Skupina vědců poprvé pozorovala neobvyklou interakci molekul vody na atomové úrovni

Poprvé v historii vystoupila mezinárodní vědecká skupina složená ze zástupců National Accelerator Laboratory (SLAC USA), Stanford a Stockholmských univerzit přímé pozorování procesu, během kterého atomy vodíku, které tvoří molekulu vody, interagují se sousedními molekulami během jejich buzení laserovým paprskem Sveta.

A tak byl objeven neobvyklý efekt, během kterého atomy vodíku přitahovaly atomy kyslíku sousedních molekul a poté byly silou odpuzovány.

Jednoduchá voda a její komplexní interakce

Všichni velmi dobře víme, že každá molekula vody se skládá z jednoho atomu kyslíku a dvojice atomů vodíku. V tomto případě síť vodíkových vazeb, která působí mezi kladně nabitými atomy vodíku a negativně nabité atomy kyslíku sousedních molekul obsahují nespočetné množství molekul vody spolu.

Je to tato notoricky známá síť vodíkových vazeb, která je „vinna“ tak tajemnými vlastnostmi vody, ale až dosud to vědci nemohou vizuálně ověřit.

V nové vědecké práci mohli inženýři poprvé v historii vizuálně sledovat, jak reakce sítě vodíkových vazeb na energetický impuls má kritickou závislost na kvantově-mechanické povaze distribuce atomů vodíku v objem.

V průběhu experimentu tedy vědci k vizualizaci interakce použili SLAC MeV-UED, což je v podstatě vysokorychlostní „elektronika“ kamera “, schopná zaznamenávat nevýznamné pohyby molekul v důsledku využití efektu rozptylu elektronového toku z uvažovaného objekt.

Vědci tedy dříve vytvořili proudy vody, které jsou silné jen 100 nanometrů, a osvětlili je infračerveným laserovým světlem, díky kterému molekuly doslova vibrují.

Poté začali vědci posílat krátké pulsy vysokoenergetických elektronů na „vzrušené“ molekuly vody.

V průběhu takového zpracování tedy inženýři získali obrazy transformující atomové struktury molekul s dostatečně vysokým rozlišením.

Po analýze získaných obrázků inženýři zjistili, že se ukazuje, že když molekula vody vstoupí do vibračního procesu, její atom vodíku zpočátku přitahuje k sobě atom kyslíku sousední molekuly a teprve poté jej tímto způsobem odpuzuje nově získanou hybností, čímž se zvyšuje intermolekulární vzdálenost.

V tomto případě došlo k přitažení atomů za 80 femtosekund a celý proces odpuzování přitažlivosti netrval déle než 1 pikosekundu.

Tento výzkum umožní lepší pochopení vodíkových vazeb ve zdánlivě jednoduché, ale ve skutečnosti nejméně studované kapalině, jako je voda. A také pochopit povahu mnoha chemických reakcí, ke kterým dochází ve fázi roztoku.

Vědci sdíleli výsledky odvedené práce na stránkách časopisu Nature.

Pokud se vám materiál líbil, ohodnoťte jej a nezapomeňte se přihlásit k odběru kanálu. Děkuji za pozornost!