background image

 

64

между  атомами  кислорода  молекул  воды;  далее  эта  система  превращается  в  фазу  с 
Н-связями.  Разрушение  молекулярных  микрокластеров  завершается  к 35-37 

0

С,  и 

весь  объем  воды  становится  однородным  или  однофазовым,  и  дальнейший  ее 
нагрев сопровождается увеличением теплоемкости, как и у всех веществ. 

Следует  обратить  особое  внимание  на  то,  что  нормальная  температура  тела 

человека  как  раз  составляет 36-37 

0

С;  при  этой  температуре  происходят  все 

биохимические реакции, необходимые для жизнедеятельности человека. 

Следует  заметить,  что  атомные  кластеры  ведут  себя  совсем  не  так  как 

макроскопические  системы,  составленные  из  тех  же  атомов.  Отличие  проявляется, 
когда  система  претерпевает  фазовое  превращение  при  нагревании;  при  этом 
атомные  кластеры  проявляют  отрицательную  теплоемкость.  В  работе [16] такой 
эффект  был  обнаружен  для  кластера  из 147 атомов  натрия.  При  подводе  тепла  к 
системе  кинетическая  энергия  атомного  движения  (а  следовательно,  и 
температура)  уменьшилась;  это  означает,  что  система  имеет  отрицательную 
теплоемкость.  Результаты  работы [16] показали,  что  при  подводе  энергии  в 1 эв 
температура 147-атомного кластера уменьшилась на 10 

0

К! 

Как  уже  отмечалось  в  разделе 8 состояние  жидкой  воды  неоднократно 

изучалось  методом  ИК-спектроскопии [9-11]. В  ИК-спектрах  воды  изучались 
валентные,  деформационные,  либрационные  и  трансляционные  колебания  молекул 
воды. 

Валентные  и  деформационные  колебания  молекул  воды – это  колебания, 

отражающие внутренние связи между атомами в молекуле НОН. 

Межмолекулярные  колебания – это  колебания  комплекса,  составленного  из 

молекул,  в  котором  молекула  воды  движется  как  единое  целое;  к  ним  относятся 
либрационные и трансляционные колебания. 

Либрационные  колебания  связаны  с  поворотами  молекулы  как  целого  вокруг 

некоторой  оси.  Трансляционные  колебания  молекул  воды – это  колебания 
связанных между собой молекул воды, при которых смещаются их центры тяжести. 

В 

работе [17] рассматривалось 

температурное 

поведение 

полос 

межмолекулярных  колебаний  воды.  Изучалась  как  обычная  вода (H

2

O),  так  и 

тяжелая (D

2

O). 

По 

причине 

больших 

экспериментальных 

трудностей 

температурные  измерения  низкочастотных  полос  поглощения  воды  были 
проведены  в  узком  интервале  температур: 5-75 ºС (H

2

O)  и 5-50 ºС (D

2

O) [17] (см. 

рис. 12). 

 

Рис. 12. Температурные изменения полос межмолекулярных колебаний жидкой 

воды [17]. 

а – либрационные колебания, б – трансляционные колебания. 

Низкая 

частота 

полосы 

трасляционных 

колебаний 180-200 см-1 

свидетельствует  о  значительной  массе  колеблющихся  частиц  и  не  высокой  энергии 
их  связей.  Полоса  либрационных  колебаний  воды  с  частотой  около 

700  см

- 1

  при