Приветствую Вас, Гость Вторник, 13.11.2018, 22:18
RSS
 Суета Сует

Меню сайта


Теги
политика президент Барак Обама технологии медицина Наука искусство население эволюция Архитектура экология Дизайн психология социология видеосюжет гены ДНК экономика роботы загадки физика мозг энергия химия косметика электромобили Астрономия Алкоголь природа Палеонтология космос наркотики моз стволовые клетки Русофил Россия Бизнес по Русски Надувательство маразм крепчал корупция Биология Богохульство православие или смерть православие головного мозга http://www.popmech.ru/article/7717- история манипулирования предательство А судьи кто? РПЦ Экотехнологии религия Ислам Рак мдицина медецина геополитика здоровье Бог вегетарианство Искажение истории вов Археология Информационная война евреи англосаксы геопоетика США Онкология Сталин Репрессии на пальцах запутанные частицы Квантовая механика дофамин маркетинг любовь антропология аутизм генотерапия лейкемия лейкоз Давление нейрозоология возобновляемая энергия Болезнь Альцгеймера взаимоотношения LSD ЛСД Гармоны генетика нанотехнологии невербальные жесты образование Америка недвижимость Ленд-лиз 90-е Ельцин Кох

Статистика

Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0

Форма входа

Архив новостей

Друзья сайта
  • Аудиокниги для iPhone

  •  все самое интересное в науке, медицине, технологиях, экологи 
    Главная » 2009 » Август » 17 » Аномалии воды
    12:29
    Аномалии воды
    Что есть проще воды? Мы знакомы с ней с самого младенчества, она окружает нас повсюду, она несет жизнь. Однако многое в ее структуре на молекулярном уровне до сих пор остается загадкой. А некоторые свойства воды пока объяснить никак не удается.

    целом, сегодня ученые насчитывают 66 «аномальных» свойств, присущих обычной воде. Это – и необычно сильное поверхностное натяжение (сильнее только у ртути), и высокая теплоемкость, и странно меняющаяся плотность (она увеличивается с понижением температуры и достигает максимума примерно при 4 градусах).

    Все эти необычные свойства воды бесценны для жизни на Земле. Из-за аномалий плотности водоемы замерзают, начиная с поверхности, и позволяют рыбам и другим их обитателям спокойно зимовать подо льдом. Сильное поверхностное натяжение не только позволяет некоторым насекомым передвигаться по поверхности, но и дает растениям возможность всасывать влагу из почвы и доставлять ее высоко в кроны. А высокая теплоемкость делает температуру мирового океана стабильной, влияя на климат всей планеты.

    «Понять природу этих аномалий более чем важно, - говорит Андерс Нильсон (Anders Nilsson), стэнфордский физик, под руководством которого недавно завершилось еще одно интересное исследование, посвященное «странностям» воды, - ведь вода – обязательная основа нашего собственного существования: нет воды – нет жизни. Наша работа позволяет объяснить эти аномалии на молекулярном уровне, при температурах, подходящих для жизни».

    То, как организованы молекулы H2O в твердой водной фазе – льде – было установлено довольно давно. Они формируют тетраэдрическую решетку (из пирамид с треугольными сторонами), каждая молекула в которой связана с 4-мя другими. Тут уместно вспомнить отличную статью из январского номера «Популярной Механики», в которой мы рассказывали о снеге и снежинках – о науке и некоторых мифах, связанных с ними. Скажем, правда ли, что каждая снежинка неповторима? Читайте: «Белая магия».

    Но вот с жидкой водой дело оказалось куда сложнее – и интересней. Уже более века структура ее остается предметом самого пристального изучения, самых смелых гипотез и самых жарких дискуссий. Наиболее общепринятая модель, которая описывается сегодня в учебниках, подразумевает, что раз лед обладает тетраэдрической структурой, то и вода должна иметь такую же, только гораздо менее упорядоченную, охватывающую лишь несколько молекул.

    Чтобы изучить этот вопрос, Андерс Нильсон с коллегами использовали мощнейшие пучки рентгеновских лучей, полученных на синхротронах SLAC в Стэнфорде и SPring-8 в Японии, направляя их на образцы чистой жидкой воды. Изучив то, как лучи рассеивались этими образцами, ученые пришли к выводу о том, что «тетраэдрическая модель» некорректна. К их удивлению, вода при комнатной температуре одновременно образует 2 вида структур – одна из них высоко упорядоченная тетраэдрическая, а другая – полностью разупорядоченная.

    Эти два вида структур существуют в воде как бы по отдельности. Тетраэдрические формируют скопления, объединяя в среднем до 100 молекул, как бы погруженные в регионы с разупорядоченной структурой. Жидкая вода представляет собой постоянно «колеблющуюся» среду, молекулы которой непрерывно переходят из одной структуры в другую – по крайней мере, при температурах от комнатной и почти до точки кипения. По мере роста температуры упорядоченных тетраэдрических структур становится все меньше, однако размеры их, как ни странно, остаются прежними.

    «Вы можете представить это, как переполненный ресторан, - поясняет Андерс Нильсон. - Часть людей сидит за большими столами, занимая значительную часть помещения. Это тетраэдрические структуры. Другие танцуют под музыку между столами, кто попарно, кто по 3-4 человека. По мере того, как музыка становится все более заводной (температура растет), танцующие движутся все быстрее. Существует также постоянный “обмен”: одни садятся за столы отдохнуть, другие присоединяются к танцующим. Если музыка достигает определенного накала, целые столы сдвигаются в сторону, а люди с них поднимаются потанцевать. И наоборот, если танец успокаивается, стол возвращается на место, и люди снова усаживаются за него».

    Интересно, что такое представление о молекулярной структуре жидкой воды при обычной температуре подкрепляет другие исследования, посвященные необычному «переохлажденному» состоянию воды. В этой необычной форме она не замерзает даже далеко ниже нуля. Обнаружив это интересное состояние, теоретики попытались объяснить его и предложили подходящую модель: молекулярная структура переохлажденной воды должна состоять из двух типов – тетраэдрической и разупорядоченной, соотношение которых зависит от температуры. Словом, все так, как описал Нильсен и его коллеги.

    Какие же выводы об аномалиях воды можно сделать, исходя из модели, полученной учеными? Возьмем, к примеру, плотность. Молекулы, организованные в тетраэдрические структуры, менее плотно упакованы, чем в разупорядоченных, и эта плотность упаковки в них почти не зависит от температуры. А в разупорядоченных она хотя и выше, но меняется: при повышении температуры плотность снижается, поскольку молекулы начинают «танцевать» активнее, а значит – и чуть дальше друг от друга. Итак, при повышении температуры большая часть молекул переходит в разупорядоченные структуры, и сами эти структуры становятся менее плотными. Это объясняет и очень высокую теплоемкость воды. Энергия, которая поглощается водой с ростом температуры, в значительной степени расходуется на переход молекул из тетраэдрических структур в разупорядоченные.

    По пресс-релизу Stanford University

    Ссылка на источник
    Ссылки на схожие материалы
    Просмотров: 2628 | Добавил: admin | Теги: Наука | Рейтинг: 0.0/0
    Всего комментариев: 0
    Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
    [ Регистрация | Вход ]
    Суета СуЁт © 2018