Molecule sa larawan. Unang snapshot ng molecular bond sa mundo
Hanggang ngayon, maaari lamang ipalagay ng mga siyentipiko ang pagkakaroon ng mga istrukturang molekular. Ngayon, sa tulong ng atomic force microscopy, ang mga indibidwal na atomic bond (bawat isa ay ilang sampu-sampung milyon ng isang milimetro ang haba) na nagkokonekta sa isang molekula (26 carbon atoms at 14 hydrogen atoms) ay makikita nang malinaw.
Sa una, nais ng koponan na magtrabaho sa mga istrukturang gawa sa graphene, isang solong layer na materyal kung saan ang mga carbon atom ay nakaayos sa mga heksagonal na pattern. Bumubuo ng mga pulot-pukyutan ng carbon, ang mga atomo ay muling inayos mula sa isang linear na kadena sa mga hexagons; ang reaksyong ito ay maaaring makabuo ng maraming iba't ibang mga molekula.
Nais ni Felix Fischer, isang chemist sa Unibersidad ng California sa Berkeley, at ng kanyang mga kasamahan na mailarawan ang mga molekula upang matiyak na nakuha nila ito ng tama.
Isang naka-ring, carbon-containing molecule, na ipinapakita bago at pagkatapos ng reorganization na may dalawang pinakakaraniwang produkto ng reaksyon sa temperaturang higit sa 90 degrees Celsius. Sukat: 3 angstrom o tatlo hanggang sampung bilyon ng isang metro ang lapad.
Upang maidokumento ang recipe ng graphene, kailangan ni Fisher ng isang malakas na imaging device at bumaling sa isang atomic force microscope na mayroon si Michael Crommie ng University of California lab.
Ang non-contact atomic force microscopy (NC-AFM) ay gumagamit ng napakanipis at sensitibong sensor upang maramdaman ang puwersang elektrikal na nabuo ng mga molekula. Ang tip ay gumagalaw malapit sa ibabaw ng molekula, na pinalihis ng iba't ibang mga singil, na lumilikha ng isang imahe kung paano gumagalaw ang mga atomo.
Ang single-atom na dulo ng isang non-contact atomic force microscope ay "nagsusuri" sa ibabaw gamit ang isang matalim na karayom. Gumagalaw ang karayom sa ibabaw ng bagay na pinag-aaralan, tulad ng pagdaan ng karayom sa ponograpo sa mga uka ng isang record. Bilang karagdagan sa mga atomo, posible na "masuri" ang mga atomic bond
Kaya't ang koponan ay pinamamahalaang hindi lamang upang mailarawan ang mga carbon atom, kundi pati na rin ang mga bono sa pagitan ng mga ito na nilikha ng mga nakabahaging electron. Inilagay nila ang mga istruktura ng singsing ng carbon sa isang plato na pilak at pinainit ito upang muling ayusin ang molekula. Ang mga produkto ng refrigerated reaction ay naglalaman ng tatlong hindi inaasahang produkto at isang molekula lamang na inaasahan ng mga siyentipiko.
iba pang mga presentasyon tungkol sa molecular physics
"Nuclear Binding Energy" - Ang mga elementong may mass number mula 50 hanggang 60 ay may pinakamataas na binding energy (8.6 MeV/nucleon) - Mass defect. Ang mga puwersa ng Coulomb ay may posibilidad na masira ang nucleus. Ang nagbubuklod na enerhiya ng mga nucleon sa ibabaw ay mas mababa kaysa sa mga nucleon sa loob ng nucleus. Uchim.net. Binding energy ng atomic nuclei. Tukoy na nagbubuklod na enerhiya. Ang equation ni Einstein sa pagitan ng masa at enerhiya:
"Ang istraktura ng atomic nucleus" - Geiger counter Cloud chamber. Radium (nagliliwanag). Ang paggamit ng radioactive radiation. Marie Sklodowska-Curie at Pierre Curie. Becquerel Antoine Henri - 1897 Ang Thermonuclear fusion ay ang fusion reaction ng light nuclei. M-mass number - ang masa ng nucleus, ang bilang ng mga nucleon, ang bilang ng mga neutron M-Z. Polonium. Chain nuclear reaction.
