Молекули на фотографії. Вперше у світі отримано знімок молекулярного зв'язку

До цього часу вчені могли лише припускати наявність молекулярних структур. Сьогодні ж за допомогою атомно-силової мікроскопії окремі атомні зв'язки (кожна кілька десятків мільйонних часток міліметра завдовжки), що з'єднують молекулу (26 атомів вуглецю та 14 атомів водню), можна побачити досить чітко.

Спочатку команда хотіла працювати зі структурами з графену, одношарового матеріалу, в якому атоми вуглецю розташовані у вигляді шестикутників. Формуючи стільники вуглецю, атоми перебудовуються з лінійного ланцюга шестигранники; ця реакція може давати кілька різних молекул.

Фелікс Фішер, хімік Каліфорнійського університету в Берклі, і його колеги хотіли візуалізувати молекули, щоб переконатися, що все зробили правильно.

Кільчаста, вуглецевмісна молекула, показана до і після реорганізації з двома найбільш поширеними продуктами реакції, що проходила при температурі вище 90 градусів Цельсія. Розмір: 3 ангстреми або три-десяти мільярдна частка метра у поперечнику.

Щоб задокументувати рецепт графена, Фішеру був потрібний потужний пристрій обробки зображень, і він звернувся до атомно-силового мікроскопа, який був у Майкла Кроммі з лабораторії Каліфорнійського університету.

Безконтактна атомно-силова мікроскопія (NC-AFM) використовує дуже тонкий і чутливий датчик, щоб відчути електричну силу, створювану молекулами. Кінчик переміщається поблизу поверхні молекули, зазнаючи відхилень різними зарядами, створюючи образ того, як переміщуються атоми.

Одноатомний кінчик безконтактного атомно-силового мікроскопа "промацує" поверхню за допомогою гострої голки. Голка рухається поверхнею досліджуваного об'єкта подібно до того, як голка фонографа проходить жолобками пластинки. Крім атомів, можливо "промацувати" і атомні зв'язки.

Так команді вдалося як візуалізувати атоми вуглецю, а й зв'язки з-поміж них, створені загальними електронами. Вони помістили кільчасті структури вуглецю на срібну пластину та нагріли її, щоб реорганізувати молекулу. Охолоджені продукти реакції містили три несподіваних продукти і тільки одну молекулу, очікувану вченими.

інші презентації про молекулярну фізику

«Енергія зв'язку ядра» – Максимальну енергію зв'язку (8,6 МеВ/нуклон) мають елементи з масовими числами від 50 до 60. – Дефект маси. Кулонівські сили прагнуть розірвати ядро. Енергія зв'язку нуклонів лежить на поверхні менше, ніж в нуклонів всередині ядра. Uchim.net. Енергія зв'язку атомних ядер. Питома енергія зв'язку. Рівняння Ейнштейна між масою та енергією:

"Будова атомного ядра" - Лічильник Гейгера Камера Вільсона. Радій (променистий). Застосування радіоактивного випромінювання. Марія Склодовська-Кюрі та П'єр Кюрі. Беккерель Антуан Анрі-1897р. Термоядерний синтез – реакція злиття легких ядер. М -масове число - маса ядра, число нуклонів, кількість нейтронів М-Z. Полоній. Ланцюгова ядерна реакція.

"Застосування фотоефекту" - Державне освітня установаНУО Професійний ліцей №15. Історія відкриття та дослідження фотоефекту. Виконала: викладач фізики Варламова Марина Вікторівна. Ейнштейн для фотоефекту А. Ейнштейн. Спостереження фотоефекту. Столєтов А.Г. Сила струму насичення пропорційна інтенсивності падаючого на катод випромінювання.

"Будова ядра атома" - A. 10 -12. Радіоактивне перетворення атомних ядер. Отже, випромінювання складається з потоків позитивних частинок, негативних та нейтральних. 13 - 15. 1896 Анрі Беккерель (франц.) відкрив явище радіоактивності. Позначається - має масу? 1а.е.м. і заряд дорівнює заряду електрона. 5. Атом нейтральний, т.к. заряд ядра дорівнює загальному заряду електронів.

