Vandens struktūros tyrimas tęsiasi • Igoris Ivanovas • Mokslinės naujienos apie "Elementus" • Fizika

Tyrimas vandens struktūros tęsiasi

Vandens molekules galima sujungti į mažas grupes – klasterius. Jų gyvenimas yra trumpalaikis, todėl juos sunku mokytis. Tik neseniai pasirodė, kad vandens telkiniai turi didelius elektrinius dipolinius momentus (vaizdas iš svetainės www.ganil.fr)

Subtilus eksperimentas vienareikšmiškai parodė, kad vandens telkiniai turi didelius elektrinius dipolinius momentus. Be to, pasirodė, kad atskiri grupeliai neužšąla net minus 150 laipsnių Celsijaus. Vandens struktūra tampa dar įdomesnė nei anksčiau.

Nepaisant paprastos cheminės formulės, vanduo yra labai trivialių savybių medžiaga. Tai yra ta, kad vandens molekulės yra tarpusavyje susijusios vandenilio ryšiais. Skystoje būsenoje vanduo yra ne tik molekulių sutrikimas, bet ir sudėtingas bei dinamiškai besikeičiantis vandens telkinių tinklas. Kiekvienas atskiras klasteris gyvena labai trumpam laikui, bet tai yra klasterių elgesys, turintis įtakos vandens struktūrai.

Vandens klasterių savybės ir dinamika (H20)n – Aktyvių tyrimų objektas. Skirtingai nuo metalinių klasterių su fiksuota erdvine struktūra,vandens telkiniai, kurių dydis nuo kelių iki kelių dešimčių molekulių, lieka skystis net ir kambario temperatūroje žemesnėje temperatūroje: tokios grupės turi daugybę vienodų formų, tarp kurių jos nuolat šokinėja.

Ši vandens telkinių savybė atsispindi jų elektrinėse savybėse. Kaip žinoma daugiau nei pusę amžiaus, vandens molekulė yra poliarinė. Teigiami ir neigiami įkaičiai yra šiek tiek pasislinkę vienas nuo kito, todėl jis turi gana didelį dipolinį momentą ir sukuria aplinkinį lauką. Jei imsitės daug molekulių (pvz., Stiklinės vandens), tada bus kompensuojamos atskirų molekulių dipolio momentai, o bendras elektros laukas išnyks, nes kasdienis patyrimas mus įtikina. Tiksliai, kiek molekulių šis perėjimas vyksta? Ar pačios grupelės turi dipolines akimirkas?

Iki šiol nebuvo aiškių atsakymų į šiuos klausimus. Eksperimentiniai duomenys, gauti per pastaruosius 20 metų, prieštaravo vieni kitiems. Pagrindinė kliūtis buvo tai, kad visuose šiuose eksperimentuose buvo tyrinėjami vandens stulpo klasteriai, esantys greituose buveiniuose.Išskirti klasterį ir ištirti jo elektrines savybes iki šiol nebuvo įmanoma.

Eksperimentai, kuriuos atliko Pietų Kalifornijos universiteto mokslininkų grupė, baigė diskusijas. Jų rezultatai, paskelbti neseniai R. Moro ir kt. Straipsnyje Physical Review Letters, 97, 123401 (2006 m. Rugsėjo 18 d.), Parodė, kad klasteriai, kurių sudėtyje yra nuo 3 iki 18 vandens molekulių, taip pat turi didelį dipolio momentą.

Įspūdingas eksperimentas, leidžiantis padaryti šią išvadą. Uždaras vanduo buvo dedamas į vakuuminę kamerą, o iš jo, per labai siaurą angą, vanduo išgarino lauke, į vakuumą. Skylė buvo miniatiūrinio purkštukinio purkštuko forma, ir, išeinant pro ją, garo srautas pagreitėjo viršgarsiniu greičiu. Ši garinimo schema, kuri vengia šildymo, leidžia gauti garą, sudarytą ne tik iš atskirų vandens molekulių, bet ir iš įvairių vandens telkinių. Garo srautas, praeinantis per metro kamerą su nevienodo elektrinio lauko, buvo šiek tiek nukreiptas į elektrinį lauką, o tada pateko į masės spektrografą, kuris padalijo jį į keletą atskirų spindulių pagal klasterio molekulių skaičių.Grupių dipolio momentas buvo matuojamas iš srauto nukrypimo elektriniame lauke.

Tiesioginis dviejų dydžių grupių dipolio momento matavimas savaime yra labai svarbus vandens struktūros supratimui. Iš tiesų paaiškėja, kad kai vandens telkiniai "sulaužo" į nuolatinę terpę, jie jaučiasi vieni kitiems ne tik per tiesioginį sąlytį, bet ir per dipolių elektrinę sąveiką. Tačiau Kalifornijos fizikų eksperimentas leido nustatyti ne tik tai.

Pirma, duomenys rodo, kad dideli klasteriai (kurių sudėtyje yra daugiau kaip aštuonios molekulės) yra elektra labiau užsakomos nei mažos. Šis įdomus perėjimas niekas nenumatė, o jo interpretacija dar nėra žinoma. Antra, eksperimentams pavyko atlikti eksperimentus dviem skirtingais temperatūros režimais: kai klasterio viduje temperatūra buvo apie 200 K (-70 ° C) ir apie 120 K (-150 ° C). Kai kurie teoriniai skaičiavimai numato, kad tokiomis temperatūromis vandens telkiniai turėtų būti užšaldyti, o tai labai pakeistų dipolio momento priklausomybę nuo molekulių skaičiaus.Tačiau eksperimente tokio savybių pokyčio nerasta, todėl būtina nuspręsti, kad tokios temperatūros klasteriai išlieka skysti.

Šis tyrimas dar kartą įrodė, kad labai paprastų elementų sistema, pavyzdžiui, vanduo, gali turėti labai netiesiogines savybes. Norint išsamiai suprasti vandens struktūrą ir dinamiką reikia naujų eksperimentų ir naujų teorinių studijų. Dar lieka apgailestauti, kad būtent nežymios vandens savybės, tapusios maistu psichinių mokslų spekuliacijoms, kartais prilygsta absurdiškumui (žr. Poleminius 1 ir 2 straipsnius).

Igoris Ivanovas


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: