Department of Chemistry, IFM, LinköpingUniversity, SE-58183 Linköping, Sweden, email: annle@ifm.liu.se

Magic number (H₂O)₂₁+ cluster

Support National Science Foundation Department of Energy

Co-workers

R. A. Christie, J. Cui, E. M. Myshakin, T. H. Choi - Univ. Pittsburgh M. A. Johnson, J. -W. Shin, N. I. Hammer, E. G. Diken - Yale M. A. Duncan, R. S. Walters, T. D. Jaeger - Univ. of Georgia

Computational resources

• CMMS (Univ. of Pittsburgh) • Pittsburgh Supercomputing

In the last decade we have seen an emergence of a several new classes of bottled waters. These classes go by the several names: energetic, structured, clustered, electrolytic, and eloptic to name a few. The question that must be answered is, “What do these new classes mean and how can they help us live healthier happier lives?” To understand this we must first examine the basic physics of water. Water on the surface seems fairly simple. Combine 2 hydrogen atoms together with a receptive oxygen atom and you form the basic H2O molecule. In nature, these H2O molecules form complex patterns by grouping and clumping together into “clusters”. These clusters form around ions in the solution, and are in and ever changing state of flux. They expand and contract continuously, grouping into large clusters and then splitting apart into smaller ones. This flux or change in clusters is called the Brownian movement of water.

John von Neumann Institute for Computing

RogerA. Klein publishedin NICSymposium2006, G.M unster,D.Wolf,M.Kremer(Editors), Johnvon Neumann Institute for Computing, Julich, NIC Series, Vol. 32,ISBN3-00-017351-X,pp. 65-74,2006. 2006 by Johnvon Neumann Institutefor Computing

Permission to make digital or hardcopies of portions of this work for personal or classroomuseisgrantedprovidedthat thecopiesarenot madeor distributedfor pro t or commercial advantageandthat copies bear thisnoticeandthefull citationonthe rst page. Tocopyotherwise requirespriorspeci cpermission by the publishermentionedabove. www.fz-juelich.de/nic-series/volume32 Cooperativity in Large Water Clusters Liquid Water, Ice and Clathrates Roger A. Klein Institute for Physiological Chemistry University of Bonn, Nussallee 11, 53115 Bonn, Germany

Of the chemical reactions that can occur in aqueous solution, acid-base reactions are among the most pervasive and important. Although it is easy to specify the balanced chemical equation for such a reaction [HX(aq) oH+(aq) + X(aq), where H is a proton and Xis the conjugate base of the acid HX], it is far more difficult to characterize the structures of these solvated ions, particularly the solvated proton.

On page 1137 of this issue, Shin et al. (1) and Miyazaki et al. on page 1134 (2) use the powerful tool of infrared (IR) spectroscopy to probe protonated water clusters H+(H2O)nwith n = 6 to 27. By isolating and mass-selecting the large protonated water clusters in the gas phase, the researchers are able to record the IR spectra of each cluster size in this range, and thereby follow the development of the IR spectrum as a function of the number of water molecules in the cluster.

Shruti Maheshwary, Nitin Patel, and Narayanasami Sathyamurthy Department of Chemistry, Indian Institute of Technology, Kanpur, 208 016 India Anant D. Kulkarni and Shridhar R. Gadre Department of Chemistry, UniVersity of Pune, Pune, 411 007 India ReceiVed: August 15, 2001

Extensive ab initio calculations have been performed using the 6-31G(d,p) and 6-311++G(2d,2p) basis sets for several possible structures of water clusters (H2O)n, n ) 8-20. It is found that the most stable geometries arise from a fusion of tetrameric or pentameric rings. As a result, (H2O)n, n ) 8, 12, 16, and 20, are found to be cuboids, while (H2O)10 and (H2O)15 are fused pentameric structures. For the other water clusters (n ) 9, 11, 13, 14, and 17-19) under investigation, the most stable geometries can be thought of as arising from either the cuboid or the fused pentamers or a combination thereof.

Keywords: Water, Structure of water, Epitaxy, Succusion, Nanobubbles, Colloids.

This paper provides an interdisciplinary base of information on the structure of liquid water.
It begins with a synthesis built on the information base on the structure5 of noncrystalline,
inorganic, covalently-bonded condensed liquid phases, such as SiO2, S, Se, P, and H2O, which
exists in the materials science literature. The data for water are analyzed through the prism of
well-established algorithms in materials research: the connection of properties to structure;
the pressure-temperature (P-T) phase diagrams; the phenomenon of epitaxy; the phenomenon
of liquid-liquid phase separation; the stability of two phase colloids; and, the recently
discovered effects of weak magnetic and electric fields on the structure of simple inorganic
oxides. A thorough combing of the literature of the condensed matter properties reflecting
structural features of essentially pure water obtained via the normal processes of preparing
homeopathic remedies, provides another rich data base. 

2011, Dr. Ignat Ignatov, Sofia, Bulgaria

The Russian scientist Semihina studied the tangent of dielectrical losses physical indicator for water in different animals (Semihina, 2005). Names of animals in the figure from top to bottom – earth-worms (1), carassius fish (2), mouse (3), frog (4), hamster (5).

Tangent of dielectrical losses of water
of different animals, Semihina

The largest the extremities in this parameter, especially at 200 KHz or in the kilometer range of the e. m. waves, the highest level of evolutionary development of the animal. This is also an indicator for the “distancing” of the water in the different animals from the initial water for the origination of life. This is also an essential evidence that water is diverse in the various living creatures. When testing water in animals, there are differences in comparison with water in plants and natural waters. In animals bioelectric processes are more dynamic compared to plants. Mineral water, which interacts with calcium carbonate and sea water, is tested as a model system. Therefore it is difficult to make conclusions about the structure of water from bioelectrical indicators in animals without a parallel spectral analysis.

several ways in which their atoms can stack and lock in an orderly, rigid way.
Suppose that the sort of ice we skate upon and put into highballs—what we call
ice-l—is only one of several types of ice. Suppose water always froze as ice-l
on Earth because it never had a seed to teach it how to form ice-two, ice-three,
ice-four…? And suppose that there were one form, which we will call ice-nine,
a crystal as hard as this desk with a melting point of 130°F. And suppose that
one Marine had with him a tiny capsule containing a seed of ice-nine, a new
way for the atoms of water to stack and lock, to freeze. If that Marine threw that
seed into the nearest puddle…?”

1. 1. Avellaneda M., Majda A.J. 1992. Phys. Fluids A 4. 41.

2. 2. Bakewell H.P., Lumley J.L. 1967. Phys. Fluids 10. 1880.

3. 3. Balescu R., Senatorski A 1970. Ann. Phys. NY 58. 587.

4. 4. Balescu R. 1975 Equilibrium and Nonequilibrium Statistical Mechanics (New York: Wiley)

5. 5. Bazdenkov S.V., Kukharkin N.N. 1993 Phys. Fluids A 5. 2248.

6. 6. Batchelor G.K. 1952. Proc. Roy. Soc. A. 213. 349.

7. 7. Batchelor G.K. 1967. An Introduction to Fluid Dynamics (Cambridge: Cambridge University Press)

8. 8. Batchelor G.K. 1971. The Theory of Homogeneous Turbulence 2^nd edn (Cambridge: Cambridge University Press)

В предыдущих пунктах нами рассмотрены возможности методов перенормировки при создании теории турбулентности. Теперь мы сделаем попытку оценить успешность этих теорий. Фактически это означает, что мы хотим сравнить их предсказания с результатами, полученными из эксперимента. А под экспериментами будем подразумевать не только течения жидкости в лабораторных условиях или в естественных природных условиях, но также результаты прямого численного моделирования уравнений Навье Стокса на компьютерах.

Магнетизм возникает из-за того, что спины в узлах решетки выстраиваются друг за другом. Эта тенденция спинов к упорядочению противоположна тепловому воздействию, которое стремится создать беспорядок. Упорядочение возникает в виде случайной флуктуации на масштабах длин, изменяющихся от шага решетки (L₀) до некоторой корреляционной длины (скажем, x). Корреляционная длина зависит от температуры и становится бесконечной при температуре Кюри (или в критической точке). В критической точке появляются флуктуации всех масштабов от L₀ до размеров образца, поэтому наступает полная всеобщая магнетизация.

Теоретическая задача состоит в том, чтобы вычислить гамильтониан (и, следовательно, термодинамические свойства материала), который содержит члены взаимодействия в виде суммы по всем конфигурациям спинового взаимодействия. Тот факт, что все длины (в принципе) одинаково важны, вносит трудность, связанную с вопросом, с каких масштабов начать. Конечно, если некоторые масштабы исключены, то каким-то способом их влияние должно быть сохранено.

В этом пункте мы будем обращаться с проблемой замыкания моментов в теории турбулентности очень специфично. Начнем с общего формализма, часто называемого «лямбда-разложением», а затем продолжим рассмотрение конкретных теорий. Эти теории разделены на два класса. Сначала рассмотрим теории, которые несовместимы с колмогоровским распределением энергии по волновым числам, а затем те, которые совместимы.

Начать можно с того, что методы, которые мы обсуждаем, впервые появились в теории многих тел статистической физики. Для того чтобы дать представление об общем методе, рассмотрим случай реального газа, который лишь слегка неидеален. Очевидно, существует искушение представить это как возмущение идеального газа, в котором составляющие его частицы не взаимодействуют друг с другом. В микроскопической физике основной величиной, позволяющей нам вычислить статистическую сумму, является гамильтониан. Из статистической суммы находятся макроскопические свойства системы. Для идеального газа гамильтониан может быть записан как в виде суммы гамильтонианов отдельных частиц, т. е.

В этом пункте мы будем следовать схеме изложения, сходной со схемой пункта 2, интересуясь главным образом структурными основами турбулентности. То есть рассмотрим корреляции скоростей в двух или более точках (и моментах времени), тогда как в пункте 2 рассматривались только одноточечные корреляции. Основы такого подхода изложены Тейлором (1935) в статье, в которой были введены также понятия статистической однородности и изотропии, шаг, который перевел теорию турбулентности из разряда инженерной науки в разряд области физики. В следующей работе [Тейлор, 1938а] было завершено определение энергетического спектра через волновые числа (т. е. использовано преобразование Фурье от двухточечной пространственной корреляции), и, как мы теперь понимаем, вычисление этого спектра является главной целью фундаментальной теории турбулентности.

Динамика жидкости основана на изучении сравнительно простых течений: свободных струй и следов, пограничных слоев, прилегающих к твердой поверхности, течений в прямых трубах и плоских каналах. Эти классические течения образуют специальный случай и могут быть отнесены к течениям в пограничных слоях или (более общо) к двумерным потокам. При переходе к турбулентности нужно проявлять осторожность, когда имеется среднее двумерное течение, так как на самом деле турбулентное движение остается полностью трехмерным.

Для того чтобы представить непосредственно суть турбулентности как основного явления движения жидкости, рассмотрим стационарное среднее течение в плоском канале в качестве представительного примера. Кроме того, поскольку динамика жидкости не включается в обычный курс физики, мы начнем с краткого введения в математическое описание движения жидкости на уровне уравнений и рассмотрим способы их применения к простым ламинарным течениям.

Турбулентное движение жидкости является весьма привлекательной проблемой для исследователей. Турбулентное движение можно наблюдать очень часто в повседневной жизни, а, кроме того, для описания этого движения теоретически мы должны обратиться за помощью к квантовой теории поля. Последнее обстоятельство делает турбулентность предметом внимания все большего числа физиков-теоретиков.

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

московский физико-технический институт

(государственный университет)

ЛЕКЦИИ

ПО ТЕОРЕТИЧЕСКИМ МЕТОДАМ

ИССЛЕДОВАНИЯ ТУРБУЛЕНТНОСТИ

 В. С. Дорошенко, dorosh@inbox.ru

Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев

Литейное производство металлических заготовок является основной заготовительной базой машиностроительного комплекса, и от его развития зависят темпы развития машиностроения в целом как базовой отрасли промышленности. От качества и количества продукции литейных цехов во многом зависит уровень производства машин и механизмов.

        Дорошенко В.С., Кравченко В.П. (Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины)

Характерной особенностью современного технологического использования науки в материальном производстве является вовлечение в сферу исследования экологически безопасных материалов, пригодных для создания ресурсосберегающих процессов. В технологии литейного производства металлических деталей в песчаных формах (такой вид формовки дает 75-80% тоннажа отливок) не прекращается поиск оптимальных материалов для литейных моделей, отвечающих указанным критериям, имея ввиду, что наибольшую точность отливки при этом дает литье по одноразовым моделям.