Un gruppo di scienziati ha osservato per la prima volta un'interazione insolita delle molecole d'acqua a livello atomico

Un gruppo scientifico internazionale composto da rappresentanti del National Accelerator Laboratory (SLAC USA), delle università di Stanford e di Stoccolma ha eseguito per la prima volta nella storia osservazione diretta del processo durante il quale gli atomi di idrogeno che compongono una molecola d'acqua interagiscono con le molecole vicine durante la loro eccitazione da parte di un raggio laser Sveta.

E così, è stato scoperto un effetto insolito, durante il quale gli atomi di idrogeno hanno attratto gli atomi di ossigeno delle molecole vicine, e quindi sono stati respinti con forza.

L'acqua semplice e le sue complesse interazioni

Sappiamo tutti molto bene che ogni molecola d'acqua è composta da un singolo atomo di ossigeno e da una coppia di atomi di idrogeno. In questo caso, la rete di legami idrogeno, che agisce tra atomi di idrogeno carichi positivamente e gli atomi di ossigeno carichi negativamente delle molecole vicine contengono un numero incalcolabile di molecole d'acqua insieme.

È questa famigerata rete di legami idrogeno che è "colpevole" di tali misteriose proprietà dell'acqua, ma fino ad ora gli scienziati non possono verificarlo visivamente.

In un nuovo lavoro scientifico, per la prima volta nella storia, gli ingegneri hanno potuto osservare visivamente come la reazione della rete di legami idrogeno a l'impulso energetico ha una dipendenza critica dalla natura quantomeccanica della distribuzione degli atomi di idrogeno in volume.

Quindi, nel corso dell'esperimento, per visualizzare l'interazione, gli scienziati hanno utilizzato SLAC MeV-UED, che è essenzialmente un "elettrodomestico" ad alta velocità. telecamera ", in grado di registrare movimenti insignificanti di molecole dovuti all'uso dell'effetto di dispersione del flusso di elettroni dal considerato oggetto.

Quindi gli scienziati hanno precedentemente creato flussi d'acqua, che sono spessi solo 100 nanometri, e li hanno illuminati con luce laser infrarossa, che ha fatto letteralmente vibrare le molecole.

Successivamente, gli scienziati hanno iniziato a inviare brevi impulsi di elettroni ad alta energia alle molecole d'acqua "eccitate".

Quindi, nel corso di tale elaborazione, gli ingegneri hanno ottenuto immagini della struttura atomica in trasformazione delle molecole con una risoluzione sufficientemente elevata.

Dopo aver analizzato le immagini ottenute, gli ingegneri hanno scoperto che quando una molecola d'acqua entra in un processo di vibrazione, il suo atomo di idrogeno inizialmente attrae a sé un atomo di ossigeno di una molecola vicina e solo allora lo respinge con un nuovo slancio acquisito in questo modo, aumentando l'intermolecolare distanza.

In questo caso, l'attrazione degli atomi è avvenuta in 80 femtosecondi e l'intero processo di attrazione-repulsione non ha richiesto più di 1 picosecondo.

Questa ricerca consentirà una migliore comprensione dei legami idrogeno in un liquido apparentemente semplice ma in realtà il meno studiato come l'acqua. E comprendi anche la natura di molte reazioni chimiche che si verificano nella fase di soluzione.

Gli scienziati hanno condiviso i risultati del lavoro svolto sulle pagine della rivista Nature.

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