д.б.н. В.И.Слесарева, д.м.н. А.В.Шаброва, И.Н.Серова доведено, что в обычной воде совокупность всех отдельных молекул воды и случайных ассоциатов составляет 60% (деструктурированная вода), а 40% — это кластеры (структурированная вода). Исследования привели к выводу, что для характеристик деструктурированной части воды из-за ее большой неупорядоченности в перемещении и взаимодействиях ее молекул и ассоциатов имеет высокое значение энтропия (S), а для структурированной части – информация (I), в последствие наличие определенной в структуре организованности кластеров, а также в их обмене и перемещении молекулами воды. В формированиях структур водных кластеров определенную роль играет такой информационный фактор как взаимодействие, с участием данного образца воды. При наличии в воде двух частей – структурированной и деструктурированной – является естественно, так как в открытой динамической системе благодаря самоорганизации действует закон превращения и сохранения : S+I=const.

Молекулы воды способны образовывать кластеры, в их структуре закодирована информация о взаимодействиях характеризует ее структурно-информационные свойства, т.е. «память» воды (7). Вода является динамичной, открытой самоорганизующейся системой, в которой смещается стационарное равновесие при внешнем любом воздействии. Переходное состояние возникает в результате этого взаимодействия, которое, вследствие процессов самоорганизации, может привести воду в новое стационарное состояние или в исходное. Оно характерно изменениям разных характеристик, но, прежде всего к структурно-информационному свойству. Это изменение происходит в результате взаимодействия воды с внешними или внутренними воздействиями, проявляющееся в переструктурировании в ней водных кластеров, изменении межмолекулярных взаимодействий, а также спектральных и физико-химических характеристик. Большое количество взаимодействий, все же приведет не к полному переструктурированиям воды, а лишь частично за счет различий водных кластеров в продолжительности жизни, что обеспечивает системам и воде на ее основе как короткую, так и долговременную «генетическую» память.

Рис.2. Кластерная модель структурированной воды. Отчётливо видны отдельные ассоциированные кластеры молекул воды.

Уже появилось очень много разработанных технологий получение структурированной воды: обратный осмос, замораживание с последующим таянием, процесс католит («живая» вода) и электролитическое разделения воды на анолит («мертвая» вода),омагничивание, после чего образуется вода с новыми свойствами, которые появляются не за счет химического воздействия, а за счет изменений волновых характеристик и характеристик поля.

Исследования, показавшие различие в молекулярной структуре воды при ее взаимодействии с окружающей средой, проведены Масару Эмото (Япония) (10), который доказал, что неоднородная кристаллическая структура воды может легко изменятся под влиянием всех возможных внешних воздействий, и зависеть от внесенной информации и не зависит от того, какая среда загрязненная или чистая. В своем эксперименте он имел возможность использовать анализатор магнитного резонанса для некоторых функций, сюда включается качественный анализ воды. Под сильным микроскопом, имеющий встроенную фотокамеру, изучаются замороженные водяные капли. Этот эксперимент дал возможность увидеть, как информационное воздействие может повлиять на молекулярную структуру воды.

Все вышеперечисленные данные свидетельствуют о том, что важной характеристикой воды являются структурные параметры, определяющие ее отрицательное или положительное влияние на человека. На различные водные системы и структурно-информационные свойства чистой воды влияют: давление, фазовые переходы воды (замерзание, нагревание, таяние воды), температура, нерастворимые в воде материалы которые длительно контактируют с поверхностью, примеси, направленные механические воздействия, контакт воды и ее пары с веществами в газо- и парообразном состоянии, вибрационные и акустические поля, электрические, электромагнитные и торсионные поля, магнитные, топологические структураторы полей (пирамиды, призма, фрактальные матрицы, дифракционые решетки), воздействия астрогелиогеофизические факторы (7-10)а также биополей различных живых объектов .

Имея сейчас на руках такие обнадёживающие данные о структуре воды, следующим логическим шагом могло быть изучение пространственной структуры её дейтерированного аналога — тяжёлой воды, в которой существенную роль из за различия в атомной массе протия и дейтерия играют гидрофобные взаимодействия и изотопные эффекты тяжёлой воды и как следствие различное воздействие тяжёлой воды на клетки.

Физики нагрели воду лазером до 160 тысяч градусов за 0,000000000000075 секунды

K. Beyerlein et al., / PNAS

Физики из Германии, Швеции и США подогрели воду с помощью рентгеновского лазера на свободных электронах и перевели ее в состояние теплого плотного вещества. При этом температура жидкости выросла на 160 тысяч градусов всего за 75 фемтосекунд, что делает разработанный учеными нагреватель самым быстрым в мире. Статья опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), кратко о ней сообщает пресс-релиз DESY.

Температура — это мера средней кинетической энергии молекул вещества. Чем быстрее движутся составляющие объект частицы, тем больше энергии они будут передавать при столкновениях с датчиком, прислоненным к объекту или помещенным в его объем (например, с градусником или пальцем), и тем горячее будет казаться объект. Следовательно, для нагревания тела нужно каким-нибудь образом сообщить ему энергию и разогнать его частицы. Этот способ используется и в обычной газовой плите, в которой передача энергии происходит непосредственно при контакте нагретой поверхности с телом, и в микроволновой печке, в которой молекулы воды заставляют колебаться электромагнитные волны. Молекулы воды при этом остаются стабильны на протяжении всего процесса нагревания.

Однако существуют и другие способы быстро разогреть молекулы воды. Например, группа ученых под руководством Карла Калмана (Carl Caleman) предлагает использовать для этого мощный, но короткий импульс рентгеновского лазера на свободных электронах (X-ray Free-Electron Laser). При облучении подобным импульсом электроны оторвутся от своих молекул, межатомные связи разрушатся, вещество ионизируется, и между атомами возникнет сильная отталкивающая сила, которая будет эффективно их разгонять. В результате образец быстро нагреется до внушительной температуры, а жидкость превратится в плазму. При этом плотность ее практически не изменится, поскольку ионизированные молекулы не успеют заметно «разбежаться» за время облучения лазером.

Схема экспериментальной установки

K. Beyerlein et al. / PNAS

Предложенный способ физики сразу же проверили на практике. Для этого они направили на небольшой объем воды лазерное излучение, рождающееся на линейном ускорителе в Национальной лаборатории SLAC (Linac Coherent Light Source). Энергия лазерного импульса достигала 6,86 килоэлектронвольт, средний поток его энергии превышал миллион джоулей на сантиметр квадратный, а продолжительность составляла в разных экспериментах 25 или 75 фемтосекунд (фемтосекунда = 10−15 секунд). После такого воздействия межатомные связи в молекуле воды разрушались, вещество сильно ионизировалось и разогревалось до температуры порядка 40 тысяч кельвинов (более короткий импульс) или 160 тысяч кельвинов (длинный импульс). При этом скорость ионов кислорода в образце достигала 2544 или 6266 метров в секунду в зависимости от длины импульса, тогда как скорость звука в воде в обычных условиях составляет всего 1500 метров в секунду. Это указывает на то, что вещество перешло в состояние плазмы. В то же время, объем жидкости в течение импульса измениться не успел, поэтому резко возросшая скорость столкновений ионов заставила давление в системе подняться до нескольких миллионов атмосфер. Таким образом, вода перешла в состояние теплого плотного вещества.

Кроме того, исследователи экспериментально измерили, как интенсивность рассеяния ионов зависит от величины импульса рассеяния и температуры вещества, а затем сравнили ее с данными численных расчетов с помощью методов молекулярной динамики. Оказалось, что при увеличении температуры пик рассеяния немного смещается в сторону меньших импульсов. Также ученые численно рассчитали распределение для расстояния между атомами кислорода в воде при комнатной температуре и температуре около 10 тысяч градусов, а также в ионизированной жидкости. Выяснилось, что при больших температурах это распределение размывается, причем в плазме его пик смещается в сторону меньших расстояний. В будущем ученые планируют более подробно изучить экзотическое состояние воды, в которую она переходит при таком быстром разогревании.

Экспериментально измеренная зависимость интенсивности рассеяния от величины импульса рассеяния

K. Beyerlein et al. / PNAS

Численно рассчитанная зависимость интенсивности рассеяния от величины импульса рассеяния

K. Beyerlein et al. / PNAS

Сверху: зависимость функции распределения от расстояния между атомами кислорода в воде при комнатной температуре и температуре 10 тысяч градусов, а также в однократно ионизированной плазме. Снизу: то же, но для плазмы, подвергшейся короткому или длинному лазерному импульсу, и для обычной воды

K. Beyerlein et al. / PNAS

Благодаря большому числу водородных связей вода обладает рядом необычных свойств, которые тяжело поддаются теоретическому анализу. Например, физики до сих пор расходятся во мнениях, почему в диапазоне температур от нуля до четырех градусов вода сжимается при нагревании, вместо того чтобы расширяться. В частности, одна из конкурирующих теорий предполагает, что в жидкости образуются пустотелые многогранники — витриты, — которые деформируются при нагревании. В мае 2015 года британские физики разработали другую модель воды, в которой глобальные свойства жидкости выводятся из ее локального устройства, — по словам ученых, эта модель позволяет одинаково хорошо описывать поведение воды во всем диапазоне температур. Подробнее о необычных свойствах воды можно прочитать в нашем материале «Пять стихий: вода».

В октябре прошлого года ученые из Института прикладной физики РАН с помощью мощного фемтосекундного лазера нагрели поверхность алюминиевой фольги до температуры около трех миллионов градусов, сохраняя при этом ее плотность. Как и в новой работе, это позволило исследователям получить экзотическое состояние вещества, известное как теплое плотное вещество (warm dense matter), и исследовать его свойства.

Дмитрий Трунин

Современная модель воды

К.х.н. О.В. Мосин

Особенности физических свойств воды и многочисленные короткоживущие водородные связи между соседними атомами водорода и кислорода в молекуле воды создают благоприятные возможности для образования особых структур-ассоциатов (кластеров), воспринимающих, хранящих и передающих самую различную информацию.

Одна из первых моделей воды – модель Фрэка и Уэна [Frank & Wen, 1957]. В соответствии с ней водородные связи в жидкой воде непрерывно образуются и рвутся, причем эти процессы протекают кооперативно в пределах короткоживущих групп молекул воды, названных “мерцающими кластерами”. Их время жизни оценивают в диапазоне от 10-10 до 10-11 с. Такое представление правдоподобно объясняет высокую степень подвижности жидкой воды и ее низкую вязкость. Считается, что благодаря таким свойствам вода служит одним из самых универсальных растворителей.

Однако модель “мерцающи кластеров” не может объяснить множество уже давно известных фактов, и тех, что стали стремительно нарастать в последнее время.

Но во второй половине XX века возникли две группы „смешанных“ моделей: кластерные и клатратные. В первой группе вода представала в виде кластеров из молекул, связанных водородными связями, которые плавали в море молекул, в таких связях не участвующих. Модели второй группы рассматривали воду как непрерывную сетку (обычно в этом контексте называемую каркасом) водородных связей, которая содержит пустоты; в них размещаются молекулы, не образующие связей с молекулами каркаса. Нетрудно было подобрать такие свойства и концентрации двух микрофаз кластерных моделей или свойства каркаса и степень заполнения его пустот клатратных моделей, чтобы объяснить все свойства воды, в том числе и знаменитые аномалии.

Среди кластерных моделей наиболее яркой оказалась модель Г. Немети и Х. Шераги: предложенные ими картинки, изображающие кластеры связанных молекул, которые плавают в море несвязанных молекул, вошли во множество монографий.

Модель клатратного типа предложил О.Я. Самойлов в 1946 году: в воде сохраняется подобная гексагональному льду сетка водородных связей, полости которой частично заполнены мономерными молекулами. Л. Полинг в 1959 году создал другой вариант, предположив, что основой структуры может служить сетка связей, присущая некоторым кристаллогидратам.

В течение второй половины 60-х годов и начала 70-х наблюдается сближение всех этих взглядов. Появлялись варианты кластерных моделей, в которых в обеих микрофазах молекулы соединены водородными связями. Сторонники клатратных моделей стали допускать образование водородных связей между пустотными и каркасными молекулами.

В 1990 г. чл.-корр. АН СССР Г.А. Домрачев (Ин-т металлоорганической химии РАН) и физик Д.А. Селивановский (Ин-т прикладной физики РАН) сформулировали гипотезу о существовании механохимических реакций радикальной диссоциации воды [Домрачев, 1995]. Они исходили из того, что жидкая вода представляет собой динамически нестабильную полимерную систему и что по аналогии с механохимическими реакциями в полимерах при механических воздействиях на воду поглощенная водой энергия, необходимая для разрыва Н-ОН, локализуется в микромасштабной области структуры жидкой воды. Реакцию разрыва Н-ОН связи можно записать так: (Н2О)n2О…H-|-OH) (Н2О)m + E(Н2О)n+1(H ) + ( OH) (Н2О)m, где “ E” обозначает не спаренный электрон.

Поскольку диссоциация молекул воды и реакции с участием радикалов H и OH происходит в ассоциированном состоянии жидкой воды, радикалы могут иметь громадные (десятки секунд и более) продолжительности жизни до гибели в результате реакций рекомбинации [Blough et al., 1990].

Таким образом, существуют достаточно убедительные свидетельства в пользу того, что в жидкой воде присутствуют весьма устойчивые полимерные структуры. В 1993 году американский химик Кен Джордан предложил свои варианты устойчивых “квантов воды”, которые состоят из 6 её молекул [Tsai & Jordan, 1993]. Эти кластеры могут объединяться друг с другом и со “свободными” молекулами воды за счет экспонированных на их поверхности водородных связей. Интересной особенностью этой модели является то, что из нее автоматически следует, что свободно растущие кристаллы воды, хорошо известные нам снежинки, должны обладать 6-лучевой симметрией.

В 2002 году группе д-ра Хэд-Гордона методом рентгеноструктурного анализа с помощью сверхмощного рентгеновского источника Advanced Light Source (ALS) удалось показать, что молекулы воды способны за счет водородных связей образовывать структуры — «истинные кирпичики» воды, представляющие собой топологические цепочки и кольца из множества молекул.

Другая исследовательская группа Нильссона из синхротронной лаборатории всё того же Стенфордского университета, интерпретируя полученные экспериментальные данные как наличие структурных цепочек и колец, считает их довольно долгоживущими элементами структуры.

Несмотря на то, что разные модели предлагают отличающиеся по своей геометрии кластеры, все они постулируют, что молекулы воды способны объединяться с образованием полимеров. Но классический полимер – это молекула, все атомы которой объединены ковалентными связями, а не водородными, которые до недавнего времени считались чисто электростатическими. Однако в 1999 г. было экспериментально показано, что водородная связь между молекулами воды во льду имеет частично (на 10%) ковалентный характер [Isaacs E. D., et al.,1999]. Даже частично ковалентный характер водородной связи “разрешает”, по меньшей мере, 10% молекул воды объединяться в достаточно долгоживущие полимеры (неважно, какой конкретной структуры). А если в воде есть полимеры воды, то даже слабые воздействия на абсолютно чистую воду, а тем более ее растворы, могут иметь важные последствия.

В химии полимеров хорошо известен тот факт, что под действием механических напряжений, в частности – звуковой обработки, растяжения, продавливания полимера через тонкие отверстия, молекулы полимеров могут “рваться”. В зависимости от строения полимера, условий, в которых он находится, эти разрывы сопровождаются либо образованием новых беспорядочных связей между “обрывками” исходных молекул, либо уменьшением их молекулярной массы. Такие процессы служат, в частности, причиной старения полимеров. Редко уточняют, что фрагментация полимеров при подобных воздействиях – явление нетривиальное. Так, например, интактные молекулы ДНК, составленных из сотен тысяч и миллионов мономеров-нуклеотидов, легко распадаются на более мелкие фрагменты от простого перемешивания препарата палочкой. При этом, чем меньше фрагменты, тем более высокой плотности требуется энергия для дальнейшего дробления. Во всех случаях – и в длинных и в коротких полимерах разрываются химически идентичные ковалентные связи. Следовательно, если для разрыва ковалентной связи между двумя атомами в малой молекуле необходимо приложить энергию, эквивалентную энергии кванта УФили по меньшей мере видимого света, то такая же связь в полимере может разорваться при воздействии на него механических колебаний. В первом случае частота колебаний соответствует величинам порядка 1015 Гц, во втором – герцам – килогерцам. Значит, молекула полимера может выступать в роли своеобразного трансформатора энергии низкой плотности в энергию высокой плотности. Образно говоря, полимеры превращают тепло в свет. А тогда, если жидкая вода может хоть в какой-то степени рассматриваться как квази-полимер, то и в ней могут осуществляться подобные процессы.

Модель структурированной воды определяет почти все её аномальные свойства, имеющие огромное практическое значение — вода самое аномальное из всех известных природе веществ. Диаметр молекулы воды 2,8 А (1 ангстрем = 10-10м). Если рассматривать воду как простую совокупность молекул Н2О, то оказывается, что её удельный вес должен составлять 1,84 г/см3, а температура её кипения будет равна 63,5°С. Но, как известно, при нормальной температуре и давлении удельный вес воды равен 1 г/см3, а кипит вода при 100°С. Исходя из этого, следует предположить, что внутри воды должны быть пустоты, где нет молекул Н2О, то есть воде присуща особая структура. Это принципиальное открытие было сделано английским физиком Берналом. С тех пор в этой области проведено множество исследований, но полной ясности в этом вопросе еще нет.

Способность молекул воды образовывать определенные структуры, основана на наличии так называемых водородных связей. Эти связи не химической природы. Они легко разрушаются и быстро восстанавливаются, что делает структуру воды исключительно изменчивой. Именно благодаря этим связям в отдельных микрообъемах воды непрерывно возникают своеобразные ассоциаты воды, её структурные элементы. Связь в таких ассоциатах называется водородной. Она является очень слабой, легко разрушаемой, в отличие от ковалентных связей, например, в структуре минералов или любых химических соединений.

Интересно, что свободные, не связанные в ассоциаты молекулы воды присутствуют в воде лишь в очень небольшом количестве. В основном же вода – это совокупность беспорядочных ассоциатов и «водяных кристаллов», где количество связанных в водородные связи молекул может достигать сотен и даже тысяч единиц.

«Водяные кристаллы» могут иметь самую разную форму, как пространственную, так и двухмерную (в виде кольцевых структур). В основе же всего лежит тетраэдр (простейшая пирамида в четыре угла). Именно такую форму имеют распределенные положительные и отрицательные заряды в молекуле воды. Группируясь, тетраэдры молекул h3O образуют  разнообразные пространственные и плоскостные структуры. И из всего многообразия структур в природе базовой, судя по всему (пока лишь не точно доказанное предположение) является всего одна – гексагональная (шестигранная), когда шесть молекул воды (тетраэдров) объединяются в кольцо.

Такой тип структуры характерен для льда, снега, талой воды, клеточной воды всех живых существ.

Рис. 1. Кристаллическая структура льда

Каждая молекула воды в кристаллической структуре льда участвует в 4 водородных связях, направленных к вершинам тетраэдра. В центре этого тетраэдра находится атом кислорода, в двух вершинах — по атому водорода, электроны которых задействованы в образовании ковалентной связи с кислородом. Две оставшиеся вершины занимают пары валентных электронов кислорода, которые не участвуют в образовании внутримолекулярных связей. При взаимодействии протона одной молекулы с парой неподеленных электронов кислорода другой молекулы возникает водородная связь, менее сильная, чем связь внутримолекулярная, но достаточно могущественная, чтобы удерживать рядом соседние молекулы воды. Каждая молекула может одновременно образовывать четыре водородные связи с другими молекулами под строго определенными углами, равными 109°28′, направленных к вершинам тетраэдра, которые не позволяют при замерзании создавать плотную структуру (при этом в структурах льда I, Ic, VII и VIII этот тетраэдр правильный).

Когда лёд плавится, его тетрагональная структура разрушается и образуется смесь полимеров, состоящая из три-, тетра-, пента-, и гексамеров воды и свободных молекул воды. Схематически этот процесс показан ниже.

Рис. слева —  Структура жидкой воды. В воде кластеры периодически разрушаются и образуются снова. Время перескока составляет 10-12 секунд.

Изучить строение этих образующихся полимеров воды оказалось довольно сложно, поскольку вода – смесь различных полимеров, которые находятся в равновесии между собой. Сталкиваясь друг с другом, полимеры переходят один в другой, разлагаются и вновь образуются.

Разделить эту смесь на отдельные компоненты тоже практически невозможно. Лишь в 1993 году группа исследователей из Калифорнийского университета (г. Беркли, США) под руководством доктора Р.Дж.Сайкалли расшифровала строение триммера воды, в 1996 г. – тетрамера и пентамера, а затем и гексамера воды. К этому времени уже было установлено, что жидкая вода состоит из полимерных ассоциатов (кластеров), содержащих от трех до шести молекул воды.

На рисунке ниже показано строение три-, тетра-, пента-, и гексамера воды. Все они цикличны, т. е. образуют довольно устойчивые «кольца».

Более сложным оказалось строение гексамера. Самая простая структура – шесть молекул воды в вершинах шестиугольника, – как выяснилось, не столь прочна, как структура клетки. Более того, структуры призмы, раскрытой книги или лодки тоже оказались менее устойчивыми. В шестиугольнике может быть только шесть водородных связей, а экспериментальные данные говорят о наличии восьми. Это значит, что четыре молекулы воды связаны перекрёстными водородными связями.

Структуры кластеров воды были найдены и теоретически, сегодняшняя вычислительная техника позволяет это сделать. Более того, именно сопоставлением экспериментально найденных и рассчитанных параметров удалось доказать, что полимеры имеют то строение, которое описано выше.

В 1999 г. Станислав Зенин провёл совместно с Б. Полануэром (сейчас в США) исследование воды в ГНИИ генетики, которые дали интереснейшие результаты. Применив современные методы анализа, как-то рефрактометрического, протонного резонанса и жидкостной хроматографии исследователям удалось обнаружить полиассооциаты — «кванты» воды.

Рис. Возможные кластеры воды

Объединяясь друг с другом, кластеры могут образовывать более сложные структуры:

Рис. Более сложные ассоциаты кластеров воды

Кластеры, содержащие в своём составе 20 молекулу оказались более стабильными.

Рис. слева — Формирование кластера из 20 молекулы воды.

Согласно гипотезе С.В. Зенина вода представляет собой иерархию правильных объемных структур «ассоциатов» (clathrates), в основе которых лежит кристаллоподобный «квант воды», состоящий из 57 ее молекул, которые взаимодействуют друг с другом за счет свободных водородных связей. При этом 57 молекул воды (квантов), образуют структуру, напоминающую тетраэдр. Тетраэдр в свою очередь состоит из 4 додекаэдров (правильных 12-гранников). 16 квантов образуют структурный элемент, состоящий из 912 молекул воды. Вода на 80% состоит из таких элементов, 15% — кванты-тетраэдры и 3% — классические молекулы Н2О. Таким образом, структура воды связана с так называемыми платоновыми телами (тетраэдр, додекаэдр), форма которых связана с золотой пропорцией. Ядро кислорода также имеет форму платонова тела (тетраэдра).

Элементарной ячейкой воды являются тетраэдры, содержащие связанные между собой водородными связями четыре (простой тетраэдр) или пять молекул Н2О (объемно-центрированный тетраэдр).

Рис. слева — Тетраэдр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. Тетраэдр воды

При этом у каждой из молекул воды в простых тетраэдрах сохраняется способность образовывать водородные связи. За счет их простые тетраэдры могут объединяться между собой вершинами, ребрами или гранями, образуя различные кластеры со сложной структурой, например, в форме додекаэдра.

Рис. справа — Додекаэдр

Таким образом, в воде возникают стабильные кластеры, которые несут в себе очень большую энергию и информацию крайне высокой плотности. Порядковое число таких структур воды так же высоко, как и порядковое число кристаллов (структура с максимально высоким упорядочением, которую мы только знаем), потому их также называют «жидкими кристаллами» или «кристаллической водой». акая структура энергетически выгодна и разрушается с освобождением свободных молекул воды лишь при высоких концентрациях спиртов и подобных им растворителей [Зенин, 1994]. «Кванты воды» могут взаимодействовать друг с другом за счет свободных водородных связей, торчащих наружу из вершин “кванта” своими гранями. При этом возможно образование уже двух типов структур второго порядка. Их взаимодействие друг с другом приводит к появлению структур высшего порядка. Последние состоят из 912 молекул воды, которые по модели Зенина практически не способны к взаимодействию за счет образования водородных связей. Этим и объясняется, например, высокая текучесть жидкости, состоящей из громадных полимеров. Таким образом, водная среда представляет собой как бы иерархически организованный жидкий кристалл. 

Изменение положения одного структурного элемента в этом кристалле под действием любого внешнего фактора или изменение ориентации окружающих элементов под влиянием добавляемых веществ обеспечивает, согласно гипотезе Зенина, высокую чувствительность информационной системы воды. Если степень возмущения структурных элементов недостаточна для перестройки всей структуры воды в данном объеме, то после снятия возмущения система через 30-40 мин возвращается в исходное состояние. Если же перекодирование, т. е. переход к другому взаимному расположению структурных элементов воды оказывается энергетически выгодным, то в новом состоянии отражается кодирующее действие вызвавшего эту перестройку вещества [Зенин, 1994]. Такая модель позволяет Зенину объясненить «память воды» и ее информационные свойства [Зенин, 1997].

Рис. слева — Формирование отдельного кластера воды (компъютерное моделирование)

В дистиллированной воде кластеры практически электронейтральны. Однако Зенин обнаружил, что их электропроводность можно изменить. Если помешать магнитной мешалкой, связи между элементами клстеров будут разрушены и вода превратится в мертвое, неупорядоченное месиво.

Если поместить в воду предельно малое количество другого вещества (хоть одну молекулу) — кластеры начнут «перенимать» его электромагнитные свойства. Это свойство объясняет чрезвычайно лабильный, подвижный характер их взаимодействия. Его природа обусловлена дальними кулоновскими силами, определяющими новый вид зарядово-комплементарной связи. Именно за счет этого вида взаимодействий осуществляется построение структурных элементов воды в ячейки (клатраты) размером до 0,5-1 микрон. Их можно непосредственно наблюдать при помощи контрастно-фазового микроскопа.

Структурированное состояние воды оказалось чувствительным датчиком различных полей. С. Зенин считает, что мозг, сам состоящий на 90% из воды, может, тем не менее, изменять её структуру.

Опираясь на подобные представления о структуре воды, учёные выяснили интересные подробности. Недавно, как сообщил российские исследователи Высоцкий и Корнилова, развивая идеи Ю.И. Наберухина, провели расчет энергетических характеристик, необходимых для перехода свободных молекул воды из несвязанного состояния в полость клатрата и обратно.

С помощью этих расчетов они показали, что структурой воды — количеством свободных молекул воды в полостях клатратов и вне их, — можно управлять с помощью давления, температуры, магнитного поля и т. д. Причем вода может использоваться для медицинских целей, как самостоятельно, так и в качестве «упаковки» для молекул лекарственных веществ. Такой гипотетической «упаковкой», способной донести лекарства до внутренних органов больного, не растратив их по пути, служат клатраты, в полостях которых могут быть размещены лекарственные молекулы при определенных режимах их приготовления.

В природных условиях полости в клатратах воды могут занимать молекулы природных газов, образуя кристаллогидраты. Наиболее распространенным кристаллогидратом, встречающимся в вечной мерзлоте и на дне морей и океанов, является кристаллогидрат углеводородного газа метана. Он представляет собой массу, похожую на мокрый снег. Такие кристаллогидраты, в принципе, могут использоваться в качестве топлива альтернативного нефти и газу, но, вместе с тем, могут представлять большую опасность для жизни на Земле.

Модель кластерного строения воды имеет много спорных дискутируемых моментов, но отвергать её совершенно несправедливо. Например, Зенин предполагает, что основной структурный элемент воды — кластер из 57 молекул, образованный слиянием четырёх додекаэдров. Они имеют общие грани, а их центры образуют правильный тетраэдр. То, что молекулы воды могут располагаться по вершинам пентагонального додекаэдра, известно давно; такой додекаэдр — основа газовых гидратов. Поэтому ничего удивительного в предположении о существовании таких структур в воде нет, хотя уже говорилось, что никакая конкретная структура не может быть преобладающей и существовать долго. Поэтому странно, что этот элемент предполагается главным и что в него входит ровно 57 молекул. Из шариков, например, можно собирать такие же структуры, которые состоят из примыкающих друг к другу додекаэдров и содержат 200 молекул. Зенин же утверждает, что процесс трёхмерной полимеризации воды останавливается на 57 молекулах. Более крупных ассоциатов, по его мнению, быть не должно. Однако если бы это было так, из водяного пара не могли бы осаждаться кристаллы гексагонального льда, которые содержат огромное число молекул, связанных воедино водородными связями. Совершенно неясно, почему рост кластера Зенина остановился на 57 молекулах. Чтобы уйти от противоречий, Зенин упаковывает кластеры в более сложные образования — ромбоэдры — из почти тысячи молекул, причём исходные кластеры друг с другом водородных связей не образуют. Возникает вопрос почему? Чем молекулы на их поверхности отличаются от тех, что внутри? По мнению Зенина, узор гидроксильных групп на поверхности ромбоэдров и обеспечивает информационые свойства воды. Следовательно, молекулы воды в этих крупных комплексах жёстко фиксированы, и сами комплексы представляют собой твёрдые тела. Такая вода не будет течь, а температура её плавления, которая связана с молекулярной массой, должна быть весьма высокой. Поскольку в основе модели лежат тетраэдрические постройки, её можно в той или иной степени согласовать с данными по дифракции рентгеновских лучей и нейтронов. И хотя модель Зенина может объяснить уменьшение плотности при плавлении — упаковка додекаэдров плотнее, чем лёд, труднее согласуется модель с динамическими свойствами воды — текучестью, большим значением коэффициента самодиффузии, малыми временами корреляции и диэлектрической релаксации, которые измеряются пикосекундами.

Следует отметить, что в настоящее время существуют и другие модели воды, описывающие её аномальные свойства. Так, профессор Мартин Чаплин из Лондонского университета (Martin Chaplin Professor of Applied Science Water and Aqueous Systems Research of the London South Bank University) рассчитал и предположил иную структуру воды, в основе которой лежит икосаэдр.

Рис. Формирование икосаэдра воды

Согласно этой модели вода состоит из 1820 молекул воды — это в два раза больше, чем в модели Зенина. Гигантский икосаэдр в свою очередь состоит из 13 более мелких структурных элементов. Причем, так же как и у Зенина, структура гигантского ассоциата базируется на более мелких образованиях.

Совсем недавно д-р Анджелос Микаелидес (Angelos Michaelides) из Центра нанотехнологий в Лондоне и профессор Карина Моргенштерн (Karina Morgenstern) из университета им. Лейбница в Ганновере опубликовали в журнале Nature Materials работу, посвященную изучению свойств кристаллической воды на наноуровне.

Рис. слева — Изображение гексамера воды, полученное с помощью сканирующего туннельного микроскопа. Размер гексамера в поперечнике — около 1 нм. Фото London Centre for Nanotechnology

Ученые охлаждали водяной пар над поверхностью металлической пластины, находящейся при температуре 5 градусов Кельвина. Вскоре с помощью сканирующего туннельного микроскопа на пластине удалось наблюдать гексамер (шесть соединенных между собой молекул воды) — мельчайшую снежинку. Это самый маленький из возможных кластеров льда. Ученые наблюдали также кластеры, содержащие семь, восемь и девять молекул.

Разработка технологии, позволившей получить изображение гексамера воды — само по себе важное научное достижение. Для наблюдения пришлось сократить зондирующий ток до минимума, что и позволило предохранить слабые связи между отдельными молекулами воды от разрушения вследствие процесса наблюдения. Помимо экспериментов, в работе были использованы теоретические подходы квантовой механики. Комплексный подход дал впечатляющие результаты.

В отличие от кристаллического льда, где между всеми молекулами воды энергия связи одинакова, в нанокластерах есть чередование сильных и слабых связей (и соответствующих расстояний) между отдельными молекулами. Получены также важные результаты о способности молекул воды к распределению водородных связей и к их связи с поверхностью металла.

Рассматривая все эти модели, нужно чётко представлять, что они – пока не более чем модели, лучше всего объясняющие те или иные аномальные свойства воды.

К.х.н. О. В. Мосин

​Мембраны. Немного физики — «BASK»

Высокие технологии, изначально работающие в космосе или на сложном производстве, со временем становятся повседневными. Так мембранные материалы, несколько десятилетий назад родившиеся в научных лабораториях, теперь служат нам в одежде и обуви. 

Мембрана – это барьер, который пропускает через себя одни вещества и останавливает другие. Впервые применить это свойство мембран в одежде догадались в фирме Gore в 70-годах прошлого века. Именно в это время стало технологически возможным создать прочную поровую мембрану на основе полимеров. Радиус пор подбирался так, чтобы они не пропускали капли воды из внешней среды и не создавали препятствия для выхода пара наружу.


Капля тумана – 0,1 мм (100000 нм)

Крупная капля дождя – 6,5 мм (6500000 нм)

Молекула воды – 0,2 нм

d пор в мембране = 140 — 200 нм

Зачем это нужно?

Простой полиэтиленовый плащ отлично защитит от дождя и ветра, но не спасёт от намокания. А всё потому, что одной из важнейших постоянных человеческого тела является температура. Она может колебаться в узких пределах. При любой активности мы вырабатываем тепло, излишки которого незамедлительно сбрасываются в окружающую среду. Одним из механизмов отвода тепла является потоотделение: ежесуточно человек выделяет не менее полулитра пота в нормальных условиях, при высоких нагрузках и температурах это значение достигает 12 литров.


Но полиэтилен препятствует отводу паров воды и она конденсируется на его поверхности, опять превращаясь в воду – порочный круг замыкается, под плащом пасмурно и сыро, особенно если снаружи тепло и солнечно.

Как работают поровые мембраны?

Поровая мембрана позволяет избежать «застоя» паров воды под одеждой.

Водяной пар – газообразное состояние той же воды, что падает на нас снаружи в жидком состоянии в виде капель.

Расстояние между молекулами воды в паре так велико, что каждая молекула выступает как отдельный «игрок»: поровая мембрана для неё не является серьёзным препятствием и молекула свободно выходит наружу. Движение пара в поровой мембране можно описать как поток через отверстия.

В капле те же молекулы воды связаны силой поверхностного натяжения, они живут плотными сообществами. Такой конгломерат не может разом пройти сквозь пору пока не растечётся по поверхности монослоем в размер молекулы. В этот момент мембрана начинает пропускать воду. Чтобы предотвратить такой ход событий на поверхность мембраны наносят специальное гидрофобное покрытие с плохой смачиваемостью – DWR. С этим покрытием молекулы воды не могут прореагировать и капля не растекаясь скатывается с поверхности. Да и сама пористая мембрана производится из гидрофобных полимеров, например, политетрафторэтилена, чтобы у молекул пара не было возможности остаться на стенке поры по пути наружу.

Политетрафторэтилен (ПТФЭ) – превосходит по химической стойкости все полимеры: не смачивается водой и не растворяется в обычных растворителях. Полимер с самой большой молекулярной массой.


Почему молекулы пара начинают целенаправленно двигаться наружу? Кто их подталкивает?

Всё мире стремится к равновесию, по крайне мере, так говорит физика. Любое движение обусловлено избытком энергии/вещества в одном месте и недостатком в другом. Когда парциальное давление водяного пара под мембраной (под курткой) превышает его парциальное давление во внешней среде, молекулы воды начинают двигаться сквозь мембрану наружу. Процесс останавливается когда давление пара внутри и снаружи выравнивается.

Значит, если снаружи влажно, то отвод водяного пара прекращается и мы промокаем? Да, но только в случае, когда температуры под курткой и снаружи близки по значениям. Если стоит холодная влажная погода, то отвод водяного пара будет продолжаться даже в таких условиях, так как парциальное давление зависит от температуры и разница в давлениях сохранится. 

Особенности поровых мембран

Рабочие характеристики поровой мембраны в первую очередь определяются количеством пор, их размером, распределением по поверхности и толщиной мембраны, а не химическими свойствами материала из которого она изготовлена. Со временем на поверхности мембраны появляются грязевые отложения, они сильно снижают её качество, закупоривая поры и меняя свойства. Неправильно подобранное моющее средство, например порошок, так же забивает поры. Поэтому уход за поровыми мембранами требует особого внимания и осторожности. А поддержание гидрофобности внешней ткани – пропитка, основой правильной работы этого сложного механизма.

Непоровые мембраны. Зачем нужны они?

Непоровые мембраны – отдельный класс мембран, работа которых основана на совершенно иных физических процессах. Как следует из названия, в них нет пор, однако материал мембраны имеет неравномерную структуру, причина которой свободный объём между большими молекулами полимера. Этот объём достаточен для движения небольших молекул воды по мембране – диффузии. Молекулярный размер этих полостей не сравним с размерами пор.

Водяной пар химически связывается с гидрофильной внутренней поверхностью мембраны. В случае интенсивной работы с повышенным потоотделением влага конденсируется на ней. Материал мембраны, обычно полиуретан, начинает набухать, впитывая в себя молекулы воды. Все молекулы под действием температуры начинают двигаться быстрее: гибкий, за счёт влаги, полимер расширяется, пространство между цепочками увеличивается и диффузия молекул воды ускоряется. Она происходит до тех пор, пока концентрация молекул воды в мембране не станет одинаковой по всей толщине мембраны. Основными движущими силами процессов в непоровой мембране являются: разница концентрации молекул воды в ней и разница температур с двух сторон от мембраны. Движение направлено из области с высокой концентрацией воды в область с низкой концентрацией воды. Молекулы, проходящие через свободные полости в мембране, достигают наружней поверхности и уходят в окружающую среду.

Внешняя поверхность непоровой мембраны всегда защищена гидрофобной тканью с плотным плетением, которая не пропускает капли воды снаружи и не препятствует отводу пара.

Полиуретан – прочный, устойчивый к старению, эластичный материал. Гидрофилен. Плёнки из полиуретана легко наносятся на поверхности любой конфигурации. Обладает относительно низкой молекулярной массой.

Непоровая мембрана меньше загрязняется, так как в ней нет пор и нечему забиваться. Эластичность этого полимера даёт возможность производить тянущиеся ткани на его основе

И здесь не обошлось без слабых мест

Тесты показывают, что поровые мембраны более устойчивы к образованию конденсата на внутренней поверхности и лучше работают в условиях повышенной влажности – JIS L 1099 A1.

Проблемным местом непоровой мембраны нужно назвать ограничение её работы при низких температурах. Влага на внутренней поверхности мембраны превращается в изморозь, это затрудняет отведение пара и причиняет дискомфорт. В случае с поровой мембраной изморозь не во всех случаях образуется на внутренней стороне мембраны, так как точка росы может оказаться в другом месте за счёт интенсивного потока пара через мембрану. 

Непоровая мембрана начинает работать с небольшой задержкой: ей требуется время на набухание (намокание), чтобы выйти на максимальные рабочие показатели. Тесты показывают, что эффективность непоровой мембраны возрастает с ростом абсолютной влажности под одеждой, поровые мембраны мало зависят от этого параметра. В условиях активной работы при невысокой влажности окружающего воздуха, хорошие непоровые мембраны обходят поровые по паропроницаемости –  JIS L 1099 B1.

Из-за гидрофильности самой мембраны её водостойкость ниже, чем у полностью гидрофобной пористой. Когда верхний защитный слой ткани с непоровой мембраной начинает пропускать влагу, она мгновенно проникает внутрь.


Комбинированные мембраны

Хорошие результаты часто получают на стыке методов. В последнее время всё больше интереса вызывают комбинированные мембраны, которые включают поровую мембрану у наружнего слоя и тонкую непориовую со стороны тела. Таким образом производители защищают пористую мембрану от загрязнений тела и увеличивают показатели паропроницаемости.

Так же интересен опыт создания поровой мембраны из волокон полиуретана, реализованный в тканях  Polartec® NeoShell®.

Характеристики мембран 

Влагостойкость

Паропроницаемость (A1, B1)

Ret


Подробнее читайте в  статье

Поровые мембраны в снаряжении Баск:

Polartec® Neoshell

Advance® Alaska 

Advance® Perfomance

Advance® 2.5L 

Непоровые мембраны в снаряжении Баск:

Gelanots®

Dermizax® 3L

Читать так же:

Разумно о мембранах

Из чего делают мембраны?

