Връзките между съседните водни молекули не са чисто произволно разпределени: всяка водна молекула образува силна и слаба връзка. Това може да е ключ за обяснение на аномалиите на водата.
Айсбергите плуват върху вода, защото течната вода под тях има по-висока плътност от айсберга. Самата течна вода има най-висока плътност при 4°C - една от така наречените аномалии на водата, т.е. свойства на течности, които рядко се наблюдават при други течности.
Произходът на тези аномалии отдавна е обект на научни изследвания. Изследователи от Института Макс Планк за полимерни изследвания сега откриват още едно парче от пъзела, за да обяснят особеното поведение на водата.
Много от аномалните свойства на водата могат да бъдат проследени до специалните взаимодействия между отделните водни молекули - така наречените водородни връзки. Всяка водна молекула може да отдаде две от тези връзки - по една от всеки водороден атом - и да приеме две от тях от други, съседни молекули.
За разлика от леда, тези връзки се разкъсват и образуват отново средно 1 трилион пъти в секунда в течна вода, така че водните молекули да могат да бъдат събрани по-близо една до друга и да се движат много бързо. Поради бързото движение на водните молекули в течността, може да се предположи, че силата на отделните връзки към нейните съседи е чисто случайна.
Въпреки това екипът, ръководен от Йоханес Хънгер (Johannes Hunger), е открил, че разстоянията на водородните връзки не са произволни, а двете връзки на една молекула имат различна сила: Ако едната връзка е много силна – т.е. първата съседна водна молекула е много близо – втората водородната връзка е слаба - т.е. втората съседна водна молекула е по-далеч.
Н-свързване и вибрационна структура на водата. Кредит: Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-54804-y
Тези редуващи се разстояния на връзката водят до структуриране на номинално неподредената течност: ако преминете от една водна молекула към следващата и към тази след нея, винаги има силно свързана съседна молекула. В резултат на това в течността могат да се образуват структури като пръстени или вериги от водни молекули. Следователно структурата на течната вода не е просто произволно подреждане на отделни водни молекули, а следва определени правила.
За да получат тези резултати, учените разреждат вода с разтворител, за да могат да изследват отделни изолирани водни молекули. Те карат отделните атоми на водните молекули да вибрират с помощта на лазери и изследват как вибрациите си влияят една на друга. Това им позволява едновременно да измерват силата на отделните водородни връзки и силата на съседната връзка.
Проучването, публикувано наскоро в списание Nature Communications, допринася за цялостното разбиране на аномалиите на водата на молекулярно ниво.
Справка: Lucas Gunkel et al, Dynamic anti-correlations of water hydrogen bonds, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-54804-y
Източник: Liquid water molecules are inherently asymmetric: New insight into the bonds between water molecules, Christian Schneider, Max Planck Society
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари