Skupina vedcov prvýkrát pozorovala neobvyklú interakciu molekúl vody na atómovej úrovni

Po prvý raz v histórii vystúpila medzinárodná vedecká skupina pozostávajúca zo zástupcov amerického Národného laboratória akcelerátora (SLAC), Stanfordskej univerzity a Štokholmskej univerzity. priame pozorovanie procesu, počas ktorého atómy vodíka, ktoré tvoria molekulu vody, interagujú so susednými molekulami počas ich excitácie laserovým lúčom Sveta.

A tak bol objavený neobvyklý efekt, počas ktorého atómy vodíka priťahovali atómy kyslíka susedných molekúl a potom boli silou odpudzované.

Jednoduchá voda a jej komplexné interakcie

Všetci veľmi dobre vieme, že každá molekula vody pozostáva z jedného atómu kyslíka a páru atómov vodíka. V tomto prípade ide o sieť vodíkových väzieb, ktorá pôsobí medzi pozitívne nabitými atómami vodíka a negatívne nabité atómy kyslíka susedných molekúl obsahujú nespočetné množstvo molekúl vody spolu.

Je to táto notoricky známa sieť vodíkových väzieb, ktorá je „vinná“ za také záhadné vlastnosti vody, ale vedci to doteraz nevedia vizuálne overiť.

V novej vedeckej práci mohli inžinieri prvýkrát v histórii vizuálne sledovať, ako reakcia siete vodíkových väzieb na energetický impulz je kriticky závislý od kvantovo-mechanickej povahy distribúcie atómov vodíka v objem.

Počas experimentu teda vedci na vizualizáciu interakcie použili SLAC MeV-UED, čo je v podstate vysokorýchlostný „elektronický“ kamera “, schopná fixovať menšie pohyby molekúl v dôsledku využitia efektu rozptylu elektrónového toku z uvažovaného predmet.

Vedci teda predtým vytvorili prúdy vody, ktoré sú hrubé iba 100 nanometrov, a osvetlili ich infračerveným laserovým svetlom, vďaka ktorému molekuly doslova vibrujú.

Potom vedci začali posielať krátke impulzy vysokoenergetických elektrónov do „vzrušených“ molekúl vody.

V priebehu takéhoto spracovania teda inžinieri dostali obrázky transformujúcej sa atómovej štruktúry molekúl s dostatočne vysokým rozlíšením.

Po analýze získaných obrázkov inžinieri zistili, že sa ukazuje, že keď molekula vody vstúpi do vibračného procesu, jej atóm vodíka spočiatku priťahuje k sebe atóm kyslíka susednej molekuly a až potom ho odpudí novo získanou hybnosťou, čím sa zvýši intermolekulárna vzdialenosť.

V tomto prípade došlo k príťažlivosti atómov za 80 femtosekúnd a celý proces príťažlivosti-odpudenia netrval dlhšie ako 1 pikosekundu.

Tento výskum umožní lepšie porozumieť vodíkovým väzbám v zdanlivo jednoduchej, ale v skutočnosti najmenej študovanej kvapaline, ako je voda. A tiež pochopiť povahu mnohých chemických reakcií, ktoré sa vyskytujú vo fáze roztoku.

Vedci sa podelili o výsledky práce vykonanej na stránkach časopisu Nature.

Ak sa vám materiál páčil, ohodnoťte ho a nezabudnite sa prihlásiť na odber kanála. Ďakujem za tvoju pozornosť!