"Склад атомного ядра" - Масове число. ЯДЕРНІ СИЛИ – сили тяжіння, що зв'язують протони та нейтрони в ядрі. ядерні сили. Загальний виглядпозначення ядра. Зарядне число. Зарядове число дорівнює заряду ядра, вираженому в елементарних електричних зарядах. Зарядне число дорівнює порядковому номеру хімічного елемента. У багато разів більше кулонівських сил.

«Синтез плазми» - термін будівництва 8-10 років. Дякую за увагу. Спорудження та інфраструктура ІТЕР. Створення Токамак. Проектні параметри ІТЕР. Створення ІТЕР (ITER). 5. Орієнтовна вартість 5 млрд. євро. Термоядерна зброя. Внесок Росії в реактор ІТЕР. 2. Перевага термоядерної енергетики. Вимоги до енергетики.

Молекула води Н2О складається з одного атома кисню, пов'язаного ковалентним зв'язком із двома атомами водню.

У молекулі води головним дійовою особоює атом кисню.

Оскільки атоми водню один від одного помітно відштовхуються, кут між хімічними зв'язками (лініями, що з'єднують ядра атомів) водень - кисень не прямий (90 °), а трохи більше - 104,5 °.

Хімічні зв'язкиу молекулі води – полярні, оскільки кисень підтягує себе негативно заряджені електрони, а водень - позитивно заряджені електрони. Через війну поблизу атома кисню накопичується надлишковий негативний заряд, а й у атомів водню - позитивний.

Тому вся молекула води є диполем, тобто молекулою з двома різноїменними полюсами. Дипольна структура молекули води багато в чому визначає її незвичайні властивості.

Молекула води – це діамагнетик.

Якщо з'єднати прямими лініями епіцентри позитивних та негативних зарядів вийде об'ємна геометрична фігура- Тетраедр. Така будова самої молекули води.

При зміні стану молекули води довжина сторін та кут між ними змінюються у тетраедрі.

Наприклад, якщо молекула води перебуває у пароподібному стані, то кут, утворений її сторонами, дорівнює 104°27". У водному стані кут становить 105°03". І в стані льоду кут дорівнює 109,5 °.

Геометрія та розміри молекули води для різних станів
а - для пароподібного стану
б - для нижчого коливального рівня
- для рівня, близького до утворення кристала льоду, коли геометрія молекули води відповідає геометрії двох єгипетських трикутників із співвідношенням сторін 3: 4: 5
г – для стану льоду.

Якщо розділити навпіл ці кути, то отримаємо кути:
104 ° 27 ": 2 = 52 ° 13",
105 ° 03 ": 2 = 52 ° 31",
106 ° 16 ": 2 = 53 ° 08",
109,5 °: 2 = 54 ° 32 ".

Отже, серед геометричних малюнків молекули води та льоду знаходиться знаменитий єгипетський трикутник, в основу побудови якого закладено співвідношення золотої пропорції – довжини сторін відносяться як 3:4:5 з кутом 53°08”.

Молекула води набуває будови золотої пропорції на шляху, коли вода переходить у лід, і навпаки, коли лід тане. Очевидно, за цей стан цінується тала вода, коли її структура в побудові має пропорції золотого перерізу.

Тепер стає зрозумілим, що знаменитий єгипетський трикутник із співвідношенням сторін 3:4:5 "взято" з одного зі станів молекули води. Сама ж геометрія молекули води утворена двома єгипетськими. прямокутними трикутниками, що мають загальний катет, що дорівнює 3.

Молекула води, що має в основі співвідношення золотої пропорції, є фізичним проявом Божественної Природи, яка бере участь у створенні життя. Саме тому в земній природі закладена та гармонія, яка притаманна всьому космосу.

І тому древні єгиптяни обожнювали числа 3, 4, 5, а сам трикутник вважали за священне і намагалися закласти його властивості, його гармонію в будь-яку конструкцію, будинки, піраміди і навіть у розмітку полів. До речі, українські хати зводилися також із застосуванням співвідношення золотої пропорції.

У просторі молекула води займає деякий об'єм і покрита електронною оболонкоюу вигляді вуалі. Якщо уявити вигляд гіпотетичної моделі молекули в площині, то вона схожа на крила метелика, на Х-подібну хромосому, в якій записано програму життя живої істоти. І це є показовим фактом того, що сама вода – це обов'язковий елементвсього живого.

Якщо уявити вид гіпотетичної моделі молекули води обсягом, вона передає форму трикутної піраміди, яка має 4 грані, а в кожної грані по 3 ребра. У геометрії трикутна піраміда називається тетраедром. Така будова властива кристалам.

Таким чином, молекула води утворює міцну кутову структуру, яку вона зберігає навіть, коли знаходиться в пароподібному стані, на межі переходу на кригу, і коли перетворюється на кригу.

Якщо "скелет" молекули води такий стійкий, то і його енергетична "піраміда" - тетраедр теж стоїть непохитно.

Такі структурні властивості молекули води в різних умовахпояснюються міцними зв'язками між двома атомами водню та одним атомом кисню. Цей зв'язок приблизно в 25 разів сильніший, ніж зв'язок між сусідніми молекулами води. Тому легше відокремити одну молекулу води від іншої, наприклад, при нагріванні, ніж зруйнувати саму молекулу води.

За рахунок орієнтаційних, індукційних, дисперсійних взаємодій (сил Ван-дер-Ваальса) та водневих зв'язків між атомами водню та кисню сусідніх молекул молекули води здатні утворювати як випадкові асоціати, тобто. які мають упорядкованої структури, і кластери – асоціати, мають певну структуру.

Згідно зі статистичними даними, у звичайній воді знаходиться випадкових асоціатів – 60% (деструктурована вода) та кластерів – 40% (структурована вода).

В результаті досліджень, проведених російським ученим С. В. Зеніним, були виявлені стабільні довготривалі кластери води.

Зенін встановив, що молекули води спочатку утворюють додекаедр. Чотири додекаедри з'єднуючись, утворює основний структурний елемент води - кластер, що складається з 57 молекул води.

У кластері додекаедри мають спільні грані, які центри утворюють правильний тетраедр. Це об'ємна сполука молекул води, у тому числі гексамерів, яка має позитивні та негативні полюси.

Водневі містки дозволяють молекулам води поєднуватися самими. у різний спосіб. Завдяки цьому у воді спостерігається нескінченна різноманітність кластерів.

Кластери можуть взаємодіяти один з одним за рахунок вільних водневих зв'язків, що призводить до появи структур другого порядку у вигляді шестигранників. Вони складаються з 912 молекул води, які практично не здатні до взаємодії. Час існування такої структури дуже великий.

Цю структуру, схожу на маленький гострий кристал льоду з 6 ромбічних граней, С.В. Зенін назвав "основним структурним елементом води". Численні експерименти підтвердили; у воді - міріади таких кристаликів.

Ці кристали льоду майже не взаємодіють один з одним, тому не утворюють складніших стійких конструкцій і легко ковзають гранями щодо один одного, створюючи плинність. У цьому сенсі вода нагадує переохолоджений розчин, який не може кристалізуватися.

Пропонуємо оцінити знімки фіналістів, які претендують на звання «Фотограф року» Королівського фотографічного товариства. Переможця оголосять уже 7 жовтня, а виставка кращих робітпройде з 7 жовтня по 5 січня у Музеї науки у Лондоні.

Редакція ПМ

«Структура мильної бульбашки», автор Кім Кокс

Мильні бульбашки оптимізують простір усередині себе і мінімізують площу поверхні для заданого обсягу повітря. Це робить їх корисним об'єктом дослідження у багатьох галузях, зокрема, у галузі матеріалознавства. Стінки бульбашок хіба що стікають під впливом сили тяжкості: вони тонкі вгорі і товсті внизу.

«Розмітка на молекулах кисню», Ясмін Кроуфорд

Знімок входить до останнього великого проекту автора в рамках магістерської роботи з фотографії в університеті Фалмута, де основна увага приділялася дослідженню міалгічного енцефаломієліту. Кроуфорд каже, що створює образи, які пов'язують нас із неоднозначним та невідомим.

«Спокій вічності», автор Євген Самученко

Знімок зроблено у Гімалаях на озері Держаікунда на висоті 4400 метрів. Чумацький Шлях – це галактика, до якої входить і наша сонячна система: невиразна смуга світла на нічному небі.

«Збентежений борошняний жук», автор Девід Спірс

Цей маленький шкідник жук заводиться зернових і борошняних виробах. Зображення було отримано за допомогою скануючої електронної мікрофотографії, а потім пофарбовано у Photoshop.

«Туманність «Північна Америка», Дейв Вотсон

Туманність «Північна Америка» NGC7000 – це емісійна туманність у сузір'ї Лебедя. Форма туманності нагадує форму Північної Америки— можна побачити навіть Мексиканську затоку.

«Жук-олень», автор Віктор Сікора

Фотограф використав світлову мікроскопію зі збільшенням у п'ять разів.

"Телескоп Ловелла", автор Мардж Бредшоу

"Я була зачарована телескопом Ловелла в Джодрелл Бенк з того часу, як побачила її на шкільній екскурсії", - говорить Бредшоу. Вона хотіла зробити кілька детальніших фотографій, щоб показати його знос.

«Медузи догори ногами», автор Мері Енн Чілтон

Замість того, щоб плавати, цей вид проводить час, пульсуючи у воді. Колір медуз – результат поїдання водоростей.

Вперше у світі вченим вдалося отримати візуальне зображення молекули у вирішенні одиничних атомів у процесі перебудови її молекулярних зв'язків. Отримане зображення виявилося дивним чином схожим на картинки з підручників хімії.

До сьогодні вчені могли лише робити можливі висновки про молекулярні структури. Але за допомогою нової технологіїокремі атомні зв'язки – кожна довжиною у кілька десятимільйонних часток міліметра – що з'єднують 26 атомів вуглецю і 14 атомів водню у цій молекулі, стають виразно видимі. Результати цього дослідження були опубліковані 30 травня в журналі Science.

Команда експериментаторів спочатку була націлена на точне складання наноструктур з графену - одношарового атомарного матеріалу, в якому атоми вуглецю вибудовані в гексагональному патерні, що повторюється. Створення вуглецевих сот вимагає перебудови атомів з лінійного ланцюга в шестикутну мережу; така реакція може створювати кілька різних молекул. Хімік з Університету Берклі Фелікс Фішер та його колеги хотіли візуалізувати молекули, щоб бути впевненими, що вони роблять правильно.

Вуглецевмісна молекула на фото показана до і після її перебудови, з включенням двох продуктів реакції, що найчастіше зустрічаються. Масштаб зображення – 3 ангстреми, або 3 десятимільярдні частки метра

Щоб задокументувати рецепт графена, Фішеру був потрібний дуже потужний оптичний прилад, і він використовував атомарний мікроскоп, розташований у лабораторії Університету Берклі. Безконтактні атомарні мікроскопи використовують надзвичайно чутливу голку для зчитування. електричних сил, що виробляються молекулами; у міру того, як наконечник голки рухається вздовж поверхні молекули, він відхиляється під дією різних зарядів, створюючи зображення того, як розташовані атоми та зв'язки між ними.

З його допомогою команда дослідників зуміла як візуалізувати вуглецеві атоми, а й створені електронами зв'язку з-поміж них. Вони помістили кільцеподібну молекулу на срібну поверхню та нагріли її, щоб молекула змінила свою форму. Подальше охолодження зуміло зафіксувати продукти реакції, серед яких виявилося три несподівані компоненти та одна молекула, на яку чекали вчені.