Мембраны: «Взгляд изнутри» – как это устроено и работает

Методы определения паропроницаемости и Ret мембраны

Защита конденсаторов от биообрастаний — Журнал АКВА-ТЕРМ

Опубликовано: 12 сентября 2012 г.

21

Назаровская ГРЭС, входящая в состав Енисейской ТГК (ТГК-13), выдает среднегодовую мощность 5,4 млрд кВт•ч по электричеству и 588 тыс. Гкал•ч по теплу. Для систем охлаждения  используется необработанная вода р. Чулым, что неизбежно приводит к образованию биопленки из грибков и бактерий, напоминающей слизь, на внутренних поверхностях системы охлаждения ГРЭС, а в особенности внутри конденсаторов пара, которая снижает эффективность теплообмена и в конечном счете приводит к перерасходу топлива. Конденсаторы приходится периодически останавливать для очистки, что в свою очередь приводит к росту издержек и сокращает срок службы оборудования.

Подписаться на статьи можно на главной странице сайта.

Проанализировав существующие методы предотвращения и удаления биообрастаний, руководство ГРЭС сделало выбор в пользу системы Акваклер, где подавление биообрастаний осуществляется при помощи электромагнитного поля, которое сообщает электрический заряд нходящимся в воде микроорганизмам. При этом возникает осмотическое давление, заставляющее молекулы воды со всех сторон массово проникать внутрь бактерий, что приводит к мгновенному разрыву их оболочек. Данный метод подавления биообрастаний в системах охлаждения характеризуется высокой функциональной эффективностью, надежностью, он безопасен для окружающей среды, что особенно важно для систем охлаждения, построенных по открытой схеме.

Следует отметить, что на Назаровской ГРЭС впервые в России применены устройства Акваклер многопроцессорного типа, позволяющие эффективно обрабатывать воду в трубопроводах большого диаметра на всю глубину (диаметр циркуляционных водоводов составляет 1420 мм). Они имеют единый магнитопровод, на котором размещено несколько синхронно работающих процессорных модулей (для диаметра 1420 мм таких модулей три). Система Акваклер монтируется поверх подводя-щих и отводящих циркуляционных водоводов конденсаторов, без остановок работы системы охлаждения. Максимально возможный диаметр трубопроводов – 3000 мм. По заявлению производителя оборудования, компании Hydropath Holdings (Великобритания), устройства многопроцессорного типа позволяют добиться большей эффективности при подавлении биообрастаний, чем модели Акваклер с одним процессорным блоком.

Промежуточный отчет о работе устройств Акваклер

Согласно данных системы мониторинга, конденсаторы пара работают штатно. В связи с переключением на летний режим работы, 15 мая 2012 г. энергоблок №2 находился в холодном резерве (был остановлен). На этот момент устройства Акваклер Custom P-56″ уже отработали 2,5 месяца. Пользуясь возможностью, эксплуатационная служба вскрыла конденсаторы пара для визуального осмотра. Местами на трубной решетке присутствовали некие образования органической природы, тем не менее, было обнаружено, что трубки конденсатора чистые.

По словам заместителя начальника котлотурбинного цеха О.В. Штурмана, который лично производил осмотр, «наблюдаемые загрязнения трубной доски конденсаторов имеют мягкий слизистоподобный вид, который легко смывается струей холодной воды». Хотя эти образования можно было легко удалить, было решено очистку не проводить, конденсатор закрыть и продолжить работу.

На основании полученных данных возможно сделать вывод, что в паводковый период, несмотря на сезонное ухудшение качества воды, благодаря системе Акваклер,  конденсаторы пара энергоблока работали стабильно.

Но если в весенний период отложения в конденсаторах пара имеют в основном наносной характер, то в летний период наблюдается бурный рост микроорганизмов, сопровождающийся «цветением воды» и возникновением биообрастаний.

Работа Акваклер в летний период

В июне 2012 г. температура воды в р. Чулым достигла аномально высокого уровня в +24 °С, что способствовало активному росту микроорганизмов в воде. 3 июля во время плановой остановки энергоблока конденсаторы были вскрыты. Было обнаружено, что трубная доска покрыта желеподобной слизью серо-коричневого цвета. При высыхании слизь превращалась в отложения желтовато-коричневого цвета. Но и то, и другое легко поддавалось вымыванию струей воды.

Для оценки объема загрязнений в трубках, с противоположной стороны конденсатора пара была организована подача холодной воды из шланга в трубки. Первоначально из трубок лилась жижа коричневого цвета. Уже через 7–10 секунд вода светлела и становилась полностью прозрачной через 25–30 секунд. Таким методом было решено провести полную очистку конденсаторов и после запуска энергоблока в работу оценить величину изменения температурного напора вследствие очистки трубок от отложений.

Опыт эксплуатации системы Акваклер показал, что ее применение позволяет снизить потери на перерасход (пережог) топлива вследствие недостаточно эффективного охлаждения конденсаторов, сократить время простоя конденсатора для очисток (вследствие увеличения интервала между очистками и сокращения их длительности), а также сократить потребление электроэнергии для собственных нужд из-за снижения нагрузки на циркуляционные насосы.

Журнал «Промышленные и отопительные котельные и мини-ТЭЦ» №4 (14), 2012

 


вернуться назад

Читайте также:

ученых открывают новый способ получения воды — ScienceDaily

На знакомой школьной демонстрации химии инструктор сначала использует электричество для разделения жидкой воды на составляющие газы, водород и кислород. Затем, комбинируя два газа и зажигая их искрой, инструктор с громким хлопком превращает газы обратно в воду.

Ученые из Университета Иллинойса открыли новый способ получения воды, причем без хлопка. Они не только могут производить воду из маловероятных исходных материалов, таких как спирты, их работа также может привести к созданию лучших катализаторов и менее дорогих топливных элементов.

«Мы обнаружили, что нетрадиционные гидриды металлов можно использовать для химического процесса, называемого восстановлением кислорода, который является важной частью процесса производства воды», — сказал Захария Хайден, докторант и ведущий автор статьи, принятой для публикации в Журнал Американского химического общества и размещен на его веб-сайте.

Молекула воды (официально известная как монооксид дигидрогена) состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Но вы не можете просто взять два атома водорода и наклеить их на атом кислорода.Реальная реакция образования воды немного сложнее: 2H 2 + O 2 = 2H 2 O + Energy.

На английском языке уравнение гласит: Чтобы получить две молекулы воды (H 2 O), две молекулы двухатомного водорода (H 2 ) должны быть объединены с одной молекулой двухатомного кислорода (O 2 ). Энергия будет высвобождена в процессе.

«Эта реакция (2H 2 + O 2 = 2H 2 O + энергия) известна в течение двух столетий, но до сих пор никто не заставил ее работать в гомогенном растворе», — сказал Томас Раухфус, U.профессора химии и автора статьи.

Хорошо известная реакция также описывает то, что происходит внутри водородного топливного элемента.

В типичном топливном элементе двухатомный газообразный водород входит с одной стороны элемента, а двухатомный кислород — с другой стороны. Молекулы водорода теряют свои электроны и становятся положительно заряженными в результате процесса, называемого окислением, в то время как молекулы кислорода получают четыре электрона и становятся отрицательно заряженными в результате процесса, называемого восстановлением.Отрицательно заряженные ионы кислорода объединяются с положительно заряженными ионами водорода, образуя воду и выделяя электрическую энергию.

«Трудная сторона» топливного элемента — это реакция восстановления кислорода, а не реакция окисления водорода, — сказал Раухфусс. «Однако мы обнаружили, что новые катализаторы восстановления кислорода могут также привести к новым химическим средствам окисления водорода».

Раухфус и Хайден недавно исследовали относительно новое поколение катализаторов гидрирования с переносом для использования в качестве нетрадиционных гидридов металлов для восстановления кислорода.

В своей статье JACS исследователи сосредотачиваются исключительно на окислительной способности катализаторов гидрогенизации переноса на основе иридия в гомогенном неводном растворе. Они обнаружили, что комплекс иридия влияет как на окисление спиртов, так и на восстановление кислорода.

«Большинство соединений реагируют либо с водородом, либо с кислородом, но этот катализатор реагирует с обоими», — сказал Хайден. «Он реагирует с водородом с образованием гидрида, а затем реагирует с кислородом с образованием воды; и это происходит в гомогенном неводном растворителе.«

Новые катализаторы могут привести в конечном итоге к разработке более эффективных водородных топливных элементов, что существенно снизит их стоимость, сказал Хайден.

