Nouă Stare A Apei: O Moleculă Ciudată Pe 6 Fețe Găsită

{h1}

Un nou comportament ciudat al moleculelor de apă a fost observat în cristale de beril, un tip de smarald, cauzate de efecte bizare cuantico-mecanice care permit moleculelor de apă să se confrunte cu șase direcții diferite în același timp.

Un nou comportament ciudat al moleculelor de apă a fost observat în cristale de beril, un tip de smarald, cauzate de efecte bizare cuantico-mecanice care permit moleculelor de apă să se confrunte cu șase direcții diferite în același timp.

În condiții normale, cei doi atomi de hidrogen din fiecare moleculă de apă sunt aranjați în jurul atomului de oxigen într-o formă deschisă „V”, uneori comparativ cu un ureche de bumerang sau Mickey Mouse.

Însă, într-un nou experiment, oamenii de știință au descoperit că atomii de hidrogen ai unor molecule de apă prinse în structura cristalină a berilului mineral devin „despicate” într-un inel cu șase fețe. [Fizica surprinzător de ciudată a apei]

Forma inelului este cauzată de „tunelarea cuantică” a moleculelor, un fenomen care lasă particulele subatomice să treacă sau „tunelul” prin bariere fizice aparent imposibile.

În acest scenariu, atomii moleculei de apă sunt „delocalizați” între șase direcții posibile în interiorul porilor hexagonali naturali sau a canalelor care circulă cu structura cristalină a berilului, deci există parțial în toate cele șase poziții în același timp, au spus cercetătorii.

În cristale

Oamenii de știință de la Oak Ridge National Laboratory (ORNL) din Tennessee și Rutherford Appleton Laboratory din Regatul Unit au observat efectul recent descoperit în cristale albastre de acvamarină achiziționate în cadrul unui spectacol de bijuterii. Aquamarina albastră; smarald verde și roșu; roz morganit; aur heliodor; și pietrele prețioase clare ale oasitei sunt toate soiurile de beril mineral (cyclosilicat de aluminiu beriliu) cu urme de alte substanțe chimice care conferă cristalelor culorile caracteristice.

"Am ales berilul, deoarece are o structură de cristal care are canale în ea, aproximativ 5 angstromi [5 zece milioane de milimetri] de-a lungul - puțin mai mare decât o moleculă de apă - și din datele spectroscopice se știe că berilele naturale au apă în ele ", a spus Larry Anovitz, geochimist la ORNL și unul dintre autorii unei lucrări despre noua cercetare. "Știm deja din multe alte studii că, pe măsură ce puneți apa în pori mai mici și mai mici, începe să afecteze proprietățile apei - punctul de îngheț scade, densitatea se schimbă, tot felul de lucruri. Deci, am vrut să știm, dacă ai face acel poru atât de mic încât nu poți intra decât într-o singură moleculă de apă, ce ar face asta cu proprietățile apei? "

Ceea ce s-a întâmplat în continuare a fost neașteptat, a spus Anovitz pentru WordsSideKick.com.

„Știam că berilul natural va avea apă în aceste canale în structură, așa că am putea merge să privim asta și să vedem care sunt proprietățile”, a spus el. „Dar nu știam că proprietățile se vor dovedi atât de ciudate când ne-am uitat.” [Galeria sinistră a scânteii: 13 pietre pretioase misterioase și blestemate]

Văzând o stare nouă

La instalația Spalation Neutron Source de ORNL, după răcirea cristalelor de beril la temperaturi foarte scăzute, oamenii de știință au măsurat stările cu cea mai mică energie a atomilor din moleculele de apă prinse cu experimente de împrăștiere de neutroni, care utilizează un fascicul de particule de neutroni subatomici mișcarea atomilor și moleculelor.

"Când am început să privim vârfurile în spectrul neutrului neelastic pentru acest eșantion, am văzut o serie de vârfuri în spectru care, în loc să crească cu temperatura - ceea ce se așteaptă să se întâmple - au devenit mai mici cu temperatura", a spus Anovitz a spus.

"Există două moduri în care acest lucru s-ar putea întâmpla - fie prin tunelare cuantică sau prin tranziții magnetice - și am fost capabili să demonstrăm că aceasta este de fapt tunelarea cuantică a moleculelor de apă", a spus el.

Interacțiunile dintre moleculele de apă și pereții canalelor hexagonale forțează de obicei apa în centrul canalului, ambele „urechi de șoarece” cu hidrogen orientate spre aceeași dintre cele șase părți.

În stările lor cele mai scăzute de energie, moleculele de apă nu au suficientă energie pentru a se roti într-una din pozițiile adiacente.

Dar în zonele în care canalele se îngustează pentru a se potrivi doar o singură moleculă de apă, atomii din molecula de apă pot „tunela” prin bariera energetică care împiedică rotirea. Și noile experimente dezvăluie că moleculele formau o formă „cu două părți de vârf”, nucleul protonic al fiecărui atom de hidrogen se delocaliza într-un inel cu șase fețe în jurul atomului central de oxigen, au spus cercetătorii.

Măsurarea moleculelor

Alexander Kolesnikov, fizician la ORNL și autorul principal al noii lucrări, a declarat că studii suplimentare efectuate la Laboratorul Rutherford Appleton au stabilit că energia cinetică a protonilor de hidrogen din moleculele de apă cu șase fețe este cu aproximativ 30% mai mică decât în ​​moleculele de apa în starea sa normală sau "apă în vrac".

"Acesta este un indiciu direct că aceasta este o proprietate cuantică datorată tunelării apei în acest canal beril", a declarat Kolesnikov pentru WordsSideKick.com. „În termeni clasici, energia cinetică ar fi de așteptat să fie ceva comparabil cu toate celelalte ape în vrac.

"Aceasta nu este o nouă fază a apei [ca gheața sau aburul] - nu este complet în faza gazelor, dar este aproape de faza gazoasă", a adăugat el. "Dar la temperaturi scăzute, datorită delocalizării cuantice, energia cinetică a protonilor scade semnificativ și se propagă sub această barieră [energetică]. Deci, aș spune că este un fel de o nouă stare a moleculei de apă."

Anovitz a spus că tunelarea cuantică era cunoscută în alte substanțe, dar că efectul era de obicei limitat la particule subatomice și nu la particule mai mari precum moleculele de apă.

Tunelul cuantic a fost, de asemenea, cunoscut a avea loc printre atomii de hidrogen din moleculele grupării metil, care sunt aranjate într-o formă piramidală triunghiulară în jurul unui atom de carbon, dar moleculele au arătat aceeași formă după tranziția de tunel, a spus el.

"Cu apa, atunci când se deplasează în jurul acestei axe de șase ori în canalul beril, nu mai arată la fel - și asta este ceva ce nu s-a mai văzut niciodată", a spus Anovitz.

Descoperirile au fost publicate pe 22 aprilie în revista Physical Review Letters.

Urmează Știința în direct @wordssidekick, Facebook. Articolul original despre știința în direct.






Descoperiri Științifice

Cercetare


Science News


Majoritatea Oamenilor Au Gânduri Nedorite Și Îngrijorătoare
Majoritatea Oamenilor Au Gânduri Nedorite Și Îngrijorătoare

Primul Fosil Dinozaur Cu Gât Lung Găsit În Antarctica
Primul Fosil Dinozaur Cu Gât Lung Găsit În Antarctica

Leul De Piatră Dezvăluie Cultura Antică Sofisticată
Leul De Piatră Dezvăluie Cultura Antică Sofisticată

Materia Întunecată Se Comportă Diferit În Galaxiile Care Mor
Materia Întunecată Se Comportă Diferit În Galaxiile Care Mor

În Fotografii: Păianjeni Care Mănâncă Pește În Întreaga Lume
În Fotografii: Păianjeni Care Mănâncă Pește În Întreaga Lume


RO.WordsSideKick.com
Toate Drepturile Rezervate!
Reproducerea Oricăror Materiale Permise Prostanovkoy Doar Link-Ul Activ La Site-Ul RO.WordsSideKick.com

© 2005–2020 RO.WordsSideKick.com