1 rok temu

Odkryto nowy stan skupienia wody!

Naukowcom udało się doprowadzić cząsteczki wody do nowego, nieznanego dotąd stanu skupienia!

woda

Umieszczając cząsteczki wody w ekstremalnym ograniczeniu, zgniatając je naukowcy stworzyli zupełnie nowy stan skupienia wody, nieporównywalny ze znanymi nam dotychczas stanami ciekłym, lotnym i stałym.

W artykule opublikowanym w Physical Review Letters, naukowcy z Wydziału Oak Ridge National Laboratory Energy opisali jak “wgnietli” cząsteczki wody do kanałów wykonanych z mineralnego berylu, o średnicy zaledwie 5 angstremów (około 1 dziesiątej miliardowej części metra). Podobne warunki występują w przyrodzie tylko w zamkniętych przestrzeniach wewnątrz gleby, w minerałach i ścianach komórkowych. W takich warunkach udało się wymusić specyficzne zachowanie atomów wodoru i tlenu.

stany-skupienia

Stany skupienia wody

Odkrycie jest związane z zastosowaniem hipotezy mechanik kwantowej, tzw. zjawiska tunelowego. Mimo, iż zespół naukowców nie wie jeszcze, do czego doprowadzi ich odkrycie, powinno ono rzucić światło na zachowanie wody w super ograniczonych przestrzeniach, co może być przydatne w wielu dyscyplinach naukowych.

„W niskich temperaturach tunelowanie wody generuje pojawienie się ruchu kwantowego pomiędzy oddzielonymi potencjalnymi ścianami, które jest niemożliwe w klasycznym świecie” skomentował główny autor badania Aleksander Kolesnikow z ORNL, w komunikacie prasowym.

Oznacza to, że atomy wodoru zamiast pozostać statyczne, zaczęły pojawiać się w sześciu orientacjach w tym samym czasie, z atomem tlenu umieszczonym w środku. Te sześć różnych pozycji odpowiadało sześciu ścianom heksagonalnego berylu. Podczas tunelowania atom wodoru cyrkulował pomiędzy wszystkimi możliwymi pozycjami, podnosząc tym samym temperaturę.

„To jedno z tych zjawisk, które występuje tylko w mechanice kwantowej i nie ma odpowiednika w naszym codziennym doświadczeniu” powiedział Kolesnikow.

Co więcej, molekularny środek masy przesunął się w stronę centralnie umieszczonego atomu tlenu, odmiennie niż jak w przypadku zwykłej cząsteczki, gdzie środek kieruje się ku satelitarnym atomom wodoru. Ten nowy symetryczny układ oznacza również, że cząsteczka straciła elektryczny moment dipolowy więc ujemny i dodatni ładunek w atomie przestały być niesymetryczne. Teoretycznie więc taka cząsteczka nie powinna być już „zainteresowana” wiązaniem się z innymi atomami lub cząsteczkami.

“Odkrycie to stanowi nowe podstawy rozumienia zachowania wody i sposobu, w jaki wykorzystuje ona energię” powiedział Anovitz.

Następnym krokiem w badaniach będzie odpowiedz na pytanie, dlaczego w ogóle występuje to zjawisko. Odkrycie powinno pomóc naukowcom w lepszym zrozumieniu termodynamiki i zachowania wody w zamkniętych środowiskach, takich jak błony komórkowe, nanorurki węglowe czy środowisku geologicznym.