Ученые впервые увидели процесс, который обеспечивает «странные» свойства воды
Ученые из Национальной ускорительной лаборатории SLAC министерства энергетики США, Стэнфордского и Стокгольмского университетов напрямую наблюдали, как атомы водорода в молекулах воды тянут и толкают соседние молекулы при возбуждении лазером. Это может объяснить странные свойства воды.
Исследование опубликовано в Nature, коротко о нем рассказывает лаборатория SLAC.
Некоторые свойства воды загадочны, и ученым до сих пор сложно их объяснить. Например, все жидкости становятся плотнее, когда температура падает. Максимальная плотность воды достигается при 4 °C. Поэтому менее плотный лед плавает на поверхности, а не погружается на дно. Водоемы замерзают сверху вниз, и их обитатели выживают. Еще одно необычное свойство воды — высокое поверхностное натяжение. Из-за него насекомые могут ходить по воде, а температура океана остается стабильной.
Каждая молекула воды содержит один атом кислорода и два атома водорода. Сеть водородных связей между положительно заряженными атомами водорода в одной молекуле и отрицательно заряженным атомом кислорода в соседней молекуле держит их вместе. Эта сложная сеть обеспечивает «странные» свойства воды, но до сегодняшнего дня никто не наблюдал напрямую, как молекулы взаимодействуют друг с другом.
Возлюби ближнего своего
Раньше было сложно наблюдать маленькие и быстрые движения водородных связей. Эксперимент удался благодаря высокоскоростной «электронной камере» MeV-UED.
Ученые создали струи воды толщиной в 100 нанометров (примерно в 1000 раз тоньше, чем человеческий волос) и заставили молекулы вибрировать с помощью лазерного луча. На камеру MeV-UED команда сделала множество снимков и объединила их в фильм.
Камера фокусировалась на группе из трех молекул воды. Оказалось, когда возбужденная лазером молекула начинает вибрировать, ее атомы водорода притягивают атомы кислорода соседних молекул, а затем отталкивают.
Исследователи надеются, что этот метод поможет разобраться в квантовой природе водородных связей. Тогда они поймут, что отвечает за «странные» свойства воды. Это важно, ведь ее необычные характеристики играют ключевую роль в химических и биологических процессах.
Физики выяснили, насколько жидкой может быть вода
Исследование показало, что вода имеет две разные молекулярные структуры
