Структура воды: подтверждение

Структура воды: подтверждениеКластер из шести молекул воды, полученный английскими и немецкими учеными, является минимально возможным в природе структурным элементом воды в форме льда.

Д-р Анджелос Микаелидес (Angelos Michaelides) из Центра нанотехнологий в Лондоне и профессор Карина Моргенштерн (Karina Morgenstern) из университета им. Лейбница в Ганновере опубликовали в журнале Nature Materials работу, посвященную изучению свойств льда на наноуровне.

Ученые охлаждали водяной пар над поверхностью металлической пластины, находящейся при температуре 5 градусов Кельвина. Вскоре с помощью сканирующего туннельного микроскопа на пластине удалось наблюдать гексамер (шесть соединенных между собой молекул воды) - мельчайшую снежинку. Это самый маленький из возможных кластеров льда. Ученые наблюдали также кластеры, содержащие семь, восемь и девять молекул.

Разработка технологии, позволившей получить изображение гексамера воды - само по себе важное научное достижение. Для наблюдения пришлось сократить зондирующий ток до минимума, что и позволило предохранить слабые связи между отдельными молекулами воды от разрушения вследствие процесса наблюдения. Помимо экспериментов, в работе были использованы теоретические подходы квантовой механики. Комплексный подход дал впечатляющие результаты.

В отличие от кристаллического льда, где между всеми молекулами воды энергия связи одинакова, в нанокластерах есть чередование сильных и слабых связей (и соответствующих расстояний) между отдельными молекулами. Получены также важные результаты о способности молекул воды к распределению водородных связей и к их связи с поверхностью металла.

Изображение гексамера воды, полученное с помощью сканирующего туннельного микроскопа. Размер гексамера в поперечнике - около 1 нм. Фото London Centre for Nanotechnology

Результаты работ международной группы ученых помогут найти объяснение многих загадочных свойств воды, процессов образования кристаллов льда в верхних слоях атмосферы, понять роль этой жидкости в астрономии и электрохимии, сообщает PhysOrg. Наблюдение кластеров льда не может также служить прямым подтверждением гипотезы о наличии устойчивой ассоциатной структуры воды в ее жидкой форме или даже наличия у нее "информационной" природы, однако позволит ученым немного приблизиться к пониманию свойств самой важной для человека жидкости.


Интересные материалы: