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亚愽体育app下载-最小的一滴水有多少个水分子

作者:亚愽体育app 发布日期:2021-09-18 【 字号:  
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最小的水滴有多少个水分子?李存普一滴水约0.05毫升,约10万亿个水分子。半滴水是0.025毫升,5万亿个水分子。那么,半滴水还是一滴水吗?如果算半滴,那半滴水呢?以这种方式细分,终点将是一个水分子。

那么,一个水分子可以被认为是一滴水吗?如果不是,需要多少水分子才能称为一滴水? 2020年底,发表在英国皇家化学会旗舰期刊Chemical Science上的一项研究给出了答案:米兰理工大学的科学家发现,一个由21个水分子组成的分子簇与一滴宏观光谱基本吻合的水。换句话说,至少需要 21 个水分子才能形成一滴水。光谱让水分子说话。我们不妨从t来思考这个问题。

一个水分子的视角:假设在一滴水中随机选取一个水分子,我们称它为W。虽然0.05ml的一滴水中大约有1021个水分子,但真正包围的水分子并不多W. 我们将 W 转出。�� 不断增加它周围的水分子,直到 W 觉得它周围的水分子似乎和以前一样多。此时W认为自己是一滴水。

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因此,整个 W 和添加的水分子可以定义为最小的水滴。这个过程称为 W 溶剂化。但W究竟是怎么想的,我们不知道。

我们必须想办法让W告诉我们它是否是一滴水。幸运的是,水分子一直在不断运动,这叫做分子振动。每种分子振动的能量是不同的。

我们可以用光谱学的方法来检测各种振动的频率,就像耳朵听到不同频率的声音一样。s。

水分子的振动谱与其周围的其他水分子密切相关。我们可以使用光谱学的工具来观察 W 的分子振动如何随着周围水分子数量的增加而变化。

当 W 的分子光谱与宏观上水滴的光谱一致时,我们就找到了最小的水滴。然而,科学家们还没有掌握在水分子周围精确添加水的方法。�� 技术,水分子的分子光谱信号太弱,根本检测不到。

科学家们发现,通过建立计算机模型,可以模拟在 W 周围添加水分子时水的光谱如何变化。化学中分子的模拟有两个主要方向。一个方向是用量子力学的方法来模拟系统中的每一个分子,包括每个原子和电子的量子相互作用。

分子。计算量巨大。

该方法主要用于研究分子的静态性质。另一个方向是用分子动力学方法把分子想象成由弹簧连接的刚性原子。分子间的相互作用主要考虑静电相互作用。

计算量小,便于模拟分子振动等动力学过程。W 的分子振动自然是一个动态过程,需要用分子动力学方法来实现。

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另一方面,由于水分子之间的氢键相互作用,必须同时考虑量子力学效应。因此,化学家将这两种方法结合起来,计算出 W 的光谱信息。寻找最小的水滴 Politecnico di Milano。将光谱计算的光谱与实验测量的光谱进行比较后,化学家发现当 W 被 b 包围时。

4个水分子,也就是5个分子的簇,它的外围已经被一层完整的水分子层包裹着。光谱也更接近一滴水的光谱,但也有一些偏差。他们进一步增加了W周围的水分子数,发现当有20个水分子,即形成21个水分子的分子簇时,计算出的W分子光谱与实验值吻合较好。

这说明W现在认为自己真的是一滴水了。结果,研究人员得出结论:最小的水滴由 21 个水分子组成。从最小到最大,现代科学都关注自然界各个尺度的现象。

一方面,科学家们不断将研究目标缩小到原子核内的质子和夸克;另一方面,他们也不断将研究目标扩大到整个星系和宇宙。并在。在这个大大小小的中间,有很多跨尺度的有趣现象。

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例如,一滴由21个水分子组成的纳米级水滴,在一定程度上具有一杯水的宏观外观。征收。再比如,只有一层碳原子的厚度,直径可以延伸到几米的石墨烯,具有优异的电学和机械性能。

再比如,电子转移只需要10-12秒,而电池充电需要几个小时。这些跨越时空尺度的问题传达了物质的微观组成和宏观特性。

微观与宏观的界限在哪里,往往不是那么清晰。例如,在一个晶体中,晶胞可以被认为具有晶体的许多宏观特性,但似乎很难严格定义有多少-CH2-重复可以算作一个聚乙烯分子。因为水是最多的。

它是生命系统的重要溶剂,也是许多化学和物理变化的媒介。我们找到了水分子和宏观水滴之间的边界,这可能有助于更好地理解和模拟生命体,了解更多的化学和物理过程。.来源:科普中国中央厨房 编辑:王宇。


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