Неупругое рассеяние в воде

Понижение диэлектрической проницаемости граничных слоев воды следует также из молекулярно-динамических оценок изменений вращательной подвижности диполей воды [4] п подтверждается исследованиями структуры воды в тонких прослойках методом неупругого рассеяния нейтронов и ЯМР. Так, для дисперсий кремнезема времена релаксации молекул воды в граничном слое 1 нм в 5—10 раз превышают объемные значения [39]. Методом электронного спинового резонанса показано, что подвижность спиновой метки снижается с уменьшением радиуса пор силикагеля от 5 до 2 нм [40]. [c.14]

Для измерения микроскопического коэффициента самодиффузии в некоторых работах [622, 623] использовали метод неупругого рассеяния нейтронов (НРН). Время наблюдения для данного метода составляет 10 с. Полученные с помощью ЯМР и НРН величины Dos для граничной воды приблизительно на порядок ниже величин Dop для объемной воды [620]. [c.240]

Уникальными возможностями обладает метод нейтронографии, успешно применяемый для исследования твердых тел и жидкостей, веществ с близкими и достаточно далекими атомными номерами, а также соединений, содержащих изотопы одного и того же вещества. По угловому распределению интенсивности рассеяния медленных нейтронов впервые удалось определить пространственное расположение атомов водорода и длины водородных связей в обычной и тяжелой воде, обнаружить наличие ближайшего ориентационного порядка, существующего в этих жидкостях наряду с ближним координационным порядком. Опыты по неупругому рассеянию медленных нейтронов продемонстрировали коллективный характер теплового движения атомов и молекул в жидкостях, подтвердили теоретические предсказания Л. Д. Ландау о существовании в жидком гелии квазичастиц двух типов фононов и ротонов. В настоящее время эти дифракционные методы являются составной частью физики твердого тела, физического материаловедения, молекулярной физики, биофизики и биологии. Они взаимно дополняют друг друга, имеют свою специфику, преимущества и ограничения, связанные с различием физических свойств рентгеновского излучения, электронов и нейтронов. На современном этапе при проведении структурных исследований используется новейшая аппаратура и вычислительная техника. Помимо навыков работы с ними от специалиста требуется знание теории рассеяния, основ статистической и атомной физики, природы сил взаимодействия атомов и молекул. [c.6]

Молекулы воды, соединенные водородными связями, не могут свободно вращаться вокруг своих центров масс. Колебательное и вращательное движения молекул НаО в значительной степени заторможены действием направленных водородных связей. Об этом свидетельствуют также данные неупругого рассеяния медленных нейтронов. з ,мэв Напомним, что нейтронные исследования динамики жидкостей основаны на измерении энергетического распределения нейтронов, неупруго и квазиупруго рассеянных под [c.234]

Методы, которые дают информацию о У-структуре, — это методы, использующие излучение или частицы, которые взаимодействуют с жидкостью только в течение короткого периода времени и обмениваются регистрируемой долей своей эиергии с молекулами в жидкости. Инфракрасная и рамановская спектроскопия так же, как и неупругое рассеяние нейтронов, удовлетворяет этим требованиям и является главным источником информации о У-структуре жидкости (рис. 4.2). Рассеяние нейтронов дает информацию о промежутках времени продолжительностью 10 " с. Поскольку это время совпадает с периодом Тп, рассеяние нейтронов является полезным методом исследования природы перемещения временных положений равновесия. Исследования релаксации диэлектрической поляризации и ядерного магнитного резонанса применяются для определения среднего времени между перемещениями. Порядок, в котором ниже рассматриваются свойства воды, основан на временном масштабе, о котором дают информацию указанные методы. [c.159]

На рис. 9.6,6 приведен спектр неупругого рассеяния нейтронов под углом 90° в воде при комнатной температуре. Максимум около 5,2 МэВ представляет собой энергетический спектр падающего нейтронного пучка, монохроматизированного поликристаллическим бериллием. Максимумы при энергиях 66 26 13 10 МэВ соответствуют различным типам квантовых движений молекул в воде. Максимум при 66 МэВ можно приписать заторможенным вращениям молекул Н2О, а максиму мы при 13 и 10 МэВ — максимальной частоте заторможенных транс ляций, аналогичных акустическим колебаниям кристаллической ре шетки льда. Внутримолекулярные колебания молекулы Н2О с энерги ями примерно 200 и 400 МэВ в данном эксперименте не проявились В случае тяжелой воды максимумы в энергетическом спектре рассеян ных нейтронов обнаружены при 52 20 14 и 10 МэВ. Более низкое зна [c.235]

Наиболее короткими являются времена релаксации, связанные с упругой деформацией в воде. Время релаксации диэлектрической дисперсии приблизительно на порядок больше времени упругой деформации. Процесс диэлектрической дисперсии связан с переориентацией частиц в электрическом поле и требует для своего осуществления освобождения их от водородных связей. С освобождением от связей с ближайшими соседями связан и процесс самодиффузии молекул. По-видимому, эти процессы надо характеризовать другим микроскопическим временем Тг- Это время измеряется в экспериментах по неупругому рассеянию нейтронов. Время Тн о- н- ч-Он" характеризует процесс диссоциации молекулы на ионы и является характеристикой межмолекулярного взаимодействия в воде, обусловленного переходами протонов от молекулы к молекуле. [c.128]

Таким образом, запщта должна иметь в своем составе водород (вода, полиэтилен) или другое легкое вещество (графит) для замедления быстрых и промежуточных нейтронов при упругом рассеянии, тяжелые элементы (железо, свинец) для замедления быстрых нейтронов в процессе неупругого рассеяния и ослабления от захватного у-излучения, элементы с высоким эффективным сечением поглощения тепловых нейтронов (кадмий, бор). [c.55]

Цель данного обзора - обсуждение результатов изучения воды и ионных растворов, полученных методом дифракции рентгеновских лучей и относительно новым спектроскопическим методом неупругого рассеяния нейтронов (НРН). Недавние исследования, проведенные методом дифракции рентгеновских лучей, дали информацию относительно расстояний между ближайшими и более удаленными молекулами воды и координации пар типа вода—вода, ион—вода и ион-ион в растворе. Полученные данные позволяют также оценить радиус корреляции, среднее число соседних молекул в каждом типе и средние амплитуды колебаний. Результаты таких измерений можно использовать либо для построения моделей, либо для проверки имеющихся моделей, если они являются достаточно совершенными и позволяют количественно предсказать структурные характеристики. К сожалению, как отмечается в работе [5], рентгеновские исследования жидкостей дают информацию только о вероятности нахождения ряда атомных пар данного типа на некотором расстоянии от какого-либо атома. Эта информация является одномерной, тогда как представляющие интерес структуры являются трехмерными, и, следовательно, соответствие модели рентгеновским данным является необходимым, но недостаточным условием. [c.205]

Спектры неупругого рассеяния водных растворов отклоняются от спектра воды в следующих последовательностях [c.269]

Мл раствору спектр неупругого рассеяния изменяется от спектра, характеризующего "упрочненный" растворитель, к спектру, характеризующему первые гидратные слои ионов. Соответственно для молекул воды, находящихся вблизи первого гидратного слоя иона, время оседлой жизни увеличивается, а коэффициент самодиффузии уменьшается. [c.289]

Проведенное детальное сопоставление расчетных трансляционных колебаний льда h (нижняя зона фононного спектра) с экспериментальными данными по неупругому рассеянию нейтронов показало вполне удовлетворительное их согласие во всей области частот. Частоты либрационных колебаний для льда 1н (верхняя зона спектра) лежат в интервале 530—985 m 1, что достаточно хорошо согласуется с ранее проведенными расчетами, которые дали интервал колебаний 558—927 см . Полученных данных, по мнению авторов этих работ, вполне достаточно, чтобы говорить о применимости потенциала SP при расчетах динамических свойств твердых фаз воды (льдов и клатратных каркасов). Это позволило перейти к аналогичному исследованию частот колебаний пустого клатратного каркаса кубической [c.77]

Рис. 9.6. Энергетический спектр нейтронов, рассеянных квазиупруго (а) н неупруго водой под углом 90° (б) . ...... спектр нейтронов первичного пучка

При прохождении быстрых нейтронов через вещество наряду с ядерными реакциями происходит неупругое их рассеяние. В результате рассеяния энергия нейтронов уменьшается. Этот процесс называется замедлением нейтронов. В качестве замедлителей нейтронов обычно используют вещества, содержащие элементы с малым порядковым номером водород, дейтерий, углерод и т. п. Такими веществами могут быть, например, вода, парафин, графит. Медленные (тепловые) нейтроны находятся в тепловом равновесии с окружающей средой, и при 25° С их средняя энергия равна 0,025 эв, а средняя скорость — 2200 см/сек. [c.220]

Сравнение экспериментальных значений Ае(х ) с теоретическим показывает, что для описания теплового движения молекул воды модель непрерыв1юй диффузии совершенно неприменима. Удовлетворительное согласие экспериментальных данных с теоретическими получается в квазикристаллической модели, если для нее О = 1,85-10 м /с То = 2- Ю с т = О, т. е. молекула воды большую часть времени совершает колебательное движение в окружении своих соседей. Более детальное представление о динамике молекул в воде можно получить, анализируя неупругое рассеяние монохроматических медл енных нейтронов. [c.235]

