Water mag lyk soos 'n eenvoudige vloeistof; Dit is egter alles behalwe maklik om te analiseer

Interaksies via vibrasies

Ten spyte van water is met die eerste oogopslag lyk soos 'n eenvoudige vloeistof dit het baie ongewone eienskappe, een van hulle is dat dit minder dig as dit gevries as wanneer dit vloeistof. In die eenvoudigste manier vloeistowwe beskryf deur die interaksie van hul direkte vennote, wat meestal voldoende vir 'n goeie beskrywing is, maar nie in die geval van water: Die interaksies in water dimere rekening vir 75 persent van die energie wat water bymekaar hou. Martina Havenith, hoof van die Bochum-gebaseerde voorsitter van Fisiese Chemie II en woordvoerder van die Ruhr Ondersoek Solvation (resolv) Cluster of Excellence, en haar kollegas van Emory Universiteit in Atlanta, VSA, het onlangs verskyn 'n akkurate beskrywing van die interaksies wat verband hou met die water dimeer. Ten einde toegang tot die koöperasie interaksies, wat make-up 25 persent van die totale water interaksie kry, het die water trimeer te ondersoek.

Nou, die span gelei deur Martina Havenith in samewerking met kollegas van Emory Universiteit en van die Universiteit van Peruaanse Ministerie, VSA, in staat was om te beskryf vir die eerste keer in 'n akkurate wyse die interaksie energie onder drie watermolekules. Hulle getoets moderne teoretiese beskrywings teen die uitslag van die spektroskopiese vingerafdruk van hierdie intermolekulêre interaksies.

Struikelblokke vir eksperimentele navorsing

Sedert meer as 40 jaar, het wetenskaplikes computational modelle en simulasies ontwikkel om die energie wat betrokke is by die water trimeer beskryf. Eksperimente het minder suksesvol was, ten spyte van 'n paar pionier insigte in gasfase studies, en hulle staatmaak op spektroskopie. Die tegniek werk deur die bestraling 'n watermonster met bestraling en opname hoeveel lig geabsorbeer is. Die verkry patroon is verwant aan die verskillende tipe excitaties van intermolekulêre mosies wat meer as een watermolekules. Ongelukkig, hierdie spektroskopiese vingerafdrukke vir water dimere en trimere, is dit nodig om bestralen in die terahertz frekwensie streek te bekom. En laser bronne wat 'n hoë-krag voorsien is ontbreek vir daardie frekwensie streek.

Hierdie tegniese gaping is eers onlangs gevul. In die huidige publikasie, gebruik die RUB wetenskaplikes die vrye elektron lasers by Radboud Universiteit in Nijmegen in Nederland, wat dit moontlik maak vir 'n hoë magte in die terahertz frekwensie streek. Die laser is toegepas deur klein druppels van supervloeier helium, wat onder by baie lae temperature afgekoel, by minus 272,75 grade Celsius. Hierdie druppels kan watermolekules in te samel een vir een, sodat klein aggregate van dimere en trimere isoleer. Op hierdie wyse was die wetenskaplikes in staat om presies die molekules hulle wou bestraal en om die eerste omvattende spektrum van die water trimeer in die terahertz frekwensie streek te bekom.

Die eksperimentele waarnemings van die intermolekulêre vibrasies is in vergelyking met en geïnterpreteer met behulp van hoë vlak kwantum berekenings. Op hierdie wyse kan die wetenskaplikes die spektrum te analiseer en te wys tot ses verskillende intermolekulêre vibrasies.