Откриха ново състояние на водните молекули

Технологията разсейване на неутрони (неутронография) и компютърното моделиране показаха при екстремни условия уникално и неочаквано поведение на молекулите на водата, което не съответства на нито едно от известните състояния на това вещество, твърдо, течно или газообразно, съобщава phys.org.

Изследователи от Националната лаборатория в Оук-Ридж (Oak Ridge National Laboratory, ORNL) направиха експеримент, за да разберат, какво става с водата, когато е вътре в микропукнатини в скали, почва, както и по време на дифузия през клетъчни мембрани.

Те описват това състояние с термина "тунелно състояние на молекулите на водата".

В хода на експеримента молекулите на водата преминават в това състояние, когато се намират в шестостените каналчета вътре в кристала на берила. Диаметърът на тези канали е само 5 ангстрьома, тоест 10^-10 метра (средно отделен атом има около 1 ангстрьом в диаметър).

Изследователите откриват, че частиците имат доста странно поведение, процес на тунелиране - те преодоляват потенциалната бариера и имат квантово движение. Това състояние на H₂O се наблюдава от учените за първи път и не съответства на типичните форми на веществото.

^{Квантово-механичното тунелиране се случва, когато една квантова система спонтанно се преминава от едно състояние в друго състояние с по-ниска енергия, при наличие на енергийна бариера, придружено с излъчване на излишъка от енергия.}

Преди се е смятало, че такова явление съществува само в квантовата механика. "В този случай, атомите на кислорода и водорода са "делокализирани" и следователно едновременно имат шест позиции в симетричния канал", заяви водещият автор на изследването Александър Колесников. "Това е едно от тези явления, които се случват само в призрачния квантов свят и нямат аналози в света на обикновената физика".

^{Водни пръстени. Една молекула вода може да бъде ограничено в рамките на хексагонален канал на берил (вляво). Бледосините сфери показват позицията на един водороден атом на молекулата на водата, тъй като се проявява едновременно в шест симетрични позиции на канала. Тунелирането между тези ориентации означава, че атомът водорода не се намира в едно положение, а се "размазва" във форма на пръстен. Дясната фигура показва в пространствен мащаб в разпределението на електронната плътност на водорода, от синьо (ниска) до жълто (най-висока).}

Откриването на това състояние "квантово тунелиране" на водни молекули в берил, се очаква да помогне на учените да разберат термодинамичните свойства на водата в затворени пространства, като например въглеродни нанотръби, както и в различни геоложки условия.

Още по темата

26/10/2015

Физика

Как се преминава през стени в квантовия свят

26/10/2015

Физика

Ефектът на Зенон е потвърден: атомите не се движат, ако ги гледате