사진의 분자. 세계 최초의 분자 결합 스냅샷

지금까지 과학자들은 분자 구조의 존재만을 가정할 수 있었습니다. 오늘날 원자력 현미경의 도움으로 분자(탄소 원자 26개와 수소 원자 14개)를 연결하는 개별 원자 결합(수천만분의 1밀리미터 길이)을 매우 명확하게 볼 수 있습니다.

처음에 팀은 탄소 원자가 육각형 패턴으로 배열된 단층 소재인 그래핀으로 만든 구조로 작업하기를 원했습니다. 탄소 벌집을 형성하면서 원자는 선형 사슬에서 육각형으로 재배열됩니다. 이 반응은 여러 다른 분자를 생성할 수 있습니다.

University of California at Berkeley의 화학자 Felix Fischer와 그의 동료들은 분자를 시각화하여 분자가 올바른지 확인하기를 원했습니다.

섭씨 90도 이상의 온도에서 두 가지 가장 일반적인 반응 생성물로 재구성되기 전과 후의 고리 모양의 탄소 함유 분자. 크기: 3 옹스트롬 또는 30억분의 1미터.

그래핀 레시피를 문서화하기 위해 Fisher는 강력한 이미징 장치가 필요했고 University of California 연구실의 Michael Crommie가 가지고 있던 원자력 현미경으로 전환했습니다.

비접촉 원자력 현미경(NC-AFM)은 매우 얇고 민감한 센서를 사용하여 분자에서 발생하는 전기력을 감지합니다. 팁은 분자 표면 근처에서 움직이며 다른 전하에 의해 편향되어 원자가 움직이는 방식에 대한 이미지를 생성합니다.

비접촉 원자력 현미경의 단일 원자 팁은 날카로운 바늘로 표면을 "탐사"합니다. 바늘은 축음기 바늘이 레코드의 홈을 통과하는 것처럼 연구 대상 물체의 표면을 따라 움직입니다. 원자 외에도 원자 결합을 "탐사"할 수 있습니다.

그래서 팀은 탄소 원자뿐만 아니라 공유 전자에 의해 생성된 탄소 원자 사이의 결합도 시각화했습니다. 그들은 은판에 탄소 고리 구조를 놓고 가열하여 분자를 재구성했습니다. 냉장 반응 생성물에는 예상치 못한 세 가지 생성물과 과학자들이 예상한 단 하나의 분자가 포함되어 있습니다.

분자 물리학에 대한 다른 프레젠테이션

"핵 결합 에너지" - 질량수가 50에서 60인 원소는 최대 결합 에너지(8.6 MeV/핵자)를 가집니다. - 질량 결함. 쿨롱 힘은 핵을 파괴하는 경향이 있습니다. 표면의 핵자의 결합 에너지는 핵 내부의 핵자의 결합 에너지보다 작습니다. Uchim.net. 원자핵의 결합 에너지. 특정 결합 에너지. 질량과 에너지 사이의 아인슈타인 방정식:

"원자핵의 구조" - 가이거 카운터 클라우드 챔버. 라듐(빛나는). 방사성 방사선의 사용. 마리 스클로도프스카 퀴리와 피에르 퀴리. 베크렐 앙투안 앙리 - 1897 열핵 융합은 가벼운 핵의 융합 반응입니다. M-질량 수 - 핵의 질량, 핵자 수, 중성자 수 M-Z. 폴로늄. 연쇄 핵 반응.

"광전 효과의 응용" - 국가 교육 기관 NPO Professional Lyceum No. 15. 광전 효과의 발견과 연구의 역사. 완성자: 물리학 교사 Varlamova Marina Viktorovna. 광전 효과에 대한 아인슈타인의 방정식 A. 아인슈타인. 광전 효과 관찰. Stoletov A.G. 포화 전류 강도는 음극에 입사되는 방사선의 강도에 비례합니다.

"원자핵의 구조"- A. 10 -12. 원자핵의 방사성 변환. 결과적으로 방사선은 양성 입자, 음성 및 중성 입자의 흐름으로 구성됩니다. 13 - 15. 1896 앙리 베크렐(프랑스인)이 방사능 현상을 발견했다. 표시 - , 질량이 있습니까? 오전 1시 전하는 전자의 전하와 같습니다. 5. 원자는 중성이다. 왜냐하면 핵의 전하는 전자의 총 전하와 같습니다.

"원자핵의 구성" - 질량수. NUCLEAR FORCES - 핵에서 양성자와 중성자를 묶는 인력. 핵군. 코어 지정에 대한 일반 보기. 청구 번호. 전하 수는 기본 전하로 표현되는 핵의 전하와 같습니다. 전하 번호는 화학 원소의 서수와 같습니다. 쿨롱 힘보다 몇 배 더 큽니다.

"플라즈마 합성" - 공사 기간은 8-10년입니다. 관심을 가져 주셔서 감사합니다. ITER의 건설 및 인프라. TOKAMAK의 생성. ITER 설계 매개변수. ITER(ITER)의 생성. 5. 대략적인 비용은 50억 유로입니다. 열핵 무기. ITER 원자로에 대한 러시아의 기여. 2. 열핵에너지의 장점. 에너지 요구 사항.

H2O 물 분자는 두 개의 수소 원자에 공유 결합된 하나의 산소 원자로 구성됩니다.

물 분자에서 주인공은 산소 원자입니다.

수소 원자는 서로 눈에 띄게 반발하기 때문에 화학 결합 (원자핵을 연결하는 선) 수소-산소 사이의 각도는 직선 (90 °)이 아니라 조금 더-104.5 °입니다.

물 분자의 화학 결합은 극성입니다. 산소는 음전하를 띤 전자를 끌어당기고 수소는 양전하를 띤 전자를 끌어당기기 때문입니다. 결과적으로 산소 원자 근처에는 과도한 음전하가 축적되고 수소 원자 근처에는 양전하가 축적됩니다.

따라서 전체 물 분자는 쌍극자, 즉 두 개의 반대 극을 가진 분자입니다. 물 분자의 쌍극자 구조는 주로 물 분자의 특이한 특성을 결정합니다.

물 분자는 반자성체입니다.

양전하와 음전하의 진원지를 직선으로 연결하면 3차원 기하학적 도형인 사면체가 얻어집니다. 이것은 물 분자 자체의 구조입니다.

물 분자의 상태가 변하면 정사면체에서 변의 길이와 변 사이의 각도가 변합니다.

예를 들어, 물 분자가 증기 상태에 있는 경우 측면이 이루는 각도는 104°27"입니다. 물 상태에서 각도는 105°03"입니다. 그리고 얼음 상태에서 각도는 109.5°입니다.

다양한 상태에 대한 물 분자의 기하학 및 치수
a - 증기 상태
b - 가장 낮은 진동 수준
c - 물 분자의 기하학이 3:4:5의 종횡비를 가진 두 이집트 삼각형의 기하학에 해당할 때 얼음 결정 형성에 가까운 수준의 경우
d - 얼음 상태.

이 각도를 반으로 나누면 각도를 얻습니다.
104°27": 2 = 52°13",
105°03": 2 = 52°31",
106°16": 2 = 53°08",
109.5°: 2 = 54°32".

이것은 물과 얼음 분자의 기하학적 패턴 중에 유명한 이집트 삼각형이 있다는 것을 의미합니다. 이 삼각형의 구조는 황금비를 기반으로 합니다. 변의 길이는 3:4:5이고 각은 53°입니다. ° 08 ".

물 분자는 도중에 물이 얼음으로 변하고 얼음이 녹을 때 그 반대의 구조를 얻습니다. 명백하게 용융수는 건설 중인 구조가 황금 부분의 비율을 가질 때 이 상태에 대해 가치가 있습니다.

이제 종횡비가 3:4:5인 유명한 이집트 삼각형이 물 분자의 상태 중 하나에서 "추출"되었다는 것이 분명해졌습니다. 물 분자의 매우 동일한 기하학은 공통 다리가 3인 두 개의 이집트 직각 삼각형으로 형성됩니다.

황금 비율의 비율에 기초한 물 분자는 생명 창조에 관여하는 신성한 본성의 물리적 표현입니다. 그렇기 때문에 지상의 자연은 전체 우주에 내재된 조화를 담고 있습니다.

그래서 고대 이집트인들은 숫자 3, 4, 5를 신격화했고 삼각형 자체는 신성한 것으로 간주되어 모든 구조, 집, 피라미드, 심지어 들판 표시에서도 그 속성, 조화를 이루려고 노력했습니다. 그건 그렇고, 우크라이나 오두막도 황금 비율을 사용하여 지어졌습니다.

우주에서 물 분자는 일정 부피를 차지하며 베일 형태의 전자 껍질로 덮여 있습니다. 평면에서 분자의 가상 모델의 관점을 상상하면 생명체의 생명 프로그램이 기록되는 X 자형 염색체와 같은 나비 날개처럼 보입니다. 그리고 이것은 물 자체가 모든 생명체의 필수 요소라는 것을 나타내는 사실입니다.

부피가 큰 물 분자의 가상 모델을 상상하면 4개의 면이 있고 각 면에 3개의 모서리가 있는 삼각형 피라미드의 모양을 전달합니다. 기하학에서는 삼각형 피라미드를 사면체라고합니다. 이러한 구조는 결정의 특징입니다.

따라서 물 분자는 강한 모서리 구조를 형성하여 증기 상태, 얼음으로의 전이 직전, 얼음으로 변할 때에도 유지합니다.

물 분자의 "골격"이 매우 안정적이면 에너지 "피라미드"-사면체도 흔들리지 않습니다.

다양한 조건에서 물 분자의 이러한 구조적 특성은 두 개의 수소 원자와 한 개의 산소 원자 사이의 강한 결합으로 설명됩니다. 이 결합은 인접한 물 분자 사이의 결합보다 약 25배 더 강합니다. 따라서 예를 들어 가열될 때 물 분자 자체를 파괴하는 것보다 한 물 분자를 다른 물 분자에서 분리하는 것이 더 쉽습니다.

배향, 유도, 분산 상호작용(반 데르 발스 힘) 및 이웃 분자의 수소와 산소 원자 사이의 수소 결합으로 인해 물 분자는 무작위 결합으로 형성될 수 있습니다. 정렬된 구조가 없으며 클러스터는 특정 구조를 갖는 동료입니다.

통계에 따르면 일반 물에는 60%(비구조화된 물)와 클러스터(40%)(구조화된 물)가 무작위로 연관되어 있습니다.

러시아 과학자 S. V. Zenin이 수행한 연구 결과 안정적으로 수명이 긴 물 클러스터가 발견되었습니다.

제닌은 물 분자가 초기에 12면체를 형성한다는 사실을 발견했습니다. 4개의 12면체는 함께 결합하여 물의 주요 구조 요소를 형성합니다. 즉, 57개의 물 분자로 구성된 클러스터입니다.

클러스터에서 12면체는 공통 면을 가지며 중심은 정사면체를 형성합니다. 이것은 양극과 음극이 있는 육량체를 포함한 물 분자의 벌크 화합물입니다.

수소 다리는 물 분자가 다양한 방식으로 결합할 수 있도록 합니다. 이로 인해 물속에서 무한히 다양한 클러스터가 관찰됩니다.

클러스터는 자유 수소 결합으로 인해 서로 상호 작용할 수 있으며, 이로 인해 육각형 형태의 2차 구조가 나타납니다. 그들은 912개의 물 분자로 구성되어 있으며 실제로는 상호 작용이 불가능합니다. 그러한 구조의 수명은 매우 길다.

이 구조는 6개의 마름모꼴 면이 있는 작은 날카로운 얼음 결정과 유사하며, S.V. 제닌은 그것을 "물의 주요 구조적 요소"라고 불렀습니다. 수많은 실험을 통해 물에 그러한 결정이 무수히 많이 있음이 확인되었습니다.

이 얼음 결정은 서로 거의 상호 작용하지 않으므로 더 복잡하고 안정적인 구조를 형성하지 않으며 서로에 대해 쉽게 얼굴을 미끄러지므로 유동성을 생성합니다. 이런 의미에서 물은 어떤 식으로든 결정화할 수 없는 과냉각 용액과 유사합니다.

왕립 사진 협회(Royal Photographic Society)에서 "올해의 사진가"라는 타이틀을 차지한 결선 진출자의 사진을 평가해 보십시오. 수상작은 10월 7일 발표되며, 우수 작품 전시는 10월 7일부터 1월 5일까지 런던 과학 박물관에서 열린다.

에디션 오후

Kim Cox의 비누방울 구조

비눗방울은 내부 공간을 최적화하고 주어진 공기량에 대해 표면적을 최소화합니다. 이것은 그것들을 많은 분야, 특히 재료 과학 분야에서 유용한 연구 대상으로 만듭니다. 기포의 벽은 중력의 영향으로 아래로 흐르는 것처럼 보입니다. 기포의 상단은 얇고 하단은 두껍습니다.

Yasmine Crawford의 "산소 분자에 표시"

이 이미지는 근육통성 뇌척수염에 초점을 맞춘 Falmouth University에서 사진 석사 학위를 위한 저자의 마지막 주요 프로젝트의 일부입니다. Crawford는 우리를 모호하고 알려지지 않은 것과 연결하는 이미지를 만든다고 말합니다.

"영원의 고요함", 저자 Evgeny Samuchenko

이 사진은 고사이쿤다 호수의 히말라야 해발 4400m에서 촬영되었습니다. 은하수는 우리 태양계를 포함하는 은하입니다. 밤하늘의 희미한 빛줄기입니다.

데이비드 스피어스의 "혼돈된 밀가루 딱정벌레"

이 작은 해충 딱정벌레는 곡류와 밀가루 제품에 만연합니다. 주사 전자 현미경 사진으로 이미지를 촬영한 다음 Photoshop에서 색상을 지정했습니다.

데이브 왓슨의 북아메리카 성운

북미 성운 NGC7000은 백조자리에 있는 방출 성운입니다. 성운의 모양은 북미의 모양과 비슷합니다. 멕시코만도 볼 수 있습니다.

빅터 시코라의 사슴벌레

사진가는 광학 현미경을 5배 확대하여 사용했습니다.

Marge Bradshaw의 Lovell 망원경

"나는 학교 현장 학습에서 본 이후로 Jodrell Bank의 Lovell 망원경에 매료되었습니다."라고 Bradshaw는 말합니다. 그녀는 그의 옷을 보여주기 위해 좀 더 자세한 사진을 찍고 싶었습니다.

Mary Ann Chilton의 "해파리 거꾸로"

수영하는 대신에 이 종은 물 속에서 맥동하며 시간을 보냅니다. 해파리의 색깔은 조류를 먹은 결과입니다.

과학자들은 세계 최초로 분자 결합을 재배열하는 과정에서 단일 원자의 분해능으로 분자의 시각적 이미지를 얻었습니다. 결과 이미지는 놀랍게도 화학 교과서의 그림과 유사하다는 것이 밝혀졌습니다.

지금까지 과학자들은 분자 구조에 대한 가설적인 결론만 도출할 수 있었습니다. 그러나 새로운 기술의 도움으로 이 분자에 있는 26개의 탄소 원자와 14개의 수소 원자를 연결하는 개별 원자 결합(각각 길이가 수천만 분의 1밀리미터)이 명확하게 표시됩니다. 이 연구 결과는 사이언스 저널에 5월 30일 게재되었습니다.

실험 팀은 처음에 탄소 원자가 반복되는 육각형 패턴으로 배열된 단층 원자 물질인 그래핀에서 나노구조를 정밀하게 조립하는 것을 목표로 했습니다. 탄소 벌집을 만들려면 선형 사슬에서 육각형 네트워크로 원자를 재배열해야 합니다. 이러한 반응은 여러 다른 분자를 생성할 수 있습니다. 버클리 화학자 Felix Fischer와 그의 동료들은 분자가 모든 일을 제대로 하고 있는지 확인하기 위해 분자를 시각화하기를 원했습니다.

사진의 탄소 함유 분자는 가장 일반적인 두 가지 반응 생성물을 포함하여 재배열 전후에 표시됩니다. 이미지 스케일 - 3 옹스트롬 또는 300억분의 1미터

그래핀 레시피를 문서화하기 위해 Fisher는 매우 강력한 광학 기기가 필요했고 버클리 대학의 실험실에 있는 원자 현미경을 사용했습니다. 비접촉식 원자 현미경은 매우 민감한 스타일러스를 사용하여 분자에서 생성된 전기력을 읽습니다. 바늘의 끝이 분자 표면을 따라 움직일 때 다양한 전하에 의해 편향되어 원자가 어떻게 배열되고 원자 사이의 결합에 대한 이미지를 생성합니다.

그것의 도움으로 연구팀은 탄소 원자뿐만 아니라 그들 사이의 전자에 의해 생성된 결합도 시각화할 수 있었습니다. 그들은 고리 모양의 분자를 은색 표면에 놓고 가열하여 모양을 변경했습니다. 후속 냉각을 통해 반응 생성물을 고칠 수 있었는데, 그 중에는 과학자들이 예상한 세 가지 예상치 못한 구성 요소와 한 분자가 있었습니다.