"Paglalapat ng photoelectric effect" - Institusyong pang-edukasyon ng estado NPO Professional Lyceum No. 15. Ang kasaysayan ng pagtuklas at pag-aaral ng photoelectric effect. Nakumpleto ni: guro ng physics Varlamova Marina Viktorovna. Einstein's equation para sa photoelectric effect A. Einstein. pagmamasid sa photoelectric effect. Stoletov A.G. Ang lakas ng kasalukuyang saturation ay proporsyonal sa intensity ng insidente ng radiation sa cathode.
"Ang istraktura ng nucleus ng atom" - A. 10 -12. Radioactive na pagbabago ng atomic nuclei. Dahil dito, ang radiation ay binubuo ng mga daloy ng mga positibong particle, negatibo at neutral. 13 - 15. 1896 Natuklasan ni Henri Becquerel (French) ang phenomenon ng radioactivity. Denoted - , may misa? 1a.u.m. at ang singil ay katumbas ng singil ng elektron. 5. Ang atom ay neutral, dahil ang singil ng nucleus ay katumbas ng kabuuang singil ng mga electron.
"Ang komposisyon ng atomic nucleus" - Mass number. NUCLEAR FORCES - mga kaakit-akit na pwersa na nagbubuklod sa mga proton at neutron sa nucleus. Mga puwersang nuklear. Pangkalahatang pagtingin sa pangunahing pagtatalaga. Numero ng pagsingil. Ang numero ng singil ay katumbas ng singil ng nucleus, na ipinahayag sa elementarya na mga singil sa kuryente. Ang numero ng pagsingil ay katumbas ng ordinal na numero ng elemento ng kemikal. Maraming beses na mas malaki kaysa sa pwersa ng Coulomb.
"Plasma Synthesis" - Ang panahon ng konstruksiyon ay 8-10 taon. Salamat sa iyong atensyon. Konstruksyon at imprastraktura ng ITER. Paglikha ng TOKAMAK. Mga parameter ng disenyo ng ITER. Paglikha ng ITER (ITER). 5. Tinatayang gastos 5 bilyong euro. Mga sandatang thermonuclear. Ang kontribusyon ng Russia sa ITER reactor. 2. Ang bentahe ng thermonuclear energy. Mga kinakailangan sa enerhiya.
Ang molekula ng tubig ng H2O ay binubuo ng isang atom ng oxygen na covalently na nakagapos sa dalawang atomo ng hydrogen.Sa molekula ng tubig, ang pangunahing karakter ay ang oxygen atom.
Dahil ang mga atomo ng hydrogen ay kapansin-pansing nagtataboy sa isa't isa, ang anggulo sa pagitan ng mga bono ng kemikal (mga linya na nagkokonekta sa nuclei ng mga atomo) hydrogen - oxygen ay hindi tuwid (90 °), ngunit kaunti pa - 104.5 °.
Ang mga bono ng kemikal sa molekula ng tubig ay polar, dahil hinihila ng oxygen ang mga electron na may negatibong sisingilin patungo sa sarili nito, at hinihila ng hydrogen ang mga electron na may positibong sisingilin. Bilang resulta, ang labis na negatibong singil ay naipon malapit sa atomo ng oxygen, at isang positibong singil malapit sa mga atomo ng hydrogen.
Samakatuwid, ang buong molekula ng tubig ay isang dipole, iyon ay, isang molekula na may dalawang magkasalungat na pole. Ang istraktura ng dipole ng molekula ng tubig ay higit na tinutukoy ang mga hindi pangkaraniwang katangian nito.
Ang molekula ng tubig ay isang diamagnet.
Kung ikinonekta mo ang mga epicenter ng positibo at negatibong mga singil sa mga tuwid na linya, makakakuha ka ng isang three-dimensional na geometric figure - isang tetrahedron. Ito ang istraktura ng molekula ng tubig mismo.
Kapag ang estado ng molekula ng tubig ay nagbabago, ang haba ng mga gilid at ang anggulo sa pagitan ng mga ito ay nagbabago sa tetrahedron.
Halimbawa, kung ang isang molekula ng tubig ay nasa estado ng singaw, kung gayon ang anggulo na nabuo sa mga gilid nito ay 104°27". Sa estado ng tubig, ang anggulo ay 105°03". At sa estado ng yelo, ang anggulo ay 109.5°.
Geometry at mga sukat ng molekula ng tubig para sa iba't ibang estado
a - para sa estado ng singaw
b - para sa pinakamababang antas ng vibrational
c - para sa isang antas na malapit sa pagbuo ng isang kristal na yelo, kapag ang geometry ng molekula ng tubig ay tumutugma sa geometry ng dalawang Egyptian triangle na may aspect ratio na 3: 4: 5
d - para sa estado ng yelo.
Kung hatiin natin ang mga anggulong ito sa kalahati, makukuha natin ang mga anggulo:
104°27": 2 = 52°13",
105°03": 2 = 52°31",
106°16": 2 = 53°08",
109.5°: 2 = 54°32".
Nangangahulugan ito na kabilang sa mga geometric na pattern ng molekula ng tubig at yelo mayroong sikat na tatsulok ng Egypt, ang pagtatayo nito ay batay sa ginintuang ratio - ang mga haba ng mga gilid ay nauugnay bilang 3:4:5 na may anggulo na 53 ° 08".
Ang molekula ng tubig ay nakakakuha ng istraktura ng ginintuang ratio sa daan, kapag ang tubig ay nagiging yelo, at kabaliktaran, kapag ang yelo ay natutunaw. Malinaw, ang matunaw na tubig ay pinahahalagahan para sa estadong ito kapag ang istraktura nito sa pagtatayo ay may mga proporsyon ng ginintuang seksyon.
Ngayon ay nagiging malinaw na ang sikat na Egyptian triangle na may aspect ratio na 3:4:5 ay "kinuha" mula sa isa sa mga estado ng molekula ng tubig. Ang parehong geometry ng molekula ng tubig ay nabuo ng dalawang Egyptian right triangle na may isang karaniwang binti na katumbas ng 3.
Ang molekula ng tubig, na batay sa ratio ng gintong ratio, ay isang pisikal na pagpapakita ng Banal na Kalikasan, na kasangkot sa paglikha ng buhay. Kaya naman ang makalupang kalikasan ay naglalaman ng pagkakaisa na likas sa buong kosmos.
Kaya't ang mga sinaunang Egyptian ay nagpakadiyos ng mga numero 3, 4, 5, at ang tatsulok mismo ay itinuturing na sagrado at sinubukang ilagay ang mga pag-aari nito, ang pagkakatugma nito sa anumang istraktura, bahay, pyramids, at maging sa pagmamarka ng mga patlang. Sa pamamagitan ng paraan, ang mga kubo ng Ukrainian ay itinayo din gamit ang gintong ratio.
Sa espasyo, ang isang molekula ng tubig ay sumasakop sa isang tiyak na dami, at natatakpan ng isang shell ng elektron sa anyo ng isang belo. Kung iniisip natin ang pananaw ng isang hypothetical na modelo ng isang molekula sa isang eroplano, kung gayon ito ay parang mga pakpak ng isang butterfly, tulad ng isang hugis-X na chromosome, kung saan ang programa ng buhay ng isang buhay na nilalang ay naitala. At ito ay isang nagpapahiwatig na katotohanan na ang tubig mismo ay isang kailangang-kailangan na elemento ng lahat ng nabubuhay na bagay.
Kung iniisip natin ang hypothetical na modelo ng isang molekula ng tubig sa dami, kung gayon ito ay nagbibigay ng hugis ng isang tatsulok na pyramid, na may 4 na mukha, at ang bawat mukha ay may 3 mga gilid. Sa geometry, ang isang triangular na pyramid ay tinatawag na tetrahedron. Ang ganitong istraktura ay katangian ng mga kristal.
Kaya, ang molekula ng tubig ay bumubuo ng isang malakas na istraktura ng sulok, na pinananatili nito kahit na ito ay nasa isang estado ng singaw, sa gilid ng paglipat sa yelo, at kapag ito ay nagiging yelo.
Kung ang "balangkas" ng molekula ng tubig ay napakatatag, kung gayon ang enerhiya nito ay "pyramid" - ang tetrahedron ay nakatayo din na hindi natitinag.
Ang ganitong mga katangian ng istruktura ng molekula ng tubig sa ilalim ng iba't ibang mga kondisyon ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng malakas na mga bono sa pagitan ng dalawang atomo ng hydrogen at isang atom ng oxygen. Ang bono na ito ay humigit-kumulang 25 beses na mas malakas kaysa sa bono sa pagitan ng mga kalapit na molekula ng tubig. Samakatuwid, mas madaling paghiwalayin ang isang molekula ng tubig mula sa isa pa, halimbawa, kapag pinainit, kaysa sirain ang molekula ng tubig mismo.
Dahil sa orientational, induction, dispersion interactions (van der Waals forces) at hydrogen bonds sa pagitan ng hydrogen at oxygen atoms ng mga kalapit na molekula, ang mga molekula ng tubig ay nagagawang mabuo bilang random associates, i.e. walang ayos na istraktura, at ang mga kumpol ay mga kaugnay na mayroong isang tiyak na istraktura.
Ayon sa istatistika, sa ordinaryong tubig ay may mga random na kasama - 60% (destructured water) at mga kumpol - 40% (structured water).
Bilang resulta ng pagsasaliksik na isinagawa ng Russian scientist na si S. V. Zenin, natuklasan ang matatag na mahabang buhay na mga kumpol ng tubig.
Natagpuan ni Zenin na ang mga molekula ng tubig sa una ay bumubuo ng isang dodecahedron. Apat na dodecahedron na nagsasama-sama ang bumubuo sa pangunahing elemento ng istruktura ng tubig - isang kumpol na binubuo ng 57 mga molekula ng tubig.
Sa isang kumpol, ang mga dodecahedron ay may mga karaniwang mukha, at ang kanilang mga sentro ay bumubuo ng isang regular na tetrahedron. Ito ay isang bulk compound ng mga molekula ng tubig, kabilang ang mga hexamer, na may positibo at negatibong mga pole.
Ang mga tulay ng hydrogen ay nagpapahintulot sa mga molekula ng tubig na magsama-sama sa iba't ibang paraan. Dahil dito, ang isang walang katapusang pagkakaiba-iba ng mga kumpol ay sinusunod sa tubig.
Ang mga kumpol ay maaaring makipag-ugnayan sa isa't isa dahil sa mga libreng hydrogen bond, na humahantong sa paglitaw ng mga istrukturang pangalawang-order sa anyo ng mga hexagon. Binubuo ang mga ito ng 912 molekula ng tubig, na halos walang kakayahang makipag-ugnayan. Ang buhay ng naturang istraktura ay napakatagal.
Ang istrakturang ito, katulad ng isang maliit na matutulis na kristal ng yelo na may 6 na rhombic na mukha, S.V. Tinawag ito ni Zenin na "pangunahing elemento ng istruktura ng tubig." Maraming mga eksperimento ang nagpapatunay na mayroong libu-libong mga kristal sa tubig.
Ang mga kristal na yelo na ito ay halos hindi nakikipag-ugnayan sa isa't isa, samakatuwid hindi sila bumubuo ng mas kumplikadong matatag na mga istraktura at madaling i-slide ang kanilang mga mukha na may kaugnayan sa bawat isa, na lumilikha ng pagkalikido. Sa ganitong kahulugan, ang tubig ay kahawig ng isang supercooled na solusyon na hindi maaaring mag-kristal sa anumang paraan.
Inaanyayahan ka naming suriin ang mga larawan ng mga finalist na inaangkin ang pamagat ng "Photographer of the Year" ng Royal Photographic Society. Ang nagwagi ay iaanunsyo sa Oktubre 7, at ang eksibisyon ng pinakamahusay na mga gawa ay gaganapin mula Oktubre 7 hanggang Enero 5 sa Science Museum sa London.
Edition PM
Soap Bubble Structure ni Kim Cox
Ang mga bula ng sabon ay nag-o-optimize ng espasyo sa loob ng kanilang mga sarili at pinaliit ang kanilang lugar sa ibabaw para sa isang partikular na dami ng hangin. Ginagawa silang isang kapaki-pakinabang na bagay ng pag-aaral sa maraming lugar, lalo na, sa larangan ng agham ng mga materyales. Ang mga dingding ng mga bula ay tila dumadaloy pababa sa ilalim ng pagkilos ng grabidad: sila ay manipis sa itaas at makapal sa ibaba.
"Pagmarka sa Oxygen Molecules" ni Yasmine Crawford
Ang larawan ay bahagi ng huling pangunahing proyekto ng may-akda para sa master's degree sa photography sa Falmouth University, kung saan ang focus ay sa myalgic encephalomyelitis. Sinabi ni Crawford na lumilikha siya ng mga larawan na nag-uugnay sa amin sa hindi maliwanag at hindi alam.
"Kalmado ng kawalang-hanggan", may-akda Evgeny Samuchenko
Ang larawan ay kinuha sa Himalayas sa Lake Gosaikunda sa taas na 4400 metro. Ang Milky Way ay isang kalawakan na kinabibilangan ng ating solar system: isang malabong guhit ng liwanag sa kalangitan sa gabi.
"Confused Flour Beetle" ni David Spears
Ang maliit na pest beetle na ito ay pumapasok sa mga cereal at mga produktong harina. Ang larawan ay kinuha gamit ang isang Scanning Electron Micrograph at pagkatapos ay kinulayan sa Photoshop.
Ang North America Nebula ni Dave Watson
Ang North America Nebula NGC7000 ay isang emission nebula sa konstelasyon na Cygnus. Ang hugis ng nebula ay kahawig ng hugis ng North America - makikita mo pa ang Gulpo ng Mexico.
Stag Beetle ni Victor Sikora
Gumamit ang photographer ng light microscopy na may magnification na limang beses.
Lovell Telescope ni Marge Bradshaw
"Ako ay nabighani sa Lovell Telescope sa Jodrell Bank mula nang makita ko ito sa isang field trip sa paaralan," sabi ni Bradshaw. Nais niyang kumuha ng ilang mas detalyadong mga larawan upang ipakita ang kanyang suot.
"Jellyfish Upside Down" ni Mary Ann Chilton
Sa halip na lumangoy, ginugugol ng species na ito ang kanyang oras sa pagpintig sa tubig. Ang kulay ng dikya ay resulta ng pagkain ng algae.
Sa unang pagkakataon sa mundo, nakuha ng mga siyentipiko ang isang visual na imahe ng isang molekula sa paglutas ng mga solong atomo sa proseso ng muling pagsasaayos ng mga molecular bond nito. Ang resultang imahe ay naging nakakagulat na katulad ng mga larawan mula sa mga aklat-aralin sa kimika.
Hanggang ngayon, ang mga siyentipiko ay maaari lamang gumuhit ng mga hypothetical na konklusyon tungkol sa mga istrukturang molekular. Ngunit sa tulong ng bagong teknolohiya, ang mga indibidwal na atomic bond - bawat isa ay ilang sampung-milyong bahagi ng isang milimetro ang haba - na nagkokonekta sa 26 na carbon atom at 14 na hydrogen atoms sa molekula na ito ay nagiging malinaw na nakikita. Ang mga resulta ng pag-aaral na ito ay inilathala noong Mayo 30 sa journal Science.
Ang pangkat ng mga eksperimento sa una ay naglalayon na tumpak na mag-ipon ng mga nanostructure mula sa graphene, isang solong-layer na atomic na materyal kung saan ang mga carbon atom ay nakaayos sa isang paulit-ulit na hexagonal pattern. Ang paglikha ng isang carbon honeycomb ay nangangailangan ng muling pagsasaayos ng mga atom mula sa isang linear na chain patungo sa isang hexagonal network; ang gayong reaksyon ay maaaring lumikha ng maraming iba't ibang molekula. Nais ng Berkeley chemist na si Felix Fischer at ng kanyang mga kasamahan na mailarawan ang mga molekula upang matiyak na ginagawa nila ang lahat ng tama.
Ang carbon-containing molecule sa larawan ay ipinapakita bago at pagkatapos ng muling pagsasaayos nito, kasama ang dalawa sa mga pinakakaraniwang produkto ng reaksyon. Iskala ng imahe - 3 angstrom, o 3 ten-billionths ng isang metro
Upang idokumento ang recipe ng graphene, kailangan ni Fisher ng napakalakas na optical instrument, at gumamit siya ng atomic microscope na matatagpuan sa isang laboratoryo sa University of Berkeley. Ang mga non-contact atomic microscope ay gumagamit ng napakasensitibong stylus upang basahin ang mga puwersang elektrikal na ginawa ng mga molekula; habang ang dulo ng karayom ay gumagalaw sa ibabaw ng molekula, ito ay pinalihis ng iba't ibang mga singil, na lumilikha ng isang imahe kung paano nakaayos ang mga atomo at ang mga bono sa pagitan nila.
Sa tulong nito, hindi lamang nailarawan ng pangkat ng mga mananaliksik ang mga carbon atom, kundi pati na rin ang mga bono na nilikha ng mga electron sa pagitan nila. Naglagay sila ng hugis-singsing na molekula sa ibabaw ng pilak at pinainit ito upang mabago ang hugis nito. Ang kasunod na paglamig ay nagawang ayusin ang mga produkto ng reaksyon, kasama ang tatlong hindi inaasahang bahagi at isang molekula na inaasahan ng mga siyentipiko.