Um grupo de cientistas observou pela primeira vez uma interação incomum de moléculas de água em nível atômico

Um grupo científico internacional formado por representantes do National Accelerator Laboratory (SLAC USA), das universidades de Stanford e Estocolmo pela primeira vez na história realizou observação direta do processo durante o qual os átomos de hidrogênio que compõem uma molécula de água interagem com as moléculas vizinhas durante sua excitação por um feixe de laser Sveta.

E assim, um efeito incomum foi descoberto, durante o qual átomos de hidrogênio atraíram átomos de oxigênio de moléculas vizinhas, e então foram repelidos com força.

Água simples e suas interações complexas

Todos nós sabemos muito bem que cada molécula de água consiste em um único átomo de oxigênio e um par de átomos de hidrogênio. Neste caso, a rede de ligações de hidrogênio, que atua entre átomos de hidrogênio carregados positivamente e átomos de oxigênio carregados negativamente de moléculas vizinhas contém um número incontável de moléculas de água juntos.

É essa notória rede de ligações de hidrogênio que é "culpada" por essas propriedades misteriosas da água, mas até agora os cientistas não podem verificar isso visualmente.

Em um novo trabalho científico, pela primeira vez na história, os engenheiros foram capazes de observar visualmente como a reação da rede de hidrogênio se liga a o impulso de energia tem uma dependência crítica da natureza mecânica quântica da distribuição dos átomos de hidrogênio em volume.

Assim, no decorrer do experimento, para visualizar a interação, os cientistas usaram o SLAC MeV-UED, que é essencialmente um sistema eletrônico de alta velocidade câmera ", capaz de registrar movimentos insignificantes de moléculas devido ao aproveitamento do efeito de espalhamento do fluxo de elétrons do objeto.

Assim, os cientistas já criaram fluxos de água, que têm apenas 100 nanômetros de espessura, e os iluminaram com luz laser infravermelha, que fez as moléculas literalmente vibrarem.

Depois disso, os cientistas começaram a enviar pulsos curtos de elétrons de alta energia para as moléculas de água "excitadas".

Assim, no decorrer desse processamento, os engenheiros obtiveram imagens da estrutura atômica em transformação das moléculas com resolução suficientemente alta.

Depois de analisar as imagens obtidas, os engenheiros descobriram que quando uma molécula de água entra em um processo de vibração, seu átomo de hidrogênio inicialmente atrai um átomo de oxigênio de uma molécula vizinha para si, e só então o repele com um momento recém-adquirido dessa forma, aumentando o valor intermolecular distância.

Nesse caso, a atração de átomos ocorreu em 80 femtossegundos, e todo o processo de atração-repulsão não demorou mais do que 1 picossegundo.

Esta pesquisa permitirá um melhor entendimento das ligações de hidrogênio em um líquido aparentemente simples, mas na verdade o menos estudado como a água. E também entenda a natureza de muitas reações químicas que ocorrem na fase de solução.

Os cientistas compartilharam os resultados do trabalho realizado nas páginas da revista Nature.

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