Вчені виявили у води невідомі квантово-механічні властивості

Вода має низку властивостей, які роблять цю рідину унікальною. Зокрема, H2O володіє максимальною щільністю при температурі плюс чотири градуси Цельсія. Завдяки цій особливості земні водойми замерзають не знизу вгору, а зверху вниз, і в них у холодну пору року можуть мешкати живі істоти. Багато незвичайних характеристик води пояснюються тим, що її молекули пов'язані між собою особливим типом нековалентних зв'язків, що отримали назву водневих зв'язків. Такі зв'язки утворюються між атомом водню, який пов'язаний з так званим електронегативним атомом (у випадку води - з киснем), та іншим електронегативним атомом, що знаходяться в тій же чи сусідній молекулі.

Автори нової роботи перевіряли, наскільки добре модель, що описує властивості води тільки з опорою на водневі зв'язки (так звана електростатична модель), узгоджується з даними експериментів. Вчені відстежували такий параметр як розподіл протонів у молекулах води за рівнями кінетичної енергії. Дослідники "заганяли" молекули H2O у вуглецеві нанотрубки діаметром 1,6 нанометра, і піддавали систему високоенергетичним нейтронам, які виробляло джерело ISIS з лабораторії Резерфорда-Епплтон в Оксфордширі, Великобританія.

Через те, що нейтрони мали дуже високу енергію, вони встигали відбитися від зустрічних на шляху протонів до того, як останні встигали провзаємодіяти з оточуючими їх частками. Таким чином, аналізуючи дані про розсіяння нейтронів після проходження крізь зразок, вчені отримували інформацію про нативний розподіл протонів за енергіями. Виявилося, що енергія дуже залежить від температури: її середнє значення було на 50 відсотків більше за передбачене електростатичною моделлю при низьких температурах, і на 20 відсотків - при кімнатній температурі. Усередині нанотрубок з діаметром 1,4 нанометра середня енергія протонів виявилася на 30 відсотків нижчою, ніж у води, яка не вміщена в обмежений простір.
Також дослідники перевірили, як будуть розподілятися за енергіями протони у воді, вміщеній в особливий мембранний матеріал Nafion, який використовується для виробництва паливних елементів. Вчені показали, що середня енергія була на 30 відсотків вищою, ніж у води у "звичайному" стані.

Автори нової роботи вважають, що, коли молекули води знаходяться на дуже близькій відстані одна від одної і "здавлені" через маленький обсяг доступного простору, протони в них переходять у поки не описаний фізиками квантовий стан. Вчені відзначають, що квантово-механічні властивості води можуть визначати її "поведінку" в живих клітинах, оскільки там відстань між молекулами приблизно відповідає тій відстані, на якій вони знаходилися в експерименті.

За матеріалами Lenta.Ru