Представляет интерес влияние концентрации на спектр раствора K NS (рис, 17), При концентрации 4,6 Мл спектр раствора K NS мало отличается от спектра воды в области неупругого рассеяния. [c.293]

Водные растворы электролитов обладают целым рядом особых, уникальных свойств, выделяющих их из общего ряда жидких растворов. Основной причиной этого служит проявление структуры воды в специфике взаимодействия ио1 вода. Гидратация ионов может быть охарактеризована так называемыми эффектами гидратации. Их количественной мерой являются термодинамические характеристики, изотопные эффекты гидратации, химические сдвиги ЯМР, смещение полос поглощения в ИК-спектрах, изменение частот спин-рещеточной релаксации, изменение дифракционных картин рассеяния рентгеновских лучей и неупругого рассеяния нейтронов и др. При интерпретации указанных проявлений гидратации все большее место занимают структурные представления, поскольку они позволяют глубже оценить роль среды в ионных реакциях в растворах. [c.136]

В связанном состоянии молекула воды имеет три типа крутильных колебаний. В спектре жидкой воды обнаруживаются две полосы, около 710 и 500 см (табл. 3, столбцы 7 и 8), которые могут быть обусловлены колебаниями vp " [26, 27]. В интерпретации второй из этих полос среди исследователей нет единого лшения. Так, Хорниг и др. [38] относят ее к комбина-щюнному колебанию vp—vo. Однако такое отнесение, по-видимому, неверно, так как в КР-спектрах при неупругом рассеянии нейтронов водой обе полосы проявляются с выигрышем в энергии [43, 44]. Другое объяснение полосы 500 см" дает Вестон [24]. [c.46]

Наличие связанных структур воды можно обнаружить не только методом протонного магнитного резонанса в виде двух дополнительных пиков к основному пику [39], но и методом неупругого рассеяния нейтронов, спектр которого отражает подвижность молекул в жидкости [159]. Во временном спектре рассеяния нейтронов на воде отмечаются низкоэнергетические максимумы при е=12Мэв и е=23Мэв, связанные с заторможенными движениями молекул воды, принадлежащих к трансляционным колебаниям молекул. Сравнивая полученные энергии с подвижностями ионов № и ОН , равными при 15 С Л =300, = 165 [ 159], находим, что отношение энергий в спектре рассеяния нейтронов и подвижностей совпадают с точностью 5%. Последнее указывает на жесткую связь ионов с ассоциатами воды. [c.55]

НИИ кинетич. энергия относит, движения частиц остается постоянной, но меняется направление их движения, т. е. поток И.И. рассеивается при неупругих процессах кинетич. энергия И.И. мсходуется на ионизацию и возбуждение частиц среды. Для потока электронов характерны упругое рассеяние иа ядрах атомов среды и неупругие процессы-ионизация и возбуждение атомов и молекул при взаимод. с их электронньини оболочками (ионизационные потери) и генерация тормозного излучения при взаимод. с атомными ядрами (радиационные потери). Если энергия электронов не превышает 10 МэВ, во всех средах преобладают иоиизац. потери. Для потока ускоренных иоиов ионизац. потери доминируют при всех энергиях. Энергия, передаваемая заряженной частицей данному в-ву на единице длины ее пути, наз. тормозной способностью в-ва = dE dl ( -энергия, теряемая частицей при прохождении элементарного пути dl). Значение снижается с увеличением энергии заряженных частиц и растет с повышением ат. номера элемента, из к-рого состоит в-во среды. Глубина проникновения заряженных частиц в в-во характеризуется пробегом Л в воде ддя ионов Не с энергией 5,3 МэВ Д составляет 39 мкм, для электронов с энергией 5 МэВ-2,5 см. [c.254]

Нейтроны, рассеянные молекулами решетки или квазирешетки жидкости, могут когерентно взаимодействовать. Однако поскольку взаимодействие, приводящее к рассеянию, зависит от спиновой ориентации нейтронов и ядер, случайная ориентация спинов ядер, в частности различие спинов для разных изотопов, нарушает когерентность и приводит к появлению некогерентной составляющей. Как когерентный, так и некогерентный спектры могут иметь упругую и неупругую составляющие, соответствующие нейтронам, рассеянным без изменения энергии, и нейтронам, увеличившим или потерявшим энергию. Как показано ниже, сечение когерентного рассеяния содержит информацию о пространственно-временной коррелятивной функции С (г, ). Однако для легкой воды и ионных растворов в легкой воде рассеяние почти на 95% некогерентно из-за протонов. Поэтому при рассмотрении данных, приведенных в разд. IV и V, принимается во внимание в основном некогерентное рассеяние, несущее информацию об автокоррелятивной фунщдии (г, г). [c.209]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология