Это заняло 200 лет, но ученые выяснили, как на самом деле вода проводит электричество

9 Декабря 2016 в 10:30, Николай Хижняк 20 549 просмотров 116

lightning

Всем известно, что вода – отличный проводник электрического тока. По этой причине, например, крайне не рекомендуется использовать электрические приборы вблизи источников воды и не купаться в водоемах во время грозы. Однако несмотря на относительную простоту этого правила, до сих пор никто не мог точно объяснить, как молекулы воды способны передавать между собой протоны во время этого процесса проводимости.


Группа исследователей из Йельского университета под руководством профессора химии Марка Джонсона впервые смогла запечатлеть с помощью спектроскопического анализа процесс передачи электронов, происходящий в молекулах воды. Сам процесс передачи носит название «механизма Гротгуса» (был впервые предсказан немецким химиком Теодором фон Гротгусом) и мучает умы ученых уже более 200 лет.

«Этот фундаментальный химический и биологический процесс не имел точного обоснования и объяснения», — говорит исследователь Энни Маккой из Вашингтонского университета.

Годы изучения химии воды на молекулярном уровне все-таки привели к нужному открытию. В рамках исследования ученые смогли заморозить молекулы воды в тот момент, когда они находились в своих переходных состояниях, что позволило исследователям в деталях изучить структурные изменения, происходящие в рамках механизма Гротгуса. В своей работе они применяли молекулы «тяжелой воды» (оксид дейтерия), которые очень резко замораживались до температуры близкой к абсолютному нулю (-273,15 градуса Цельсия).

water-moving

Многие годы именно это изображение было самым детальным представлением нашего понимания о том, как происходит этот процесс. Несмотря на то, что ученые прекрасно понимали, как этот механизм работает на практике, они не имели возможности визуально и в деталях убедиться в этом.

Как указывает журнал Science, результаты исследования носят революционный характер. Последние 200 лет ученые пытались найти экспериментальный способ, чтобы проследить за структурными изменениями в молекулах воды, когда те проводят электричество. Задача оказалась крайней сложной. В последние годы исследователи пытались осуществить мониторинг процесса с помощью инфракрасного сканирования. Результаты оказались очень некачественными. Снимки были очень расплывчатыми и не давали четкого представления о происходящем процессе.

«Расплывчатость оказалась настолько сильной, что даже не позволила определить связь между цветом и структурой», — объясняет Джонсон.

Но стоило только ученым применить метод мгновенной заморозки, результаты оказались ошеломительными.

«Мы фактически открыли Розеттский камень, который показал нам структурную информацию во всех деталях и цвете. Мы смогли выявить последовательность определенных деформаций, сменяющихся, как кадры в фильме. Это даст нам новое представление о воде и ее проводящих свойствах, так как феномен является частью множества химических реакций на Земле», — говорит Джонсон.

«Теперь у нас есть утраченное звено, дающее нам представление о более полной картине: как протоны двигаются через молекулы воды», — говорит Маккой.

Кроме того, техника, которую использовали ученые для открытия, также является в некоторой степени революционной. Она также позволяет нам заглянуть в другие свойства воды вроде недавно обнаруженной возможности воды превращаться в лед, даже при температурах выше кипения.

Это заняло 200 лет, но ученые выяснили, как на самом деле вода проводит электричество

116 комментариев

  1. Хутор

    Химически чистая вода - диэлектрик, т.к. молекулы воды не имеют заряда. Скорее всего опыт проводился с электролитом.

  2. berdnikov345

    Недумаю что ошибаюсь, но насколько я слышал вода наоборот не является проводником электричества ( я про чистую дистиллированную), а речь тут походу о ней идет как химическом элементе (молекуле). И до абсолютного нуля ничего не возможно охладить, такой температуры в принципе не бывает, есть температуры близкие к абсолютному нулю. Как вы пишите статьи? (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  3. cemento_moria

    Эм. Не совсем понял, что они измерили. Проводимость дистилата? Или раствора? Судя по гифке речь идёт о чистой воде. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • Хутор

      cemento_moria, Меня тоже гифка сначала смутила, но потом разглядел, что одна молекула имела лишний электрон.

      • lansart

        Хутор, Там, судя по гифке, прыгал не электрон а протон водорода. Только вот он положительно заряжен. Может имелось в виду накопление в воде положительного заряда и пробой в него молнии. Вообщем ниче не понятно. Автор, обьяснения в студию пожалуйста - как гифка связана с текстом статьи?

  4. cemento_moria

    Похоже говорится о проводимости дистилата, она хоть и ничтожна но всё же есть. Но здесь упомянули что опыт ставили на тяжёлой воде. Это же всё таки не много не то. Хотя проводимость посредством передачи атома водорода, как протона весьма интересна. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  5. Magician

    ЦИТАТА из этой мега научной статьи)): "...до сих пор никто не мог точно объяснить, как молекулы воды способны передавать между собой ПРОТОНЫ во время этого процесса проводимости..."
    Электроны, Карл!!!))))
    Про остальные ляпы даже писать нет смысла!

    • Хутор

      Magician, Протонная проводимость.
      Именно протоны.

    • deaddreams

      Magician, читать научись для начала,карл,читать. Вроде для слепых специально картинку запостили где показаны молекулы воды, состоящие из О и двух маленьких H

      • Magician

        deaddreams, в том то и проблема, Карл, что мне пришлось прочитать всю эту ахинею, за которую на уроке химии в 8 классе поставят двойку!
        А на бредовой мультипликации изображено как якобы молекулы воды обмениваются друг с другом атомами водорода!!!))))

  6. Aldo

    Погуглил вот, оказывается механизм электропроводимости чистой воды был известен и предсказан ранее – вода теряет протон и образуются гидроксид и гидроний соответственно. Называется аутоионизация или аутодиссоциация воды. После гидроний распадается, ибо нестабилен. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • Magician

      Aldo, Какой из атомов молекулы воды теряет протон?)) Водород? Кислород?
      Что же произойдет с таким атомом? и с молекулой?
      Вы же на грани открытия, которое перевернет химию и ядерную физику!!!))))
      Погуглите еще)........ Шнобелевская премия)

      • Aldo

        Magician, Атом водорода состоит из одного протона, поэтому когда орбиталь у него свободна его называют просто протоном. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

        • Magician

          Aldo, Атом водорода — физико-химическая система, состоящая из атомного ядра, несущего элементарный положительный электрический заряд, и ЭЛЕКТРОНа, несущего элементарный отрицательный электрический заряд. В состав атомного ядра может входить ПРОТОН или протон с одним или несколькими нейтронами, образуя изотопы водорода.

          • Aldo

            Magician, Ну да, я так и сказал. А когда орбиталь пустует без электрона, говорим протон. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

            • Magician

              Aldo, Ну, Вы совсем другое писали)).
              Так вот, когда АТОМ теряет Э-Л-Э-К-Т-Р-О-Н!!! его называют ИОН !!!
              Атом теряет электрон, а не молекула теряет протон!!!!!!!!!!!!
              В этот момент происходит электрохимическая реакция:
              H2O + H2O ⇌ H3O+ + OH−
              и к электродам движутся ИОНЫ:
              При под­хо­де ионов H3O+ к ка­то­ду они по­лу­ча­ет свои недо­ста­ю­щие ЭЛЕКТРОНЫ, ионы OH− при до­сти­же­нии анода от­да­ют свои ЭЛЕКТРОНЫ.

              • Aldo

                Magician, Ион водорода называют протоном. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

                • Magician

                  Aldo, только в одном случае из 7 можно УСЛОВНО абстрактно назвать ИОН водорода протоном. А в остальных 6 это будет ЧУШЬ. Надеюсь вы знаете о 7 изотопах водорода, у которых есть нейтроны помимо протона!!!

                  https://ru.wikipedia.org/wiki/Изотопы_водорода

                  • Aldo

                    Magician, Упертый ребёнок)) (отправлено из приложения Hi-News.ru)

                    • Magician

                      Aldo, Есть что ответить по сути?))

                      Если я для Вас ребенок, то Вам должно быть около 60 лет!

                      • Aldo

                        Magician, Я тебе по сути уже 20 сообщений написал, отвечая на твою неграмотную чушь и ты всё равно продолжаешь делать вид, будто бы что-то там очень хорошо знаешь, выкатывая ссылки, причем совершенно невпопад. Сразу понятно что ты не в теме и дальше книжки 8 класса химию не знаешь, хотя честно говоря ты и её не знаешь. Так что прекращай. А если тебе больше 14 лет, то это вообще печально, лучше не хвастайся этим)) (отправлено из приложения Hi-News.ru)

                  • Aldo

                    Magician, "Исключением из общего правила является положительный ион водорода, который не содержит электронов и считается элементарной частицей - протоном." - вот тебе дорогой выдержка из Википедии в статье про ионы. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

                    • Magician

                      Aldo, так что там с изотопами водорода??? Их тоже нужно называть протоном?)))

                      • Aldo

                        Magician, А своей головой подумать не судьба? От количества нейтронов ион водорода менее положительным не станет и продолжит себя вести как элементарная частица, поэтому да, в терминологии он останется протоном. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

      • Aldo

        Magician, В ссылках ниже что я тебе дал всё написано, читай и не позорься ради Бога. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

        • Magician

          Aldo, Вы писали: "Вода теряет протон".
          Это неверно. Теряются и приобретаются электроны!!!Происходит электрохимическая реакция:
          H2O + H2O ⇌ H3O+ + OH−
          Имеет место сверхслабая ионная проводимость.
          Об этом известно давно! Где открытие?

  7. Magician

    https://ru.wikipedia.org/wiki/Электрический_ток

    При вне­се­нии в воду соли NaCl, мо­ле­ку­лы воды ори­ен­ти­ру­ют­ся таким об­ра­зом, что их от­ри­ца­тель­ные по­лю­са на­хо­дят­ся возле на­трия, по­ло­жи­тель­ные – возле хлора. В ре­зуль­та­те вза­и­мо­дей­ствий между за­ря­да­ми мо­ле­ку­лы воды раз­ры­ва­ют мо­ле­ку­лы соли на пары раз­но­имен­ных ионов. Ион на­трия имеет по­ло­жи­тель­ный заряд, ион хлора – от­ри­ца­тель­ный. Имен­но эти ионы и будут дви­гать­ся между элек­тро­да­ми под дей­стви­ем элек­три­че­ско­го поля. При под­хо­де ионов на­трия к ка­то­ду он по­лу­ча­ет свои недо­ста­ю­щие ЭЛЕКТРОНЫ, ионы хлора при до­сти­же­нии анода от­да­ют свои ЭЛЕКТРОНЫ.
    Электроны, Карл!!!))))

    • Aldo

      Magician, Вот вы запарили. Разговор о химически чистой воде и о протонах, Карл! Читай внимательно. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

      • Magician

        Aldo, Это чистейшей воды профанация!!!

        • Aldo

          Magician, https://en.m.wikipedia.org/wiki/Self-ionization_of_water нате пожалуйста, ознакомьтесь) (отправлено из приложения Hi-News.ru)

        • Aldo

          Magician, Вот тебе еще выдержка из советского учебника: http://www.ngpedia.ru/pg4698086EFAT5Pz0005502796/ (отправлено из приложения Hi-News.ru)

          • Magician

            Aldo, Так Вы же и противоречите этим источникам!!!
            Смотрите выше ответ на Ваше утверждение, что: "Вода теряет протон"))
            Ионная проводимость, Карл!

            • Magician

              Magician, атом водорода по определению не может потерять протон, а может потерять лишь электрон!!! Химия 8 класс.
              Начинайте с азов, а уже потом двигайтесь к квантовым взаимодействиям!

              • Aldo

                Magician, Не атом водорода, а молекула теряет протон, и там не электронная проводимость. Господи, слушай, забей, ага? Тебе просто не дано видимо. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

                • Magician

                  Aldo, Моле́кула — электрически нейтральная частица, образованная из двух или более связанных ковалентными связями атомов. Молекула воды не теряет протон, и атом не теряет, все немного сложнее))
                  Ваша попытка перейти к оскорблениям говорит лишь о бессильной злобе и слабой подготовке. Учите матчасть!

                  • Aldo

                    Magician, Подумай еще раз. 1. Химически чистая вода. То есть кроме H2O нет ничего. 2. Водород, который называют протоном, обычно, потому что ядро состоит из одного протона, об этом речь. Теперь, молекула воды, состоящая из двух атомов водорода и кислорода отдает один атом водорода другой молекуле. Образуется H3O + OH-. Вода диссоциирует на ионы, приобретая свойство проводимости. То есть, отделяется один атом водорода, который обусловливает электрический ток. Это не обязательно делают электроны. Я сделал всё что мог. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

                  • Aldo

                    Magician, Главное уже сам формулу написал выше, сам сказал что ионный обмен происходит и всё равно гнешь линию с электронами)) (отправлено из приложения Hi-News.ru)

                    • Magician

                      Aldo, Ну, Вы совсем другое писали)).
                      Так вот, когда АТОМ теряет Э-Л-Э-К-Т-Р-О-Н!!! его называют ИОН !!!
                      Атом теряет электрон, а не молекула теряет протон!!!!!!!!!!!!
                      В этот момент происходит электрохимическая реакция:
                      H2O + H2O ⇌ H3O+ + OH−
                      и к электродам движутся ИОНЫ:
                      При под­хо­де ионов H3O+ к ка­то­ду они по­лу­ча­ет свои недо­ста­ю­щие ЭЛЕКТРОНЫ, ионы OH− при до­сти­же­нии анода от­да­ют свои ЭЛЕКТРОНЫ.
                      Движутся ионы, а отдаются и принимаются электроны, а не протоны!!!

