Wody może wydawać się proste cieczy; Jednak to wcale nie jest prosty do analizy

Interakcje za pośrednictwem wibracji

Pomimo wody jest na pierwszy rzut oka wygląda jak zwykłą ciecz ma wiele niezwykłych właściwości, jedną z nich jest to, że jest mniej gęsta, gdy jest zamrożone, niż gdy jest ciecz. W najprostszy sposób ciecze opisano w wyniku oddziaływania ich bezpośrednich partnerów, które w większości są wystarczające do opisu dobry, ale nie w przypadku wody: interakcje dimerów wody stanowią 75 procent energii, która powstrzymuje wodę razem. Martina Havenith, kierownik Katedry Bochum opartej na Chemii Fizycznej II i rzecznik Ruhr Bada Solwatacja (Resolv) Klaster Doskonałości, a jej koledzy z Uniwersytetu Emory w Atlancie, USA, niedawno opublikowany dokładny opis oddziaływań związanych z działaniami dimer wody. W celu uzyskania dostępu do wspólne interakcje, które tworzą 25 procent całkowitej interakcji wody trimer wody miały być badane.

Teraz, główny zespół Martina Havenith we współpracy z kolegami z Emory University i Uniwersytetu Missisipi, USA, udało się opisać po raz pierwszy w dokładny sposób energię interakcji między trzema cząsteczkami wody. Były testowane nowoczesne opisów teoretycznych przeciw wyniku spektroskopowych papilarnych tych oddziaływań międzycząsteczkowych.

Przeszkody dla badań eksperymentalnych

Od ponad 40 lat naukowcy opracowali modele obliczeniowe i symulacje opisać energie zaangażowane w trimera wody. Eksperymenty były mniej udane, mimo pewnych spostrzeżeń pionierem w badaniach fazy gazowej, a opierają się one na spektroskopii. Technika ta działa poprzez naświetlanie próbki wody z promieniowaniem i nagrywanie jak dużo światła została wchłonięta. Uzyskiwany wzór odnosi się do różnych typów pobudzeń międzycząsteczkowych ruchów obejmujących więcej niż jedną cząsteczkę wody. Niestety, aby uzyskać te odciski spektroskopowe dla dimerów i trimerów wody, trzeba naświetlać w regionie częstotliwości teraherców. I źródła laserowe, które zapewniają wysoką moc zostały brakuje w tym zakresie częstotliwości.

Ta przerwa techniczna została wypełniona dopiero niedawno. W obecnej publikacji, naukowcy wykorzystali RUB lasery na swobodnych elektronach na Uniwersytecie Radboud w Nijmegen w Holandii, co pozwala na wysokich kompetencji w obszarze częstotliwości teraherców. Laser był stosowany przez drobne kropelki nadciekłym helu, który schładza się w bardzo niskiej temperaturze, w temperaturze minus 272,75 stopni Celsjusza. Kropelki te cząsteczki mogą gromadzić wodę, jeden po drugim, co pozwala na wyizolowanie małych agregatów dimery i trimery. W ten sposób naukowcy byli w stanie naświetlać dokładnie te cząsteczki, które chcieli i nabyć pierwsze kompleksowe spektrum trimera wody w regionie częstotliwości teraherców.

Obserwacje doświadczalne międzycząsteczkowych wibracje zostały porównane i interpretować za pomocą obliczeń kwantowych wysokim poziomie. W ten sposób naukowcy mogli analizować widmo i przypisać do sześciu różnych wibracji międzycząsteczkowych.