En grupp forskare observerade för första gången en ovanlig interaktion mellan vattenmolekyler på atomnivå

En internationell vetenskaplig grupp bestående av representanter från National Accelerator Laboratory (SLAC USA), Stanford och Stockholms universitet för första gången i historien direkt observation av processen under vilken väteatomer som utgör en vattenmolekyl interagerar med närliggande molekyler under deras excitation av en laserstråle Sveta.

Och sålunda upptäcktes en ovanlig effekt, under vilken väteatomer lockade syreatomer i angränsande molekyler, och sedan avvisades de med kraft.

Enkelt vatten och dess komplexa interaktioner

Vi vet alla mycket väl att varje vattenmolekyl består av en enda syreatom och ett par väteatomer. I detta fall nätverket av vätebindningar, som verkar mellan positivt laddade väteatomer och negativt laddade syreatomer i närliggande molekyler rymmer ett otaligt antal vattenmolekyler tillsammans.

Det är detta ökända nätverk av vätebindningar som är "skyldiga" till sådana mystiska egenskaper hos vatten, men tills nu kan forskare inte visuellt verifiera detta.

I ett nytt vetenskapligt arbete kunde ingenjörer för första gången i historien visuellt observera hur reaktionen mellan nätverket av vätebindningar och energiimpulsen har ett kritiskt beroende av den kvantmekaniska karaktären av fördelningen av väteatomerna i volym.

Så under experimentets gång, för att visualisera interaktionen, använde forskare SLAC MeV-UED, som i huvudsak är en höghastighets "elektronisk kamera ", som kan registrera obetydliga rörelser av molekyler på grund av användningen av effekten av spridning av elektronflödet från den övervägda objekt.

Så forskare har tidigare skapat vattendrag, som bara är 100 nanometer tjocka, och belyst dem med infrarött laserljus, vilket fick molekylerna att bokstavligen vibrera.

Därefter började forskare skicka korta pulser av elektroner med hög energi till de "upphetsade" vattenmolekylerna.

Så under sådan behandling erhöll ingenjörer bilder av molekylernas transformerande atomstruktur med en tillräckligt hög upplösning.

Efter att ha analyserat de erhållna bilderna fann ingenjörerna att det visar sig att när en vattenmolekyl går in i en vibrationsprocess börjar dess väteatom initialt drar till sig en syreatom i en närliggande molekyl till sig själv, och först avvisar den med en nyförvärvad fart på detta sätt, vilket ökar den intermolekylära distans.

I detta fall inträffade attraktionen av atomer på 80 femtosekunder, och hela processen med attraktionsavstötning tog inte mer än 1 pikosekund.

Denna forskning kommer att möjliggöra en bättre förståelse av vätebindningar i en till synes enkel men faktiskt den minst studerade vätskan som vatten. Och förstår också arten av många kemiska reaktioner som uppstår i lösningsfasen.

Forskare har delat resultaten av arbetet på tidningarna Nature.

Om du gillade materialet, betygsätt det och glöm inte att prenumerera på kanalen. Tack för din uppmärksamhet!