                      • ivkis

                        Magician, Эммм... А ничего, что в вашей же формуле у молекул было сначала по два водорода Н, а потом стало 3 и 1? Прямо из этого следует, что один из протонов перенёсся. А потеря электрона, например, не превращает Н в Н2. Она превращает Н в Н+

                        • Magician

                          ivkis, в классической химии потеря атомом электрона делает атом положительно заряженным ионом и он устремляется к ближайшему отрицательному заряду, которым может оказаться как КАТОД, так и отрицательно заряженный ион.
                          То, что в данном частном случае имеется атом водорода с одним протоном не даёт никому права заниматься словоблудием и говорить о потере протона!!!
                          Связи осуществляются посредством электронов и вышеупомянутая реакция H2O + H2O ⇌ H3O+ + OH− изображает изменения именно из-за перехода ЭЛЕКТРОНА под воздействием на воду системы КАТОД-АНОД с электрическим потенциалом.

                        • Magician

                          ivkis, Электри́ческий ток — направленное (упорядоченное) движение частиц или квазичастиц — носителей электрического заряда.
                          Такими частицами могут являться: в металлах — электроны, в электролитах — ионы (катионы и анионы), в газах — ионы и электроны, в вакууме при определенных условиях — электроны, в полупроводниках — электроны и дырки (электронно-дырочная проводимость). Иногда электрическим током называют также ток смещения, возникающий в результате изменения во времени электрического поля.

                      • Aldo

                        Magician, Молекула теряет протон, потому что ион водорода называют протоном, а не потому что атом распадается на протоны. И надоело уже если честно очевидные вещи говорить. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

                    • DevilDmitry

                      Aldo, он пишет формулу не для чистой воды, а для электролита. Потому у него и затык

                • deaddreams

                  Aldo, Вася никак не поймет что протон = ядро водорода. Ну не дано ему. Химик 8-ми классник, блин )

                  • Magician

                    deaddreams, Еще один Карл никак не поймет, что только в одном случае из 7 можно УСЛОВНО абстрактно назвать ИОН водорода протоном. А в остальных 6 это будет ЧУШЬ. Надеюсь вы знаете о 7 изотопах водорода, у которых есть нейтроны помимо протона!!!
                    https://ru.wikipedia.org/wiki/Изотопы_водорода

                  • Magician

                    deaddreams, Термин ПРОТОН был придуман для описания взаимодействий внутри АТОМА и его ядра!!!
                    Термин ИОН был придуман для описания в частности взаимодействий внутри молекулы или между молекулами!!!

                    • Aldo

                      Magician, Ага. Вот только не в случае водорода))) расслабься уже однажды, ты всё равно не прав как бы ты не кояевряжился (отправлено из приложения Hi-News.ru)

                      • Magician

                        Aldo, это в Вашем выдуманном мире для водорода есть свои определения)))

                      • Magician

                        Aldo, кстати, Вы отвлеклись от основной темы холивара! Всё еще считаете верным утверждение, что в случае с прохождением тока в воде имеет место мифическая протонная проводимость?)))

                        • Aldo

                          Magician, Короче, не с кем разговаривать (отправлено из приложения Hi-News.ru)

                          • Magician

                            Aldo, Ну, перестаньте рефлексировать!)))
                            Разговаривайте со мной!)))

                            • Aldo

                              Magician, О чём, если ты не догоняешь элементарных вещей. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

                              • Magician

                                Aldo, Давайте говорить о конкретных вещах, а не пытаться спрятаться за оскорблениями!))

                              • Magician

                                Aldo, расскажите миру, как набраться смелости и называть все 7 известных изотопов водорода ПРОТОНАМИ!!!))))) при наличии в их ядрах нейтронов!!!)))

                                • Aldo

                                  Magician, 99,99% всего водорода – это протий, водород с одним только протоном. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

                                  • Magician

                                    Aldo, откуда статистика??))) 146% по Чурову??)))

                                    • Aldo

                                      Magician, "Протий составляет 99,9885 ± 0,0070 %[2] от общего числа атомов водорода во Вселенной и является наиболее распространённым нуклидом в природе среди изотопов всех химических элементов. Обычно, когда говорят о водороде, имеют в виду именно лёгкий водород — протий." Вот тебе цитата из Википедии (отправлено из приложения Hi-News.ru)

                                      • Magician

                                        Aldo, БОЛЬШЕВИЗМЪ ?)))

                                        • Aldo

                                          Magician, Ты понимаешь, что у тебя не получается ни троллингом заниматься ни дискуссию вести, ты просто вставляешь себя в весьма дурном свете) (отправлено из приложения Hi-News.ru)

                                          • Magician

                                            Aldo, Во-первых мы с Вами на ТЫ не переходили!
                                            Во-вторых троллингом занимаетесь пока только Вы.
                                            В-третьих - Вы вместо аргументированной дискуссии постоянно скатываетесь к оскорблениям!

                                            • Aldo

                                              Magician, Дискуссия давно закончена, уже всё разжевано настолько, что даже 8 летний ребенок всё понял бы. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

                                              • Magician

                                                Aldo, Вы как раз и ведете себя как 8-летний ребенок, которому "ВСЁ ПОНЯТНО"!))
                                                Конкретно ответьте на простой вопрос: - Вы все 7 изотопов водорода называете ПРОТОНом?))

                                          • Magician

                                            Aldo, Ответьте четко по поводу изотопов водорода! Готовы Вы их ВСЕ называть ПРОТОНОМ несмотря на наличие нейтронов или...????

                                            • Aldo

                                              Magician, Мне кажется всё уже написано давно и про нахождение в природе изотопов и про реакцию протонирования воды и почему в химических реакциях свободный водород называют протоном. Всё что происходит сейчас с тобой – это истерика по поводу неспособности признать свою неправоту и попытка вцепиться за соломинку и выиграть хотя бы один аргумент про то, что изотопы не ведут себя как элементарные частицы. Да, их нельзя назвать протонами, но это неважно, потому что повсеместно встречается лишь протий, это написано везде. Я прошёл курс биохимии, физиологии, патофизиолгии и много всего – нигде нет ни одного упоминания про то, что свободный водород ведет себя как-то иначе, нежели как ЭЧ, и повсеместно в специфической литературе принято за правило ион водорода называть протоном. Пишу я сейчас просто потому что мне скучно, а вообще это глупая и бессмысленная дискуссия – что бы ты не написал и что бы ты не придумал, вот тебе факты: ион водорода в 99% случаев является протоном; в остальных 1% случаев необходимо наоборот указывать что это изотоп, потому что это необычное состояние водорода и никто с таким не работает; в реакции диссоциации химически чистый воды участвует обычный водород; во всей органической химии, насколько мне известно, участвует обычный водород. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

                                              • Magician

                                                Aldo, я тоже писал здесь от скуки))
                                                Ни в коей мере не сомневаюсь в Ваших познаниях в биохимии, физиологии, патофизиолгии и во многом всём)
                                                В данной статье мне не понравилась вольная фантазия автора, который написал о протонной проводимости, хотя имеет место быть обычная ионная проводимость.
                                                Также отмечу, что Вы ALDO, наконец то признали наличие изотопов у водорода и теперь уже пытаетесь сохранить гордый вид жонглируя процентами))
                                                Сами посчитайте сколько раз в комментах Вы меняли придуманное собой же процентное соотношение существующих изотопов водорода))

                                              • Magician

                                                Aldo, И ещё, уважаемый ALDO, отложите ненадолго Ваши науки и ознакомьтесь с простыми правилами этики общения.
                                                Иначе ценность Вашего интеллекта слегка омрачается грубоватыми манерами

                                                • Aldo

                                                  Magician, Я общаюсь нормально с теми, кто воспринимает аргументы, а не заводит истерику не разобравшись. Ты сразу начал наезжать как на статью, так и на тех кто писал, что там не электроны, а водород, так потом и прицепился к протону, теперь к изотопам, делаешь из себя самого умного, хотя мало того что ничерта не знаешь, так еще и не можешь залезть в гугл и разобраться. И я соблюдаю правила общения, мог бы тебя давно нах послать и не заморачиваться объяснениями. Спасибо лучше скажи, так бы и кричал про электронную проводимость чистой воды. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  8. Magician

    Главный враг знания не невежество, а иллюзия знания. © Стивен Хокинг

  9. DevilDmitry

    "Всем известно, что вода – отличный проводник электрического тока." Вот это смущает дико. И не меня одного.

  10. firstach ua

    Вода сама по себе електричесво не проводин, но електропроводимость изменяеться с добавлянием примесей например соли. Курс физики 9 клас. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  11. Skydreamer

    Да, бой был равный. :) Я как дилетант следил увлеченно. Скажите, а при прохождении реакции молекула воды теряет какой нибудь атом или остается при своих? 1. Дисстилят. 2. Соленая
    И еще, чем электролит отличается от чистой Н20? (отправлено из приложения Hi-News.ru)

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.