Вчені зафіксували “квантовий ривок” між сусідніми молекулами води

вода, крапля води

Вода – найпоширеніша, але найменш зрозуміла рідина в природі. Вона демонструє багато дивної поведінки, яку вчені досі намагаються пояснити.

У той час, як більшість рідин стають щільнішими, коли вони охолоджуються, вода найщільніша при 39 градусах за Фаренгейтом, трохи вище точки замерзання. Ось чому лід пливе до верху поїлки, а озера замерзають від поверхні вниз, дозволяючи морському життю пережити холодну зиму. Вода також має надзвичайно високий поверхневий натяг, що дозволяє комахам ходити по її поверхні, і велику ємність для зберігання тепла, підтримуючи температуру океану стабільною.

Тепер команда, до складу якої входять дослідники з Національної прискорювальної лабораторії SLAC Департаменту енергетики, Стенфордського університету та Стокгольмського університету у Швеції, зробила перше безпосереднє спостереження за тим, як атоми водню у молекулах води тягнуть і штовхають сусідні молекули води, коли вони збуджуються лазерним світлом. Їхні результати, опубліковані в Nature сьогодні, виявляють ефекти, які могли б підкріпити ключові аспекти мікроскопічного походження дивних властивостей води і могли б призвести до кращого розуміння того, як вода допомагає білкам функціонувати в живих організмах.

“Хоча такий гіпотетичний так званий ядерний квантовий ефект лежить в основі багатьох дивних властивостей води, цей експеримент є першим, коли його спостерігали безпосередньо”,-сказав співавтор дослідження Андерс Нільссон, професор хімічної фізики зі Стокгольма. Університет. “Питання в тому, чи міг би цей квантовий ефект бути тією недостатньою ланкою в теоретичних моделях, що описують аномальні властивості води”.

Кожна молекула води містить один атом кисню та два атоми водню, а павутина водневих зв’язків між позитивно зарядженими атомами водню в одній молекулі та негативно зарядженими атомами кисню в сусідніх молекулах утримує їх усіх разом. Ця складна мережа є рушійною силою багатьох незрозумілих властивостей води, але донедавна дослідники не могли безпосередньо спостерігати, як молекула води взаємодіє з сусідами.

Знімки, які були сфокусовані на групах з трьох молекул води, показали, що коли збуджена молекула води починає вібрувати, її атом водню притягує атоми кисню до сусідніх молекул води, перш ніж відштовхувати їх зі своєю новознайденою силою, розширюючи простір між молекулами.

Вчені зафіксували "квантовий ривок" між  сусідніми молекулами води

“Низька маса атомів водню підкреслює їхню квантову хвильову поведінку”,- сказала співавторка Келлі Гафні, вчена із Стенфордського інституту імпульсів SLAC. “Це дослідження є першим, яке прямо продемонструвало, що реакція мережі водневих зв’язків на імпульс енергії в значній мірі залежить від квантово -механічної природи того, як атоми водню розташовані один від одного, що давно вважається відповідальним за унікальні властивості води та її мережі водневих зв’язків ».

Дослідники сподіваються використати цей метод, щоб краще зрозуміти квантову природу водневих зв’язків та їх роль у дивних властивостях води, а також ключову роль, яку ці властивості відіграють у багатьох хімічних та біологічних процесах.

“Це дійсно відкрило нове вікно для вивчення води”, – сказав Сіцзі Ван, видатний науковий співробітник SLAC та співробітник дослідження. “Тепер, коли ми нарешті можемо побачити рух водневих зв’язків, ми хотіли б з’єднати ці рухи з більш широкою картиною, яка могла б пролити світло на те, як вода призвела до зародження і виживання життя на Землі, і проінформувати про розвиток методів відновлюваної енергії.”

Раніше ми повідомляли про те, що вчені встановили справжній колір Всесвіту.

Коментуйте: