Zdá sa, že voda v tekutom stave nemá jednu, ale dve odlišné štruktúry

(JJ Harrison/Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0)

Život, ako ho poznáme, by bez nej neexistoval, no v porovnaní s inými tekutinami je voda len poriadny čudák. A ako sa teraz ukazuje, je to ešte čudnejšie, ako sme si mysleli. Vedci v Japonsku preukázali, že voda v kvapalnom stave nemá jednu, ale dve rôzne molekulárne štruktúry – jednu štvorstennú a jednu netetraedrickú.

Tento objav, hovoria, by mohol mať dôsledky pre naše chápanie živých systémov, ktoré sa spoliehajú na tekutú vodu.

Voda je na Zemi celkom bežná vec. V porovnaní so zvyškom Slnečnej sústavy máme veľmi mokrú planétu. Kúpeme sa v ňom; pijeme to; makáme v ňom v lete. Všetok život na Zemi závisí od nej. Ale samotná voda – starý dobrý dihydrogenmonoxid – je naozaj zvláštna vec.



Je tam naozaj zvláštna hustota. Väčšina kvapalín sa po ochladení stáva hustejšou, výsledkom čoho je ľad, ktorý je hustejší ako kvapalina. Voda však dosahuje svoju maximálnu hustotu asi pri 4 stupňoch Celzia (39,2 Fahrenheita).

Ako teplota ďalej klesá, stáva sa menej hustá, takže pri bode mrazu - okolo 0 stupňov Celzia (32 Fahrenheit) - je menej hustá ako tekutá voda a bude plávať na vrchu.

Voda má navyše nezvyčajne vysoké povrchové napätie, na druhom mieste po kvapaline ortuť ; jeho teploty topenia a varu sú nezvyčajne vysoké; a že sa v ňom rozpúšťa toľko iných chemikálií, je tiež naozaj zvláštne.

V roku 2018demonštrovali vedci z Veľkej Británie a Japonskaže tieto zvláštne vlastnosti súvisia s štvorstenné usporiadanie molekúl vody v tekutej forme. To znamená, že každá molekula vody je vodíkovou väzbou do štyroch ďalších v tvare hrubej pyramídy.

Stále však zostáva predmetom diskusie, ako je štruktúra usporiadaná. Jeden model navrhuje, že molekulárna štruktúra vody je unimodálna - sú to štvorsteny úplne dole. Druhá navrhuje, že štruktúra je bimodálna, pozostáva z dvoch štruktúr - štvorstenov a niečoho iného.

Aby sa tento problém pokúsil vyriešiť, priemyselní vedci z Tokijskej univerzity vykonali počítačové simulácie a tiež uskutočnili experimenty s tekutým oxidom kremičitým, jednou z mála ďalších kvapalín, o ktorých je známe, že majú aj tetraedrické molekulárne usporiadanie.

Tieto experimenty boli založené na rôntgenovej difrakcii. Spôsob, akým tieto krátke vlnové dĺžky rozptyľujú atómy v molekulách v kvapaline, možno použiť na odvodenie usporiadania týchto molekúl.

Vedci sa konkrétne pozreli na vrcholy v difrakcii. A zistili, že dva prekrývajúce sa difrakčné píky boli skryté v tom, čo vyzeralo ako prvý difrakčný pík.

Jeden z týchto vrcholov bol v súlade so vzdialenosťou medzi atómami kyslíka v normálnych kvapalinách. Druhý bol konzistentný, ako dokázali vedci, s dlhšou vzdialenosťou medzi atómami kyslíka zistenou v tetraedrických molekulárnych usporiadaniach.

„Ukazujeme prvý jasný numerický dôkaz v štruktúrnom faktore pre dynamickú koexistenciu dvoch typov miestnych štruktúr... podporujúci dvojstavový popis kvapalnej vody,“ napísali vedci vo svojom článku .

Toto zistenie by mohlo mať dôsledky pre molekulárnu biológiu, chémiu a farmakológiu, ako aj pre priemyselné aplikácie, uviedli vedci.

Výskum bol publikovaný v Journal of the American Chemical Society .

O Nás

Publikácia Nezávislých, Osvedčených Skutočností O Správach O Zdraví, Priestore, Prírode, Technológii A Životnom Prostredí.