Moleculă din fotografie. Pentru prima dată în lume, a fost obținută o fotografie a unei legături moleculare

Până acum, oamenii de știință nu puteau decât să speculeze existența structurilor moleculare. Astăzi, cu ajutorul microscopiei cu forță atomică, legăturile atomice individuale (fiecare de câteva zeci de milionatimi de milimetru lungime) care leagă molecula (26 de atomi de carbon și 14 atomi de hidrogen) pot fi văzute destul de clar.

Inițial, echipa a vrut să lucreze cu structuri realizate din grafen, un material cu un singur strat în care atomii de carbon sunt aranjați în hexagoane. Prin formarea unui fagure de carbon, atomii sunt rearanjați dintr-un lanț liniar în hexagoane; această reacție poate produce mai multe molecule diferite.

Felix Fischer, chimist la Universitatea din California, Berkeley, și colegii săi au vrut să vizualizeze moleculele pentru a se asigura că au făcut totul corect.

O moleculă inelată, care conține carbon, prezentată înainte și după reorganizare, cei mai obișnuiți doi produși ai reacției care au loc la temperaturi de peste 90 de grade Celsius. Dimensiune: 3 angstroms sau trei până la zece miliarde de metru diametru.

Pentru a documenta rețeta de grafen, Fischer avea nevoie de un dispozitiv de imagistică puternic, așa că a apelat la un microscop cu forță atomică deținut de Michael Crommie la laboratorul Universității din California.

Microscopia cu forță atomică fără contact (NC-AFM) folosește un senzor foarte subțire și sensibil pentru a detecta forța electrică generată de molecule. Vârful se mișcă aproape de suprafața moleculei, fiind deviat de diferite sarcini, creând o imagine a modului în care se mișcă atomii.

Vârful monoatomic al unui microscop cu forță atomică fără contact „sondează” suprafața cu un ac ascuțit. Acul se deplasează de-a lungul suprafeței obiectului studiat în același mod în care un acul de fonograf se mișcă de-a lungul canelurilor unei discuri. Pe lângă atomi, este, de asemenea, posibil să „sondezi” legăturile atomice

În acest fel, echipa a reușit să vizualizeze nu numai atomii de carbon, ci și legăturile dintre ei create de electronii împărtășiți. Ei au plasat structuri de carbon inelat pe o placă de argint și au încălzit-o pentru a reorganiza molecula. Produșii de reacție răciți au conținut trei produse neașteptate și doar o moleculă așteptată de oamenii de știință.

alte prezentări despre fizica moleculară

„Energia de legare nucleară” - Elementele cu numere de masă de la 50 la 60 au energia de legare maximă (8,6 MeV/nucleon) - Defect de masă. Forțele Coulomb au tendința de a rupe nucleul. Energia de legare a nucleonilor de la suprafață este mai mică decât cea a nucleonilor din interiorul nucleului. Uchim.net. Energia de legare a nucleelor ​​atomice. Energie specifică de legare. Ecuația lui Einstein între masă și energie:

„Structura nucleului atomic” - Contor Geiger Camera de nori. Radiu (radiant). Utilizarea radiațiilor radioactive. Marie Skłodowska-Curie și Pierre Curie. Becquerel Antoine Henri - 1897 Fuziunea termonucleară este reacția de fuziune a nucleelor ​​ușoare. M - numărul de masă - masa nucleului, numărul de nucleoni, numărul de neutroni M-Z. Poloniu. Reacția nucleară în lanț.

„Aplicarea fotoefectului” - Instituția de învățământ de stat NPO Liceul Profesional Nr. 15. Istoria descoperirii și cercetării efectului fotoelectric. Completat de: profesor de fizică Marina Viktorovna Varlamova. Ecuația lui Einstein pentru efectul fotoelectric A. Einstein. Observarea efectului fotoelectric. Stoletov A.G. Puterea curentului de saturație este proporțională cu intensitatea radiației incidente pe catod.

„Structura nucleului unui atom” - A. 10 -12. Transformarea radioactivă a nucleelor ​​atomice. În consecință, radiația constă din fluxuri de particule pozitive, negative și neutre. 13 - 15. 1896 Henri Becquerel (francez) a descoperit fenomenul de radioactivitate. Notat - , are masa? 1a.u.m. iar sarcina este egală cu sarcina electronului. 5. Atomul este neutru deoarece sarcina nucleului este egală cu sarcina totală a electronilor.

„Compoziția nucleului atomic” - Numărul de masă. FORȚE NUCLARE – forțe atractive care leagă protonii și neutronii în nucleu. Forțele nucleare. Vedere generală a desemnării de bază. Numărul de taxare. Numărul de sarcină este egal cu sarcina nucleului, exprimat în sarcini electrice elementare. Numărul de sarcină este egal cu numărul atomic al elementului chimic. De multe ori mai mare decât forțele Coulomb.

„Sinteza plasmatică” - Perioada de construcție este de 8-10 ani. Vă mulțumim pentru atenție. Construcția și infrastructura ITER. Crearea TOKAMAK. Parametrii de proiectare ITER. Crearea ITER (ITER). 5. Cost aproximativ de 5 miliarde de euro. Arme termonucleare. Contribuția Rusiei la reactorul ITER. 2. Avantajul energiei termonucleare. Cerințe energetice.

Molecula de apă H2O constă dintr-un atom de oxigen legat printr-o legătură covalentă la doi atomi de hidrogen.

În molecula de apă, personajul principal este atomul de oxigen.

Deoarece atomii de hidrogen se resping reciproc, unghiul dintre legăturile chimice (liniile care leagă nucleele atomilor) hidrogen - oxigen nu este drept (90 °), ci puțin mai mare - 104,5 °.

Legăturile chimice dintr-o moleculă de apă sunt polare, deoarece oxigenul atrage electronii încărcați negativ, iar hidrogenul atrage electronii încărcați pozitiv. Ca rezultat, o sarcină negativă în exces se acumulează lângă atomul de oxigen, iar o sarcină pozitivă se acumulează lângă atomii de hidrogen.

Prin urmare, întreaga moleculă de apă este un dipol, adică o moleculă cu doi poli opuși. Structura dipolului moleculei de apă determină în mare măsură proprietățile sale neobișnuite.

O moleculă de apă este diamagnetică.

Dacă conectați epicentrii sarcinilor pozitive și negative cu linii drepte, obțineți o figură geometrică tridimensională - un tetraedru. Aceasta este structura moleculei de apă în sine.

Când starea moleculei de apă se schimbă, lungimea laturilor și unghiul dintre ele se modifică în tetraedru.

De exemplu, dacă o moleculă de apă este în stare de vapori, atunci unghiul format de laturile sale este de 104°27". În stare de apă, unghiul este de 105°03". Și în stare de gheață unghiul este de 109,5°.

Geometria și dimensiunile moleculei de apă pentru diferite stări
a - pentru starea de vapori
b - pentru cel mai scăzut nivel de vibrație
c - pentru un nivel apropiat de formarea unui cristal de gheață, când geometria moleculei de apă corespunde cu geometria a două triunghiuri egiptene cu un raport de aspect de 3: 4: 5
g - pentru starea de gheață.

Dacă împărțim aceste unghiuri la jumătate, obținem unghiurile:
104°27": 2 = 52°13",
105°03": 2 = 52°31",
106°16": 2 = 53°08",
109,5°: 2 = 54°32".

Aceasta înseamnă că printre modelele geometrice ale moleculelor de apă și gheață se află faimosul triunghi egiptean, a cărui construcție se bazează pe relațiile proporției de aur - lungimile laturilor sunt în raportul 3:4:5 cu un unghi. de 53°08".

O moleculă de apă capătă structura proporției de aur pe parcurs atunci când apa se transformă în gheață și invers când gheața se topește. Evident, apa de topire este apreciată pentru această condiție, când structura ei în construcție are proporțiile secțiunii de aur.

Acum devine clar că faimosul triunghi egiptean cu un raport de aspect de 3:4:5 a fost „luat” dintr-una dintre stările moleculei de apă. Însăși geometria moleculei de apă este formată din două triunghiuri dreptunghiulare egiptene, având un catet comun egal cu 3.

Molecula de apă, bazată pe raportul de aur, este o manifestare fizică a Naturii Divine, care participă la crearea vieții. De aceea natura pământească conține armonia care este inerentă întregului cosmos.

Și, prin urmare, egiptenii antici au zeificat numerele 3, 4, 5 și au considerat triunghiul însuși sacru și au încercat să-și încorporeze proprietățile, armonia în orice structură, case, piramide și chiar în marcarea câmpurilor. Apropo, colibe ucrainene au fost construite și folosind raportul de aur.

În spațiu, o moleculă de apă ocupă un anumit volum și este acoperită cu o înveliș de electroni sub formă de văl. Dacă îți imaginezi un model ipotetic al unei molecule într-un avion, arată ca aripile unui fluture, ca un cromozom în formă de X în care este scris programul de viață al unei creaturi vii. Și acesta este un fapt indicativ că apa însăși este un element esențial al tuturor viețuitoarelor.

Dacă vă imaginați aspectul unui model ipotetic al unei molecule de apă în volum, atunci acesta transmite forma unei piramide triunghiulare, care are 4 fețe, iar fiecare față are 3 margini. În geometrie, o piramidă triunghiulară se numește tetraedru. Această structură este caracteristică cristalelor.

Astfel, molecula de apă formează o structură unghiulară puternică, pe care o reține chiar și atunci când se află în stare de vapori, pe punctul de a deveni gheață, și când se transformă în gheață.

Dacă „scheletul” unei molecule de apă este atât de stabil, atunci „piramida” sa de energie - tetraedrul - rămâne, de asemenea, de neclintit.

Astfel de proprietăți structurale ale moleculei de apă în diferite condiții sunt explicate prin legături puternice între doi atomi de hidrogen și un atom de oxigen. Această legătură este de aproximativ 25 de ori mai puternică decât legătura dintre moleculele de apă învecinate. Prin urmare, este mai ușor să separați o moleculă de apă de alta, de exemplu, prin încălzire, decât să distrugeți molecula de apă în sine.

Datorită interacțiunilor orientative, inductive, de dispersie (forțe Van der Waals) și legăturilor de hidrogen dintre atomii de hidrogen și oxigen ai moleculelor învecinate, moleculele de apă se pot forma ca asociați aleatori, de exemplu. neavând o structură ordonată, iar clusterele sunt asociați având o anumită structură.

Conform statisticilor, în apa obișnuită există asociați aleatori - 60% (apa destructurată) și clustere - 40% (apa structurată).

În urma cercetărilor efectuate de omul de știință rus S.V. Zenin, au fost descoperite grupuri de apă stabile, cu viață lungă.

Zenin a descoperit că moleculele de apă formează inițial un dodecaedru. Patru dodecaedre se combină pentru a forma principalul element structural al apei - un grup format din 57 de molecule de apă.

Într-un grup, dodecaedrele au fețe comune, iar centrele lor formează un tetraedru obișnuit. Acesta este un compus volumetric de molecule de apă, inclusiv hexameri, care are poli pozitivi și negativi.

Punțile de hidrogen permit moleculelor de apă să se unească într-o varietate de moduri. Datorită acestui fapt, există o varietate infinită de clustere în apă.

Clusterele pot interacționa între ele datorită legăturilor de hidrogen libere, ceea ce duce la apariția unor structuri de ordinul doi sub formă de hexaedre. Ele constau din 912 molecule de apă, care sunt practic incapabile de interacțiune. Durata de viață a unei astfel de structuri este foarte lungă.

Această structură, asemănătoare unui mic cristal de gheață ascuțit de 6 fețe rombice, a fost creată de S.V. Zenin l-a numit „elementul structural principal al apei”. Numeroase experimente au confirmat că există miriade de astfel de cristale în apă.

Aceste cristale de gheață interacționează cu greu unele cu altele, prin urmare nu formează structuri mai complexe mai stabile și își alunecă cu ușurință fețele una față de alta, creând fluiditate. În acest sens, apa seamănă cu o soluție suprarăcită care nu se poate cristaliza.

Vă invităm să evaluați fotografiile finaliștilor care luptă pentru titlul „Fotograful Anului” al Societății Regale de Fotografie. Câștigătorul va fi anunțat pe 7 octombrie, iar în perioada 7 octombrie - 5 ianuarie va avea loc o expoziție cu cele mai bune lucrări la Muzeul Științei din Londra.

Editorial PM

„Structura unui balon de săpun” de Kim Cox

Baloanele de săpun optimizează spațiul din interiorul lor și minimizează suprafața lor pentru un anumit volum de aer. Acest lucru le face un obiect de cercetare util în multe domenii, în special în știința materialelor. Pereții bulelor par să curgă în jos sub influența gravitației: sunt subțiri în partea de sus și groși în partea de jos.

„Marcarea moleculelor de oxigen” de Yasmin Crawford

Imaginea face parte din proiectul major al autorului, ca parte a masterului său în fotografie la Universitatea Falmouth, care s-a concentrat pe cercetarea encefalomielitei mialgice. Crawford spune că creează imagini care ne conectează la ambiguu și necunoscut.

„Calmul eternității”, autorul Evgeniy Samuchenko

Poza a fost făcută în Himalaya, pe lacul Gosaikunda, la o altitudine de 4400 de metri. Calea Lactee este galaxia care include sistemul nostru solar: o dâră slabă de lumină pe cerul nopții.

„The Confused Flour Bug” de David Spears

Acest mic dăunător infestează cerealele și produsele din făină. Imaginea a fost capturată folosind microfotografie electronică cu scanare și apoi colorată în Photoshop.

„Nebuloasa Americii de Nord” de Dave Watson

Nebuloasa Americii de Nord NGC7000 este o nebuloasă cu emisie din constelația Cygnus. Forma nebuloasei seamănă cu cea din America de Nord - puteți vedea chiar și Golful Mexic.

„Gândacul de cerb” de Victor Sikora

Fotograful a folosit microscopia ușoară cu o mărire de cinci ori.

„Telescopul Lovell” de Marge Bradshaw

„Am fost fascinat de telescopul Lovell de la Jodrell Bank de când l-am văzut într-o excursie școlară”, spune Bradshaw. Ea a vrut să facă câteva fotografii mai detaliate pentru a-i arăta uzura.

„Meduze cu capul în jos” de Mary Ann Chilton

În loc să înoate, această specie își petrece timpul pulsand în apă. Culoarea meduzelor este rezultatul consumului de alge.

Pentru prima dată în lume, oamenii de știință au reușit să obțină o imagine vizuală a unei molecule la rezoluția unui singur atom în procesul de restructurare a legăturilor sale moleculare. Imaginea rezultată s-a dovedit a fi surprinzător de asemănătoare cu imaginile din manualele de chimie.

Până acum, oamenii de știință nu puteau face decât concluzii speculative despre structurile moleculare. Dar, odată cu noua tehnologie, legăturile atomice individuale - fiecare lungă de câteva zece milioane de milimetru - care leagă cei 26 de atomi de carbon și 14 atomi de hidrogen din această moleculă devin clar vizibile. Rezultatele acestui studiu au fost publicate pe 30 mai în revista Science.

Echipa experimentală și-a propus inițial să asambleze cu precizie nanostructuri din grafen, un material atomic cu un singur strat în care atomii de carbon sunt aranjați într-un model hexagonal care se repetă. Crearea unui fagure de carbon necesită rearanjarea atomilor dintr-un lanț liniar într-o rețea hexagonală; această reacție poate crea mai multe molecule diferite. Chimistul de la Berkeley Felix Fischer și colegii săi au vrut să vizualizeze moleculele pentru a se asigura că fac totul corect.

Molecula care conține carbon din fotografie este afișată înainte și după ce a fost rearanjată pentru a include cei mai obișnuiți doi produși de reacție. Scara imaginii – 3 angstromi sau 3 zece miliarde de metru

Pentru a documenta rețeta grafenului, Fischer avea nevoie de un instrument optic foarte puternic și a folosit un microscop atomic situat într-un laborator de la Universitatea din Berkeley. Microscoapele atomice fără contact folosesc un vârf extrem de sensibil pentru a citi forțele electrice produse de molecule; Pe măsură ce vârful acului se mișcă de-a lungul suprafeței moleculei, acesta este deviat de diferite sarcini, creând o imagine a modului în care sunt aranjați atomii și a legăturilor dintre ei.

Cu ajutorul ei, echipa de cercetători a reușit să vizualizeze nu numai atomii de carbon, ci și legăturile create de electroni între ei. Au plasat o moleculă în formă de inel pe o suprafață de argint și au încălzit-o astfel încât molecula să-și schimbe forma. Răcirea ulterioară a reușit să fixeze produsele de reacție, printre care se numărau trei componente neașteptate și o moleculă la care se așteptau oamenii de știință.