Воды формулы: Ученые Сколтеха уточнили формулу воды

Воды формулы: Ученые Сколтеха уточнили формулу воды

Содержание

Ученые Сколтеха уточнили формулу воды

https://ria.ru/20200709/1574132897.html

Ученые Сколтеха уточнили формулу воды

Ученые Сколтеха уточнили формулу воды — РИА Новости, 09.07.2020

Ученые Сколтеха уточнили формулу воды

Российские ученые в сотрудничестве с немецкими коллегами выяснили, что вода содержит большое количество короткоживущих ионов. Это коренным образом меняет… РИА Новости, 09.07.2020

2020-07-09T19:18

2020-07-09T19:18

2020-07-09T19:18

наука

открытия — риа наука

сколковский институт науки и технологий

химия

физика

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdnn21.img.ria.ru/images/149988/43/1499884311_0:283:5442:3344_1920x0_80_0_0_eecf326339221d319655c6d154e47306.jpg

МОСКВА, 9 июл — РИА Новости. Российские ученые в сотрудничестве с немецкими коллегами выяснили, что вода содержит большое количество короткоживущих ионов. Это коренным образом меняет понимание динамической структуры воды и подходы к оценке кислотности. Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Reports.Природная вода представляет собой многокомпонентную смесь изотопологов —комбинаций различных изотопов кислорода и водорода, двух элементов, из которых состоит вода.Ученые из Сколтеха и Штутгартского университета изучили ионно-молекулярный состав трех изотопологов воды — обычной (h3O), тяжелой (D2O) и полутяжелой (HDO) — и выяснили, что на очень коротких, субпикосекундных временных интервалах чистая жидкая вода содержит большие концентрации короткоживущих ионов h4O+ и OH- — намного выше, чем учитывается при оценке pH. До нескольких процентов молекул h3O были временно ионизированы.Ионные виды жидкой воды играют важную роль в окислительно-восстановительных процессах, каталитических реакциях и электрохимических системах. Ранее предполагалось, что слабобарьерное туннелирование атома водорода между молекулами h3O, вызванное ядерными квантовыми эффектами, может приводить к возникновению кратковременных избыточных протонных состояний, но до настоящего времени не было ни экспериментального подтверждения таких состояний, ни информации о концентрации избыточных протонов в чистой воде.»Мы использовали различные изотопологи воды, чтобы идентифицировать избыточные протонные состояния, — приводятся в пресс-релизе слова одного из авторов исследования Хенни Уердана (Henni Ouerdane), профессора Центра энергетических наук и технологий Сколтеха (CEST). — Постепенно заменяя атомы водорода (H) дейтерием (D), мы изменили относительную концентрации частиц, связанных с избытком протонов, таких как HD2O+, Dh3O+, h4O+ и D3O+, и определили их вклад в кумулятивное инфракрасное поглощение».На инфракрасных спектрах авторы увидели максимумы, которые существующие модели не могли объяснить.»Мы обнаружили концентрационно-зависимые спектральные особенности вблизи молекулярных изгибных мод полутяжелых водных спектров. Мы считаем, что эти особенности связаны с избытком протонов, которые существуют в пикосекундном масштабе времени», — говорит Уердан.»В то время как предыдущие исследования структуры воды были основаны на кристаллографических экспериментах и ​​не отражали динамику воды, наше исследование дает новое представление о сложной структуре воды в ультракоротком масштабе времени», — отмечает ведущий автор статьи, старший научный сотрудник CEST Василий Артемов.Ученые считают, что учет ионных частиц в ультракоротком временном масштабе улучшит и значительно упростит модели физико-химических и электрохимических систем, в которых жидкая вода играет важную роль, а также поможет в будущих исследованиях аномальных свойств воды, например, при ее взаимодействии с электрическим полем.

https://ria.ru/20191017/1559912207.html

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2020

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

https://cdnn21.img.ria.ru/images/149988/43/1499884311_302:0:5138:3627_1920x0_80_0_0_eb2fdf9a55c853b629cfddd01a67bae3.jpg

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

открытия — риа наука, сколковский институт науки и технологий, химия, физика

МОСКВА, 9 июл — РИА Новости. Российские ученые в сотрудничестве с немецкими коллегами выяснили, что вода содержит большое количество короткоживущих ионов. Это коренным образом меняет понимание динамической структуры воды и подходы к оценке кислотности. Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Reports.

Природная вода представляет собой многокомпонентную смесь изотопологов —комбинаций различных изотопов кислорода и водорода, двух элементов, из которых состоит вода.

Ученые из Сколтеха и Штутгартского университета изучили ионно-молекулярный состав трех изотопологов воды — обычной (H2O), тяжелой (D2O) и полутяжелой (HDO) — и выяснили, что на очень коротких, субпикосекундных временных интервалах чистая жидкая вода содержит большие концентрации короткоживущих ионов H3O+ и OH — намного выше, чем учитывается при оценке pH. До нескольких процентов молекул h3O были временно ионизированы.

Ионные виды жидкой воды играют важную роль в окислительно-восстановительных процессах, каталитических реакциях и электрохимических системах. Ранее предполагалось, что слабобарьерное туннелирование атома водорода между молекулами h3O, вызванное ядерными квантовыми эффектами, может приводить к возникновению кратковременных избыточных протонных состояний, но до настоящего времени не было ни экспериментального подтверждения таких состояний, ни информации о концентрации избыточных протонов в чистой воде.

«Мы использовали различные изотопологи воды, чтобы идентифицировать избыточные протонные состояния, — приводятся в пресс-релизе слова одного из авторов исследования Хенни Уердана (Henni Ouerdane), профессора Центра энергетических наук и технологий Сколтеха (CEST). — Постепенно заменяя атомы водорода (H) дейтерием (D), мы изменили относительную концентрации частиц, связанных с избытком протонов, таких как HD2O+, DH2O+, H3O+ и D3O+, и определили их вклад в кумулятивное инфракрасное поглощение».

На инфракрасных спектрах авторы увидели максимумы, которые существующие модели не могли объяснить.

«Мы обнаружили концентрационно-зависимые спектральные особенности вблизи молекулярных изгибных мод полутяжелых водных спектров. Мы считаем, что эти особенности связаны с избытком протонов, которые существуют в пикосекундном масштабе времени», — говорит Уердан.

«В то время как предыдущие исследования структуры воды были основаны на кристаллографических экспериментах и ​​не отражали динамику воды, наше исследование дает новое представление о сложной структуре воды в ультракоротком масштабе времени», — отмечает ведущий автор статьи, старший научный сотрудник CEST Василий Артемов.

Ученые считают, что учет ионных частиц в ультракоротком временном масштабе улучшит и значительно упростит модели физико-химических и электрохимических систем, в которых жидкая вода играет важную роль, а также поможет в будущих исследованиях аномальных свойств воды, например, при ее взаимодействии с электрическим полем.

17 октября 2019, 19:33НаукаУченые усовершенствовали способ получения чистого топлива из воды

Формула воды в химии

Химическая и структурная формула воды

Химическая формула: Н2O

Структурная формула:

Молярная масса: 18,01528 г/моль.

Альтернативные названия: оксид водорода, гидроксид водорода, гидроксильная кислота, монооксид дигидрогена, оксидан, дигидромонооксид.

В молекуле воды атом кислорода находится в состоянии sp3–гибридизации, поскольку в образовании гибридных орбиталей участвуют не только валентные электроны, но и неподеленные электронные пары. Гибридные орбитали направлены к вершинам тетраэдра:

Вследствие большой разницы электроотрицательностей кислорода и водорода связи в молекуле сильно поляризованы, и происходит смещение электрон ной плотности в сторону кислорода. Молекула воды обладает большим дипольным моментом, поскольку полярные связи расположены несимметрично.

С сильной поляризацией связи О – Н связано образование водородных связей между молекулами воды. Каждая молекула воды может образовывать до четырёх водородных связей – две из них образует атом кислорода, а еще две – атомы водорода:

Образование водородных связей определяет более высокую температуру кипения, вязкость и поверхностное натяжение воды по сравнению с гидридами аналогов (серы селена и теллура).

Изотопные модификации воды

В зависимости от типа изотопов водорода, входящих в состав молекулы, выделяют следующие изотопные модификации воды:








Название Формула

Легкая вода (основной компонент природной воды)

H2O

Тяжёлая вода (дейтериевая)

D2O

Сверхтяжёлая вода (тритиевая)

T2O

Тритий-дейтериевая вода

TDO

Тритий-протиевая вода

THO

Дейтерий-протиевая вода

DHO

С учетом того, что у кислорода три стабильных изотопа (16O, 17O и 18O), можно составить 18 формул молекул воды, различающихся изотопным составом. Как правило, природная вода содержит все эти разновидности молекул.

Примеры решения задач по теме «формула воды»

Элементы жизни. Вода — Индикатор

Молекулы, в которых много ковалентных полярных связей, тоже прекрасно взаимодействуют с водой — в первую очередь потому, что образуют с ней водородные связи, «цепляясь» за молекулы воды своими частичными зарядами. Такие вещества хорошо растворяются в воде и называются гидрофильными («любящими воду»). К гидрофильным веществам относятся, например, спирты и углеводы. Каждый знает, что столовый сахар (а это типичный углевод) растворяется в воде очень хорошо. То же самое можно сказать и о спиртах, например об этиловом спирте — основе алкогольных напитков. Именно растворам спирта в воде была посвящена знаменитая диссертация Дмитрия Ивановича Менделеева.

Правда, рецепта водки Менделеев, вопреки распространенной легенде, не разрабатывал. Его интересовало происходящее при растворении взаимодействие молекул спирта и воды — тот самый процесс, который мы только что назвали гидратацией.

Менделеев убедительно показал, что растворение — это не физическое явление (простое смешивание), а химическое (включающее образование новых межмолекулярных связей). Тогда получается, что раствор — это, по сути, новое вещество.

Как правило, любое наугад взятое органическое соединение будет растворяться в воде тем лучше, чем больше в нем атомов кислорода. Это понятно: именно вокруг атомов кислорода обычно образуются водородные связи. Например, молекула глюкозы (C6H12O6, шесть атомов кислорода!) в этом отношении просто идеальна. Как раз поэтому сахара, и глюкозу в том числе, очень удобно использовать в роли быстро усваивающихся питательных веществ.

Молекулы, в которых все связи неполярные, взаимодействуют с водой гораздо слабее, чем друг с другом. Вещества, состоящие из таких молекул, плохо растворяются в воде и называются гидрофобными («боящимися воды»). Типичные гидрофобные соединения — углеводороды. Как мы знаем, они по определению состоят только из углерода и водорода, связи между которыми неполярны. Если бросить в воду парафин (смесь твердых углеводородов, из которой делают свечи), он и не подумает там растворяться — ни при каких условиях.

А если налить в воду бензин (смесь жидких углеводородов, которая служит моторным топливом), то он, скорее всего, отслоится от нее, образовав четкую поверхность раздела. Вода как бы «выталкивает» эти вещества.

Если в формуле органического соединения есть кислород, то оно, скорее всего, гидрофильное, разве что там присутствует какая-нибудь совсем уж огромная углеводородная цепочка.

Гидрофильными бывают и некоторые бескислородные органические вещества — например, амины. В биохимии значение различий между гидрофильными и гидрофобными веществами без преувеличения грандиозно. Многие детали устройства клеток без учета этих различий просто невозможно понять. А все потому, что земная жизнь — водная.

Талассогены

А могут ли подойти для жизни какие-нибудь другие растворители, кроме воды? Ответ — да. Например, углекислота (ее формула O=C=O, или просто CO2) знакома людям прежде всего в виде углекислого газа, который мы выдыхаем, но она может и замерзать, образуя так называемый сухой лед. Проблема в том, что при нагревании в условиях, характерных для Земли, сухой лед сразу испаряется в газ, минуя жидкую фазу. Потому мы и не видим в быту жидкой углекислоты. Однако при более высоких давлениях, чем наше атмосферное, углекислота может становиться жидкостью. И тогда она представляет собой хороший гидрофильный растворитель, аналогичный по свойствам воде (и легко смешивающийся с ней), в котором успешно идут многие биохимические реакции.

В этом растворителе могут жить даже земные микробы. Например, на дне Окинавского желоба в Восточно-Китайском море исследователи-океанологи нашли целое озеро жидкой углекислоты, в котором постоянно живут довольно разнообразные бактерии.

Некоторые исследователи считают, что океаны жидкой углекислоты могут существовать на так называемых суперземлях — планетах с массой, в несколько раз превосходящей массу Земли. Суперземли — довольно многочисленная категория экзопланет, и возможность жизни на них сейчас активно обсуждается.

Другой перспективный кандидат на роль вмещающей среды для жизни — аммиак (NH3). Это гидрофильный растворитель, образующий много водородных связей, в данном случае между водородом и азотом (их разница в электроотрицательности для этого вполне достаточна, см. рис. 2). Неудивительно, что по своим физико-химическим свойствам аммиак напоминает воду. На более холодных планетах, чем Земля, он находится в жидком состоянии и вполне может быть основой жизни. Теоретически возможно существование холодных землеподобных планет с аммиачными океанами. Есть ли там жизнь, никто не знает. Но почему бы и нет? Если насчет альтернатив углеродной жизни есть серьезные сомнения (см. главу 1), то углеродную жизнь, использующую не воду, а какой-нибудь другой растворитель, представить себе гораздо легче. Никакие фундаментальные законы не запрещают ей существовать.

Просто так уж сложилось, что на нашей планете из всех растворителей преобладает вода, ну а от добра добра не ищут, и земной жизни осталось лишь развиваться в этих относительно благоприятных условиях.

Еще один гидрофильный растворитель, в котором теоретически допускают возможность жизни, — метиловый спирт, или метанол (CH3OH). Для человека это страшный яд, но тут все зависит от настройки биохимических систем. Вообще-то никакие законы природы не мешают «сконструировать» живой организм, для которого метанол будет совершенно безобиден, а то и полезен. Метанол — одно из самых простых органических веществ, и неудивительно, что образуется он очень легко. Его много в космосе, причем не только на планетах, но и в межзвездных газопылевых облаках. Некоторые ученые осмеливаются предполагать, что именно синтез метанола был ключевым химическим звеном на пути к возникновению земной жизни. Метанол очень гидрофилен и прекрасно образует водородные связи, примерно такие же, как в воде. Собственно, это и делает его хорошим гидрофильным растворителем. Как и аммиак, метанол замерзает при гораздо более низкой температуре, чем вода, и в принципе может быть средой для жизни на более холодных планетах, чем Земля. В Солнечной системе метанола хватает, например на Тритоне, крупнейшем спутнике Нептуна.

Ввод формулы

Формулы — это выражения, с помощью которых выполняются вычисления со значениями на листе. Все формулы начинаются со знака равенства (=). Простую формулу можно создать с помощью константа и вычислений оператор. Например, с помощью формулы =5+2*3 можно умножить два числа, а затем прибавить число к результату.

Если вы хотите ссылаться на переменные вместо констант, можно использовать значения ячеок, например =A1+A2. При работе с длинными столбцами данных или данными, которые находятся в разных частях листа или на другом листе, можно использовать диапазон, например =СУММ(A1:A100)/СУММ(B1:B100), который представляет деление суммы первых сотен чисел в столбце A на сумму этих чисел в столбце B. Если формула ссылается на другие ячейки, каждый раз при изменении данных в Excel пересчитыются результаты автоматически.

Также формулу можно создать с помощью функции — готовой формулы, которая упрощает ввод вычислений.


знаками равной запускают все формулы. (caret) поднимет число в число, а оператор * (звездочка) — для умножения чисел.


функции — это готовые формулы, которые можно использовать отдельно или в составе более длинных формул. У каждой функции собственный синтаксис. 


ячейки можно ссылаться на ячейку Excel, а не на определенное значение внутри нее, чтобы содержимое ячейки можно было изменять без необходимости изменения функции, которая ссылается на ячейку.

Ввод формулы, ссылающейся на значения в других ячейках


  1. На листе, содержащем столбцы чисел, щелкните ячейку, в которой должны выводиться результаты формулы.

  2. Введите знак равенства (=).

  3. Щелкните первую ячейку, которую требуется включить в вычисление.

  4. Введите оператор. Оператор представляет математическую операцию, выполняемую формулой. Например, оператор * (звездочка) перемножает числа. В этом примере используйте оператор / (косая черта), чтобы разделить числа. На этом этапе формула должна выглядеть так:

  5. Щелкните следующую ячейку, которую нужно включить в вычисление. Теперь формула должна выглядеть так:

  6. Нажмите клавишу RETURN.

    В ячейке отобразится результат вычисления.

    Совет: Чтобы быстро применить формулу к ячейкам ниже в столбце, дважды щелкните маркер заполнения  в первой ячейке, содержащей формулу.

Ввод формулы, содержащей функцию


  1. На листе, содержащем диапазон чисел, щелкните пустую ячейку, в которой должны выводиться результаты формулы.

  2. Введите знак равенства (=) и функцию, например =МИН. Функция МИН находит наименьшее число в диапазоне ячеек.

  3. Введите открывающую круглую скобку, выберите диапазон ячеек, которые требуется включить в формулу, и введите закрывающую круглую скобку.

  4. Нажмите клавишу RETURN.

    В этом примере функция МИН возвращает 11 — наименьшее число в ячейках от A1 до C4.

Советы


При вводе формулы в ячейке формула также отображается в строке формул.

Кнопки в строке формул могут помочь вам в создании формул.

  • Чтобы проверить формулу, нажмите . Если ошибок нет, в ячейке будет выведен результат формулы. Если же ошибки есть, появится значок . Наведите на него указатель, чтобы просмотреть описание проблемы, или щелкните стрелку вниз, чтобы получить дополнительную помощь в устранении неполадки.

  • Чтобы вернуться к предыдущей формуле, нажмите .

  • Чтобы выбрать функцию, используйте список функций.

    При выборе функции открывается построитель формул с дополнительной информацией о функции.


Создание простой формулы.



(по категориям)

абсолютным ссылками

Концентрированная вода для лица Драгоценный Иммортель


Концентрированная вода для лица Драгоценный Иммортель — Новая формула!