Grupa naukowców po raz pierwszy zaobserwowała niezwykłą interakcję cząsteczek wody na poziomie atomowym

Międzynarodowa grupa naukowa składająca się z przedstawicieli National Accelerator Laboratory (SLAC USA), uniwersytetów Stanford i Sztokholm po raz pierwszy w historii wystąpiła bezpośrednia obserwacja procesu, podczas którego atomy wodoru tworzące cząsteczkę wody oddziałują z sąsiednimi cząsteczkami podczas ich wzbudzania wiązką lasera Swieta.

I tak odkryto niezwykły efekt, podczas którego atomy wodoru przyciągały atomy tlenu sąsiednich cząsteczek, a następnie były odpychane z siłą.

Prosta woda i jej złożone interakcje

Wszyscy doskonale wiemy, że każda cząsteczka wody składa się z jednego atomu tlenu i pary atomów wodoru. W tym przypadku sieć wiązań wodorowych, która działa między dodatnio naładowanymi atomami wodoru a ujemnie naładowane atomy tlenu sąsiednich cząsteczek zawierają niezliczoną liczbę cząsteczek wody razem.

To właśnie ta osławiona sieć wiązań wodorowych jest „winna” tak tajemniczych właściwości wody, ale do tej pory naukowcy nie mogą tego wizualnie zweryfikować.

W nowej pracy naukowej, po raz pierwszy w historii, inżynierowie mogli wizualnie zaobserwować, jak reakcja sieci wiązań wodorowych na impuls energetyczny ma krytyczną zależność od kwantowo-mechanicznej natury rozkładu atomów wodoru w Tom.

Tak więc w trakcie eksperymentu, aby zwizualizować interakcję, naukowcy wykorzystali SLAC MeV-UED, który jest zasadniczo szybkim „elektronicznym kamera ", zdolna do utrwalania drobnych ruchów cząsteczek dzięki wykorzystaniu efektu rozpraszania strumienia elektronów z rozważanego obiekt.

Naukowcy stworzyli więc wcześniej strumienie wody o grubości zaledwie 100 nanometrów i oświetlili je podczerwonym światłem laserowym, co spowodowało, że cząsteczki dosłownie wibrowały.

Następnie naukowcy zaczęli wysyłać krótkie impulsy wysokoenergetycznych elektronów do „podekscytowanych” cząsteczek wody.

Tak więc w trakcie takiego przetwarzania inżynierowie uzyskali obrazy przekształcającej się struktury atomowej cząsteczek o wystarczająco wysokiej rozdzielczości.

Po przeanalizowaniu uzyskanych obrazów inżynierowie stwierdzili, że gdy cząsteczka wody wchodzi w proces wibracji, początkowo jej atom wodoru przyciąga do siebie atom tlenu sąsiedniej cząsteczki, a dopiero potem odpycha go w ten sposób z nowo nabytym pędem, zwiększając międzycząsteczkowe dystans.

W tym przypadku przyciąganie atomów trwało 80 femtosekund, a cały proces przyciągania-odpychania trwał nie dłużej niż 1 pikosekundę.

Badania te pozwolą na lepsze zrozumienie wiązań wodorowych w pozornie prostej, ale w rzeczywistości najmniej zbadanej cieczy, jaką jest woda. A także zrozumieć naturę wielu reakcji chemicznych zachodzących w fazie roztworu.

Naukowcy podzielili się wynikami prac wykonanych na łamach czasopisma Nature.

Jeśli podobał Ci się materiał, oceń go i nie zapomnij zasubskrybować kanału. Dziękuję za uwagę!