Работа финансировалась Министерством энергетики США.

Магнитный набор молекул воды, молекулярные модели: образовательные инновации, Inc.

Описание

Нет лучшего способа обучить концепции воды, чем с помощью нашего практического набора Magnetic Water Molecule Kit. Встроенные магниты точно отражают положительные и отрицательные заряды, позволяя вашим ученикам почувствовать различную силу водородных, ковалентных и ионных связей.Используя эти магнитные молекулы воды, ваши ученики могут обнаруживать водородные связи, создавать лед, растворять соль, испарять воду, исследовать транспирацию, создавать этанол и многое другое. Используйте наш набор, чтобы показать различия между молекулярной адгезией, когезией и капиллярным действием, а также продемонстрировать поверхностное натяжение, испарение, конденсацию и растворимость. Каждый отдельный набор включает в себя достаточно частей для 12 молекул воды, плюс по одной для натрия, хлорида, этана и гидроксильных групп. Наш комплект из шести упаковок идеально подходит для использования в классе.Все комплекты поставляются с подробными инструкциями по сборке. Обширные уроки доступны в Интернете.
Магнитные молекулы воды
Одиночный комплект 6-пакетный комплект
Пластиковый стакан 1 6
Вода Молекулы 12 72
Натрий 1 6
Хлорид 1 6
Молекула этана 1 6
Гидроксильная группа 1 6
Поднос с 6 чашками 0 1
Подробнее в нашем блоге — Создание Научно-A ccurate Snowflakes

Сделай сам: захватывающие свойства монооксида дигидрогена


Люди примерно на 60% состоят из монооксида дигидрогена.Если это настораживает, может быть полезно знать, что это просто вода. Хотя вода, безусловно, является чем-то довольно знакомым, у нее есть множество очень важных свойств, и все они происходят от ее знаменитой химической формулы h3O. Давайте посмотрим и попробуем понять некоторые из них.
Молекулы воды, которые вы можете видеть справа, состоят из одного атома кислорода и двух атомов водорода. Когда атомы связаны вместе, это происходит из-за электрических зарядов. В этом случае у каждого атома водорода есть один электрон, который он делит с атомом кислорода.Электроны несут отрицательный заряд и удерживаются ближе к атому кислорода. Это дает атому кислорода отрицательный заряд, оставляя атом водорода слегка положительным. Как вы почти наверняка слышали, противоположности притягиваются. Эти противоположные заряды притягиваются друг к другу, что удерживает молекулу воды вместе в микроскопическом море атомов.
Из-за этого и формы молекулы воды каждая имеет отрицательную часть, где находится кислород, и положительную часть, где находится водород. Ученые называют такие молекулы полярными, , и именно эта полярность дает начало многим уникальным и важным свойствам воды!

Полярные молекулы воды ориентируются друг к другу и удерживаются вместе за счет электрического притяжения противоположных зарядов, что вы можете видеть на иллюстрации выше.. Это важно для нас: если бы это было не так, вода при комнатной температуре вообще не была бы жидкостью! Относительно легкие молекулы воды улетели бы в виде газа, потому что между ними не было бы притяжения. Без этого очень важного свойства не было бы жизни, какой мы ее знаем. Это притяжение молекул воды друг к другу называется когезией . Они также могут прилипать ко многим другим объектам с помощью того же процесса, свойство, известное как адгезия .

Эти два свойства объединены на видео выше.Молекулы воды прилипают к струне, но также и друг к другу. Это позволяет наливать воду под странными углами, и ничего бы этого не произошло, если бы не эта очаровательная маленькая молекула, монооксид дигидрогена.

Как сделать воду из водорода и кислорода

Вода — это общее название монооксида дигидрогена или H 2 O. Молекула образуется в результате многочисленных химических реакций, в том числе реакции синтеза ее элементов, водорода и кислорода. Сбалансированное химическое уравнение реакции:

2 H 2 + O 2 → 2 H 2 O

Как сделать воду

Теоретически легко сделать воду из газообразного водорода и газообразного кислорода.Смешайте два газа вместе, добавьте искру или достаточно тепла, чтобы получить энергию активации, чтобы начать реакцию, и предварительно растворите воду. Однако простое смешивание двух газов при комнатной температуре ничего не даст, например, молекулы водорода и кислорода в воздухе не образуют воду самопроизвольно.

Для разрыва ковалентных связей, которые удерживают молекулы H 2 и O 2 вместе, необходима энергия. Катионы водорода и анионы кислорода затем могут свободно реагировать друг с другом, что они и делают из-за разницы в электроотрицательности.Когда химические связи реформируются, образуя воду, высвобождается дополнительная энергия, которая способствует развитию реакции. Итоговая реакция является сильно экзотермической, что означает реакцию, которая сопровождается выделением тепла.

Две демонстрации

Одна из распространенных демонстраций химии — наполнить небольшой воздушный шар водородом и кислородом и коснуться воздушного шара — на расстоянии и за защитным экраном — горящей шиной. Более безопасный вариант — заполнить баллон газообразным водородом и зажечь баллон в воздухе.Ограниченный кислород в воздухе реагирует с образованием воды, но в более контролируемой реакции.

Еще одна простая демонстрация — это пузырьки водорода в мыльной воде с образованием пузырьков газообразного водорода. Пузырьки плавают, потому что они легче воздуха. Зажигалка с длинной ручкой или горящая шина на конце метра можно использовать, чтобы зажечь их, чтобы образовалась вода. Вы можете использовать водород из баллона со сжатым газом или из любой из нескольких химических реакций (например, реакции кислоты с металлом).

Как бы вы ни реагировали, лучше надеть средства защиты органов слуха и держаться на безопасном расстоянии от места реакции.Начните с малого, чтобы знать, чего ожидать.

Понимание реакции

Французский химик Антуан Лоран Лавуазье назвал водород, по-гречески «образующий воду», на основе его реакции с кислородом, другим элементом, названным Лавуазье, что означает «продуцент кислоты». Лавуазье был очарован реакциями горения. Он изобрел устройство для образования воды из водорода и кислорода, чтобы наблюдать за реакцией. По сути, в его установке использовались два колпака — один для водорода и один для кислорода, — которые подавались в отдельный контейнер.Механизм искрения инициировал реакцию, образуя воду.

Вы можете сконструировать устройство таким же образом, если будете осторожно контролировать скорость потока кислорода и водорода, чтобы не пытаться образовать слишком много воды за один раз. Также следует использовать термостойкий и ударопрочный контейнер.

Роль кислорода

В то время как другие ученые того времени были знакомы с процессом образования воды из водорода и кислорода, Лавуазье открыл роль кислорода в горении.Его исследования в конечном итоге опровергли теорию флогистона, которая предполагала, что подобный огню элемент, называемый флогистоном, высвобождается из вещества во время горения.

Лавуазье показал, что газ должен иметь массу, чтобы произошло горение, и что масса сохраняется после реакции. Превращение водорода и кислорода в воду было отличной реакцией окисления для изучения, потому что почти вся масса воды происходит из кислорода.

Почему мы не можем просто делать воду?

Согласно отчету ООН за 2006 год, 20 процентов людей на планете не имеют доступа к чистой питьевой воде.Если так сложно очистить воду или опреснить морскую воду, вы можете задаться вопросом, почему мы просто не производим воду из ее элементов. Причина? Одним словом — БУМ!

Взаимодействие с водородом и кислородом — это, по сути, сжигание газообразного водорода, за исключением того, что вместо использования ограниченного количества кислорода в воздухе вы разжигаете огонь. Во время горения к молекуле добавляется кислород, который в этой реакции образует воду. Сжигание также высвобождает много энергии. Тепло и свет производятся так быстро, что ударная волна распространяется наружу.

По сути, у вас взрыв. Чем больше воды вы сделаете за один раз, тем сильнее будет взрыв. Он работает для запуска ракет, но вы видели видео, где это было ужасно неправильно. Взрыв Гинденбурга — еще один пример того, что происходит, когда вместе собирается много водорода и кислорода.

Итак, мы можем производить воду из водорода и кислорода, что часто делают химики и преподаватели, — в небольших количествах. Нецелесообразно использовать этот метод в больших масштабах из-за рисков и из-за того, что очистка водорода и кислорода для протекания реакции намного дороже, чем производство воды другими методами, очистка загрязненной воды или конденсация водяного пара. с воздуха.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

типов молекулярных моделей | Музей Уиппла

Бета-марганец

Во многих металлах все атомы находятся на одинаковом расстоянии друг от друга и окружены 12 другими атомами (так же, как стопки апельсинов в супермаркетах). Однако в случае марганца по не совсем понятным причинам это не так. При комнатной температуре одни расстояния короче других. Это делает расположение управляемых атомов в кристаллической решетке более сложным, чем у большинства других металлов.

При нагревании металлического марганца кристаллическая решетка претерпевает изменения в своей структуре до того, как металл плавится. Эти различные состояния известны как аллотропы и называются альфа, бета, гамма и дельта, чтобы различать их. Между температурами от 700 до 1100 градусов по Цельсию марганец находится в бета-состоянии. Как и в альфа-состоянии, не все атомы находятся на одинаковом расстоянии друг от друга; но, кроме того, атомы существуют в двух различных геометрических формах (показаны красными и зелеными шарами на изображениях 5 и 6).Это не означает, что они представляют собой атомы другого типа, просто их соседние атомы расположены по-другому.

Студентам, изучающим кристаллографию, часто трудно понять концепции различных геометрических узлов в кристаллической решетке, эта проблема усугубляется в сложной кристаллической решетке, такой как бета-марганец. Ч. Э. Чепмен создал эту модель специально, чтобы помочь студенту визуализировать расположение таких участков. Подобные модели до сих пор используются в обучении.

Список литературы

  1. Гриффин и др., «Атомные модели Курто», Journal of Scientfic Instruments Vol. 32 (1955), 195–195.

Рут Хорри, «Модели с мячом и спицами», Изучите коллекции Уиппла, Музей истории науки Уиппла, Кембриджский университет, 2006 г.

Рут Хорри, «Модели, заполняющие пространство», «Изучение коллекций Уиппла», Музей истории науки Уиппла, Кембриджский университет, 2008 г.

Джеймс Хислоп, «Модели кристаллической решетки», Изучите коллекции Уиппла, Музей истории науки Уиппла, Кембриджский университет, 2008.

Наука на полках — Мыльная наука

Загрузите эту страницу в качестве рабочего листа (pdf, 133KB).

В этом упражнении вы можете:

Как работают моющие средства?

Мыло и моющие средства состоят из длинных молекул, содержащих голову и хвост. Эти молекулы называются поверхностно-активными веществами ; диаграмма ниже представляет молекулу поверхностно-активного вещества.

Голова молекулы притягивается к воде (гидрофильная), а хвост — к воде. привлекает жир и грязь (гидрофобен).Когда молекулы моющего средства встречаются с жиром на одежде хвосты втянуты в жир, но головы все еще остаются в воде.

Силы притяжения между группами головы и водой настолько сильны, что жир снимается с поверхности. Капля смазки теперь полностью окружена молекулами моющего средства и разбивается на более мелкие части, которые смываются вода. Здесь вы можете узнать больше о том, как действуют моющие средства.

Молекулы моющего средства также помогают сделать процесс стирки более эффективным, снижение поверхностного натяжения воды.Поверхностное натяжение — это сила, которая помогает капля воды на поверхности сохраняет форму и не растекается. ПАВ Молекулы моющего средства разрушают эти силы и заставляют воду вести себя, ну, более влажную!

Вернуться к началу.

Делаем пузыри

Пузырьки и мыльные пленки состоят из тонкого слоя воды, зажатого между двумя слои молекул мыла. Вы можете сделать гигантские пузыри, смешав эти ингредиенты вместе:

  • 1 литр воды (предпочтительно дистиллированная, но подойдет водопроводная вода),
  • 15 мл высококачественного средства для мытья посуды (мы использовали Fairy),
  • 10 мл глицерина / глицерина (из секции выпечки тортов в вашем супермаркете).

После того, как вы приготовили пузырьковый раствор, вы можете попробовать наши четыре эксперимента!

Эксперимент 1

Сделайте руками форму обруча. Окуните их в пузырь раствора и подуйте осторожно, но сильно. Используя этот метод, вы сможете взорвать пузыри диаметром примерно до 60 см!

Эксперимент 2

Сухость не резкость пузыри рвется. Надуйте большой пузырь и попробуйте вставить в него пальцы. Если ваша рука мокрая, вы можете дотронуться до пузыря и даже положить руку внутрь, не разорвав его! Когда мыльный пузырь начинает лопаться, его толщина составляет всего 1/500 000 сантиметра!

Эксперимент 3

Сделайте из веревки большие обручи диаметром около 1 метра и свяжите по углам 4 маленькие петли, чтобы получились ручки.Окуните это в мыльный раствор и вместе с другом раздвиньте ручки, чтобы образовалась гигантская мыльная пленка. Попробуйте встряхнуть один конец и посмотреть, как волна движется по пленке.

Эксперимент 4

Теперь попробуйте сделать купол из пузыря, как на схеме ниже.

Смочите поднос или кухонную рабочую поверхность пузырчатым раствором. С помощью соломинки надуйте большой пузырь. Протолкните соломинку через исходный пузырек и выдуйте внутрь меньший пузырек. Посмотри, сколько пузырей поменьше ты сможешь сделать!

Вернуться к началу.

Исследование поверхностного натяжения

«Появление модели 338 доктора Мартена, наконец, позволило Энни ходить по воде»

Вода обладает множеством необычных свойств, одним из которых является явление поверхностного натяжения. Как мы уже говорили ранее, поверхностное натяжение — это сила, которая предотвращает распространение капли воды на поверхности. Поверхностное натяжение позволяет водным конькобежцам и другим насекомым ходить по воде, а также позволяет булавке плавать.

Вы можете продемонстрировать это сами, взяв таз с водой и опустив булавку на поверхность.Осторожно добавьте всего одну каплю жидкости для мытья посуды и посмотрите, что произойдет с булавкой. Он должен немедленно утонуть, потому что молекулы моющего средства разрушают силы, удерживающие воду вместе. Штифт больше не поддерживается и опускается на дно!

Вернуться к началу.

Измерение поверхностного натяжения — Button Balance

Вы можете измерить поверхностное натяжение самостоятельно, сделав свой собственный балансир-пуговицу, подобный тому, который использовала известная экспериментаторка девятнадцатого века Агнес Поккельс.Вам понадобится:

  • палочка на палочке,
  • немного нейлоновой нити,
  • кнопка,
  • немного пластилина,
  • миллиметровка,
  • кусок карты,
  • контейнер для тестируемой жидкости.

Вот как можно пополнить баланс кнопок:

Вы можете настроить весы одним из двух способов, как показано на схеме выше. Вскоре вы узнаете, какой из них лучше всего подходит для вас. Палочка на палочке используется в качестве рычага, а нейлоновая нить имеет то преимущество, что она не впитывает воду и не влияет на баланс.Карточку можно подвесить к леденцу с помощью нейлоновой нити, чтобы она служила противовесом. Маленькие квадраты миллиметровой бумаги можно использовать в качестве весов — вы можете взвесить большое количество целых листов миллиметровой бумаги и вычислить, исходя из этого, сколько весит каждый маленький квадрат. Для использования баланса:

  1. Уравновесите рычаг перед тем, как начать, например, наклеив кусок пластилина на палочку на палочке.
  2. Осторожно поднимите емкость с жидкостью, чтобы кнопка (ободком вниз) мягко легла на поверхность.Вы должны заметить, что конец рычага направлен к жидкости.
  3. В зависимости от того, какую конструкцию вы использовали, вы либо добавляете небольшие грузы в чашу противовеса, либо постепенно перемещаете противовес до точки, где кнопка отрывается от поверхности жидкости. Вы можете попытаться положить кнопку обратно на поверхность жидкости, просто чтобы убедиться, что это вес, который оттолкнул кнопку, а не акт падения груза в чашу противовеса. (или сдвигая противовес).
  4. Для каждого измерения вы можете записать количество квадратов бумаги, необходимое для удаления пуговицы с поверхности жидкости (или преобразовать это в фактический вес), или записать положение скольжения.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *