Cząsteczka na zdjęciu. Po raz pierwszy na świecie uzyskano fotografię wiązania molekularnego

Do tej pory naukowcy mogli jedynie spekulować na temat istnienia struktur molekularnych. Dziś za pomocą mikroskopii sił atomowych można dość wyraźnie zobaczyć poszczególne wiązania atomowe (każde o długości kilkudziesięciu milionowych milimetra) łączące cząsteczkę (26 atomów węgla i 14 atomów wodoru).

Początkowo zespół chciał pracować ze strukturami wykonanymi z grafenu – jednowarstwowego materiału, w którym atomy węgla są ułożone w sześciokąty. Tworząc węglowy plaster miodu, atomy przestawiają się z liniowego łańcucha w sześciokąty; w tej reakcji może powstać kilka różnych cząsteczek.

Felix Fischer, chemik z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley i jego współpracownicy chcieli wizualizować cząsteczki, aby upewnić się, że wszystko działa prawidłowo.

Pierścieniowa cząsteczka zawierająca węgiel pokazana przed i po reorganizacji, z dwoma najczęstszymi produktami reakcji zachodzącymi w temperaturach powyżej 90 stopni Celsjusza. Rozmiar: 3 angstreme lub średnica od trzech do dziesięciu miliardowych metra.

Aby udokumentować recepturę grafenu, Fischer potrzebował potężnego urządzenia do obrazowania, więc zwrócił się do mikroskopu sił atomowych należącego do Michaela Crommiego z laboratorium Uniwersytetu Kalifornijskiego.

Bezkontaktowa mikroskopia sił atomowych (NC-AFM) wykorzystuje bardzo cienki i czuły czujnik do wykrywania siły elektrycznej generowanej przez cząsteczki. Końcówka porusza się blisko powierzchni cząsteczki, odchylana przez różne ładunki, tworząc obraz ruchu atomów.

Jednoatomowa końcówka bezkontaktowego mikroskopu sił atomowych „sonduje” powierzchnię ostrą igłą. Igła porusza się po powierzchni badanego obiektu, tak jak igła fonografu porusza się po rowkach płyty. Oprócz atomów możliwe jest także „sondowanie” wiązań atomowych

W ten sposób zespół był w stanie nie tylko zwizualizować atomy węgla, ale także wiązania między nimi utworzone przez wspólne elektrony. Umieścili pierścieniowe struktury węglowe na srebrnej płytce i podgrzali ją, aby zreorganizować cząsteczkę. Ochłodzone produkty reakcji zawierały trzy nieoczekiwane produkty i tylko jedną oczekiwaną przez naukowców cząsteczkę.

inne prezentacje z fizyki molekularnej

„Energia wiązania jądrowego” – Pierwiastki o liczbach masowych od 50 do 60 mają maksymalną energię wiązania (8,6 MeV/nukleon). – Defekt masy. Siły Coulomba mają tendencję do rozrywania jądra. Energia wiązania nukleonów na powierzchni jest mniejsza niż energii wiązania nukleonów wewnątrz jądra. Uchim.net. Energia wiązania jąder atomowych. Specyficzna energia wiązania. Równanie Einsteina pomiędzy masą i energią:

„Struktura jądra atomowego” – licznik Geigera Komora chmurowa. Rad (promieniujący). Wykorzystanie promieniowania radioaktywnego. Maria Skłodowska-Curie i Pierre Curie. Becquerel Antoine Henri – 1897 Fuzja termojądrowa to reakcja syntezy lekkich jąder. M - liczba masowa - masa jądrowa, liczba nukleonów, liczba neutrony M-Z. Polon. Jądrowa reakcja łańcuchowa.

„Zastosowanie efektu fotoelektrycznego” – stan instytucja edukacyjna Liceum Zawodowe Organizacji Pozarządowej nr 15. Historia odkrycia i badań efektu fotoelektrycznego. Ukończył: nauczyciel fizyki Marina Viktorovna Varlamova. Równanie Einsteina na efekt fotoelektryczny A. Einstein. Obserwacja efektu fotoelektrycznego. Stoletov A.G. Siła prądu nasycenia jest proporcjonalna do intensywności promieniowania padającego na katodę.

„Budowa jądra atomu” – A. 10 -12. Transformacja radioaktywna jąder atomowych. W związku z tym promieniowanie składa się ze strumieni cząstek dodatnich, ujemnych i neutralnych. 13 - 15. 1896 Henri Becquerel (Francuz) odkrył zjawisko promieniotwórczości. Oznaczono - , ma masę? 1 w nocy a ładunek jest równy ładunkowi elektronu. 5. Atom jest neutralny, ponieważ ładunek jądra jest równy całkowitemu ładunkowi elektronów.

„Skład jądra atomowego” - Liczba masowa. SIŁY JĄDROWE – siły przyciągające, które wiążą protony i neutrony w jądrze. Siły nuklearne. Widok ogólny oznaczenia rdzeni. Numer opłaty. Liczba ładunków jest równa ładunkowi jądra wyrażonemu w elementarnych ładunki elektryczne. Liczba ładunków jest równa liczbie porządkowej pierwiastek chemiczny. Wielokrotnie większe niż siły Coulomba.

„Synteza plazmowa” – Okres budowy wynosi 8-10 lat. Dziękuję za uwagę. Budowa i infrastruktura ITER. Stworzenie TOKAMAKA. Parametry projektowe ITER. Utworzenie ITER (ITER). 5. Przybliżony koszt 5 miliardów euro. Broń termojądrowa. Wkład Rosji w reaktor ITER. 2. Zaleta energii termojądrowej. Wymagania energetyczne.

Cząsteczka wody H2O składa się z jednego atomu tlenu połączonego wiązaniem kowalencyjnym z dwoma atomami wodoru.

Najważniejsze w cząsteczce wody aktor jest atomem tlenu.

Ponieważ atomy wodoru wyraźnie się odpychają, kąt pomiędzy wiązaniami chemicznymi (liniami łączącymi jądra atomów) wodór - tlen nie jest prosty (90°), ale nieco większy - 104,5°.

Wiązania chemiczne w cząsteczce wody są polarne, ponieważ tlen przyciąga ujemnie naładowane elektrony, a wodór przyciąga dodatnio naładowane elektrony. W rezultacie nadmierny ładunek ujemny gromadzi się w pobliżu atomu tlenu, a ładunek dodatni gromadzi się w pobliżu atomów wodoru.

Dlatego cała cząsteczka wody jest dipolem, czyli cząsteczką o dwóch przeciwnych biegunach. Struktura dipolowa cząsteczki wody w dużej mierze determinuje jej niezwykłe właściwości.

Cząsteczka wody jest diamagnetyczna.

Jeśli połączysz epicentra ładunków dodatnich i ujemnych liniami prostymi, otrzymasz objętość figura geometryczna- czworościan. Taka jest struktura samej cząsteczki wody.

Kiedy zmienia się stan cząsteczki wody, w czworościanie zmienia się długość boków i kąt między nimi.

Na przykład, jeśli cząsteczka wody jest w stanie pary, to kąt utworzony przez jej boki wynosi 104°27”. W stanie wodnym kąt wynosi 105°03”. W stanie lodowym kąt ten wynosi 109,5°.

Geometria i wymiary cząsteczki wody dla różnych stanów
a - dla stanu pary
b - dla najniższego poziomu wibracji
c - dla poziomu bliskiego tworzeniu się kryształka lodu, gdy geometria cząsteczki wody odpowiada geometrii dwóch egipskich trójkątów o proporcjach 3:4:5
g - dla stanu lodowego.

Jeśli podzielimy te kąty na pół, otrzymamy kąty:
104°27": 2 = 52°13",
105°03": 2 = 52°31",
106°16": 2 = 53°08",
109,5°: 2 = 54°32”.

Oznacza to, że wśród geometrycznych wzorów cząsteczek wody i lodu znajduje się słynny egipski trójkąt, którego konstrukcja opiera się na zależnościach złotej proporcji – długości boków są w stosunku 3:4:5 z kątem 53°08".

Cząsteczka wody nabywa po drodze strukturę złotego podziału, gdy woda zamienia się w lód i odwrotnie, gdy lód się topi. Oczywiście za ten stan ceniona jest woda roztopowa, gdy jej struktura w budownictwie ma proporcje złotego podziału.

Teraz staje się jasne, że słynny egipski trójkąt o proporcjach 3:4:5 został „wzięty” z jednego ze stanów cząsteczki wody. Sama geometria cząsteczki wody jest utworzona przez dwóch Egipcjan trójkąty prostokątne, mający wspólną nogę równą 3.

Cząsteczka wody oparta na złotym podziale jest fizyczną manifestacją Boskiej Natury, która uczestniczy w tworzeniu życia. Dlatego ziemska natura zawiera w sobie harmonię właściwą całemu kosmosowi.

Dlatego starożytni Egipcjanie deifikowali liczby 3, 4, 5 i uważali sam trójkąt za święty i próbowali włączyć jego właściwości, jego harmonię do każdej konstrukcji, domów, piramid, a nawet do oznaczania pól. Nawiasem mówiąc, ukraińskie chaty również budowano według złotego podziału.

W kosmosie cząsteczka wody zajmuje określoną objętość i jest pokryta skorupa elektroniczna w formie welonu. Jeśli wyobrazimy sobie hipotetyczny model cząsteczki w płaszczyźnie, wygląda on jak skrzydła motyla, jak chromosom w kształcie X, w którym zapisany jest program życiowy żywej istoty. I to jest fakt wskazujący, że sama woda jest wymagany element wszystkie żywe istoty.

Jeśli wyobrazisz sobie pojawienie się hipotetycznego modelu cząsteczki wody pod względem objętości, wówczas ma on kształt trójkątnej piramidy, która ma 4 ściany, a każda ściana ma 3 krawędzie. W geometrii trójkątna piramida nazywana jest czworościanem. Struktura ta jest charakterystyczna dla kryształów.

W ten sposób cząsteczka wody tworzy silną strukturę kątową, którą zachowuje nawet wtedy, gdy znajduje się w stanie pary, na granicy stania się lodem i gdy zamienia się w lód.

Jeśli „szkielet” cząsteczki wody jest tak stabilny, wówczas jej „piramida” energetyczna - czworościan - również jest niewzruszona.

Takie właściwości strukturalne cząsteczki wody w różne warunki można wytłumaczyć silnymi wiązaniami pomiędzy dwoma atomami wodoru i jednym atomem tlenu. Wiązanie to jest około 25 razy silniejsze niż wiązanie pomiędzy sąsiadującymi cząsteczkami wody. Dlatego łatwiej jest oddzielić jedną cząsteczkę wody od drugiej, na przykład poprzez ogrzewanie, niż zniszczyć samą cząsteczkę wody.

Dzięki oddziaływaniom orientacyjnym, indukcyjnym, dyspersyjnym (siły van der Waalsa) oraz wiązaniom wodorowym pomiędzy atomami wodoru i tlenu sąsiadujących cząsteczek, cząsteczki wody mogą tworzyć się jako przypadkowe towarzysze, tj. nie posiadające uporządkowanej struktury, a klastry to skojarzenia posiadające określoną strukturę.

Według statystyk w zwykłej wodzie występują przypadkowe skojarzenia – 60% (woda zdestrukturyzowana) i skupiska – 40% (woda strukturalna).

W wyniku badań rosyjskiego naukowca S.V. Zenina odkryto stabilne, długowieczne skupiska wody.

Zenin odkrył, że cząsteczki wody początkowo tworzą dwunastościan. Cztery dwunastościany łączą się, tworząc główny element strukturalny wody - klaster składający się z 57 cząsteczek wody.

W gromadzie dwunastościany mają wspólne ściany, a ich środki tworzą regularny czworościan. Jest to objętościowy związek cząsteczek wody, w tym heksamerów, który ma biegun dodatni i ujemny.

Mostki wodorowe umożliwiają łączenie się cząsteczek wody na różne sposoby. Z tego powodu w wodzie występuje nieskończona różnorodność klastrów.

Klastry mogą oddziaływać ze sobą za pomocą wolnych wiązań wodorowych, co prowadzi do powstawania struktur drugiego rzędu w postaci sześcianów. Składają się z 912 cząsteczek wody, które praktycznie nie mogą ze sobą oddziaływać. Żywotność takiej konstrukcji jest bardzo długa.

Strukturę tę, przypominającą mały ostry kryształ lodu o 6 rombowych ścianach, stworzył S.V. Zenin nazwał go „głównym elementem strukturalnym wody”. Liczne eksperymenty potwierdziły, że w wodzie znajdują się niezliczone ilości takich kryształów.

Te kryształki lodu prawie nie oddziałują ze sobą, dlatego nie tworzą bardziej złożonych stabilnych struktur i łatwo przesuwają się swoimi ścianami względem siebie, tworząc płynność. W tym sensie woda przypomina przechłodzony roztwór, który nie może krystalizować.

Zapraszamy do oceny zdjęć finalistów walczących o tytuł „Fotografa Roku” Królewskiego Towarzystwa Fotograficznego. Zwycięzca zostanie ogłoszony 7 października podczas wystawy najlepsze prace odbędzie się od 7 października do 5 stycznia w Science Museum w Londynie.

Redakcja PM

„Struktura bańki mydlanej” Kim Cox

Bańki mydlane optymalizują przestrzeń w nich i minimalizują ich powierzchnię dla danej objętości powietrza. Czyni to je użytecznym obiektem badań w wielu dziedzinach, szczególnie w materiałoznawstwie. Ściany bąbelków wydają się spływać pod wpływem grawitacji: są cienkie u góry i grube u dołu.

„Znakowanie cząsteczek tlenu” Yasmin Crawford

Zdjęcie jest częścią ostatniego dużego projektu autora w ramach jego magistra fotografii na Uniwersytecie w Falmouth, który skupiał się na badaniach nad mięśniowym zapaleniem mózgu i rdzenia. Crawford twierdzi, że tworzy obrazy, które łączą nas z tym, co niejednoznaczne i nieznane.

„Spokój wieczności”, autor Evgeniy Samuchenko

Zdjęcie zostało zrobione w Himalajach nad jeziorem Gosaikunda na wysokości 4400 metrów. Droga Mleczna to galaktyka, która obejmuje naszą. układ słoneczny: Niewyraźna smuga światła na nocnym niebie.

„Zagubiony robak mączny” Davida Spearsa

Ten mały szkodnik atakuje zboża i produkty mączne. Zdjęcie zostało wykonane przy użyciu skaningowej mikrofotografii elektronowej, a następnie pokolorowane w Photoshopie.

„Mgławica Ameryka Północna” Dave’a Watsona

Mgławica Ameryka Północna NGC7000 to mgławica emisyjna w gwiazdozbiorze Łabędzia. Kształt mgławicy przypomina kształt Ameryka Północna— widać nawet Zatokę Meksykańską.

„Jelonek” Wiktora Sikory

Fotograf użył mikroskopii świetlnej przy pięciokrotnym powiększeniu.

„Teleskop Lovella” Marge Bradshaw

„Byłem zafascynowany Teleskopem Lovella w Jodrell Bank, odkąd zobaczyłem go podczas szkolnej wycieczki” – mówi Bradshaw. Chciała zrobić bardziej szczegółowe zdjęcia, aby pokazać jego zużycie.

„Meduza do góry nogami” Mary Ann Chilton

Zamiast pływać, gatunek ten spędza czas pulsując w wodzie. Kolor meduz jest wynikiem jedzenia alg.

Po raz pierwszy na świecie naukowcom udało się uzyskać wizualny obraz cząsteczki w rozdzielczości pojedynczych atomów w procesie restrukturyzacji jej wiązań molekularnych. Powstały obraz okazał się zaskakująco podobny do obrazków z podręczników do chemii.

Do tej pory naukowcy mogli wyciągać jedynie spekulatywne wnioski na temat struktur molekularnych. Ale z pomocą nowa technologia Poszczególne wiązania atomowe – każde o długości kilku dziesięciomilionowych milimetra – łączące 26 atomów węgla i 14 atomów wodoru w tej cząsteczce stają się wyraźnie widoczne. Wyniki tego badania opublikowano 30 maja w czasopiśmie Science.

Zespół eksperymentalny początkowo miał na celu precyzyjne złożenie nanostruktur z grafenu – jednowarstwowego materiału atomowego, w którym atomy węgla są ułożone w powtarzający się sześciokątny wzór. Tworzenie węglowego plastra miodu wymaga przestawienia atomów z łańcucha liniowego w sieć sześciokątną; w tej reakcji może powstać kilka różnych cząsteczek. Chemik z Berkeley, Felix Fischer i jego współpracownicy chcieli wizualizować cząsteczki, aby upewnić się, że wszystko robią dobrze.

Cząsteczka zawierająca węgiel na zdjęciu jest pokazana przed i po zmianie układu tak, aby zawierał dwa najczęstsze produkty reakcji. Skala obrazu – 3 angstremy, czyli 3 dziesięciomiliardowe części metra

Aby udokumentować recepturę grafenu, Fischer potrzebował bardzo potężnego instrumentu optycznego i użył mikroskopu atomowego znajdującego się w laboratorium na Uniwersytecie w Berkeley. Bezkontaktowe mikroskopy atomowe wykorzystują niezwykle czułą końcówkę odczytującą siły elektryczne wytwarzany przez cząsteczki; Gdy czubek igły porusza się po powierzchni cząsteczki, jest odchylany przez różne ładunki, tworząc obraz ułożenia atomów i wiązań między nimi.

Z jego pomocą zespołowi badaczy udało się nie tylko zwizualizować atomy węgla, ale także wiązania utworzone pomiędzy nimi przez elektrony. Umieścili cząsteczkę w kształcie pierścienia na srebrnej powierzchni i podgrzali ją tak, że cząsteczka zmieniła swój kształt. Późniejsze chłodzenie pozwoliło utrwalić produkty reakcji, wśród których znalazły się trzy nieoczekiwane składniki i jedna cząsteczka, której oczekiwali naukowcy.