Egy kutatócsoport új megközelítést alkalmazott a víz elemzésére, amelynek folyamán érdekes dolgokra lettek figyelmesek.


A fizikusok tudják, hogy a hidrogénkötés jelensége kulcsszerepet játszik a víz számos furcsa és csodálatos konfigurációjában, bizonyos részletek, mint például, hogy pontosan hogyan is működik ez, meglehetősen homályosak egyelőre – írja a Sciencealert.

Egy nemzetközi kutatócsoport új megközelítést alkalmazott a folyékony vizet alkotó részecskék helyzetének leképezéséhez, femtoszekundumos pontossággal rögzítve elmosódásukat, hogy feltárja, hogyan tolong a hidrogén és az oxigén a vízmolekulákon belül.

Az eredményeik talán nem segítenek abban, hogy jobb csésze teát készítsünk, de nagyban hozzájárulnak a hidrogénkötések kvantumos modellezéséhez, ami javíthatja azokat az elméleteket, amelyek megmagyarázzák, hogy miért rendelkezik a víz - amely az általunk ismert élet számára létfontosságú - ilyen érdekes tulajdonságokkal.

Ez valóban új ajtót nyitott a víz tanulmányozásához. Most, hogy végre láthatjuk a hidrogénkötések mozgását, szeretnénk ezeket a tágabb képhez kapcsolni, ami fényt deríthet arra, hogyan vezetett a víz a földi élet keletkezéséhez és fennmaradásához, és informálhatja a megújuló energiamódszerek fejlesztését

- mondja Xijie Wang, az amerikai Energiaügyi Minisztérium SLAC Nemzeti Gyorsító Laboratóriumának fizikusa.

Egyetlen vízmolekulában egy háromoldalú őrizeti harc folyik az elektronokért két hidrogénatom és egyetlen oxigén között. Mivel az oxigénnek sokkal több protonja van, mint a két gyengébbik társának, valamivel több elektronszeretet jut a molekula elektronjaiból. Így mindkét hidrogénnek a szokásosnál valamivel több elektronmentes ideje marad. Az apró atomok nem éppen pozitív töltetűek, de ez egy V alakú molekulát eredményez, amelynek finoman pozitív csúcsai lejtősen helyezkednek el, a magja pedig enyhén negatív.

Linus Nylund /Unsplash

Amennyiben elég energiával ütköztetünk több ilyen molekulát, a kis töltésváltozások ennek megfelelően rendeződnek el, az azonos töltések távolodnak egymástól és az ellentétes töltések közelednek egymáshoz. Mindez elég egyszerűen hangzik, de a folyamat mögött álló „motor" minden, csak nem egyszerű. Az elektronok különböző kvantumtörvények hatására száguldoznak, ami azt jelenti, hogy minél közelebbről nézzük őket, annál kevésbé lehetünk biztosak bizonyos tulajdonságaikban.

Korábban a fizikusok az ultragyors spektroszkópiára támaszkodtak, hogy megértsék, hogyan mozognak az elektronok a víz kaotikus kötélhúzásában: fényfotonokat fogtak el és az elektronok helyzetének feltérképezéséhez elemezték azok hullámprofilját.

Sajnos ez kihagyja a buliból a vizsgálat egy döntő részét - magukat az atomokat. Az atomok távolról sem passzív szemlélők, hanem a körülöttük mozgó kvantumerők hatására meghajlanak és meginganak.

A hidrogénatomok kis tömege kiemeli kvantumhullám-szerű viselkedésüket
- mondja Kelly Gaffney, a SLAC fizikusa.

Ahhoz, hogy betekintést nyerjenek az atomok elrendeződésébe, a csapat egy úgynevezett Megaelektronvoltos ultragyors elektron-diffrakciós műszert, vagy MeV-UED-et használt. Ez a SLAC Nemzeti Gyorsító Laboratóriumában található készülék elektronokkal zúdítja a vizet, amelyek a molekulákról visszapattanva döntő fontosságú információkat hordoznak az atomok elrendezéséről.

Elegendő pillanatfelvétellel sikerült nagy felbontású képet készíteni a hidrogén rázkódásáról, ahogy a molekulák meghajlanak és elhajlanak körülöttük, felfedve, hogyan rángatják maguk felé az oxigént a szomszédos molekulákból, mielőtt erőszakosan visszalöknék őket.

Most, hogy az eszköz elvileg működik, a kutatók tanulmányozhatják vele a vízmolekulák turbulens áramlását, ahogy a nyomás emelkedik és a hőmérséklet csökken megfigyelhetik, hogyan reagál a víz az életet építő szerves oldott anyagokra, de az is elképzelhető, hogy extrém esetben elképesztő új fázisokat képez.

A figyelmetekbe ajánljuk