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Eine Gruppe von Wissenschaftlern beobachtete erstmals eine ungewöhnliche Wechselwirkung von Wassermolekülen auf atomarer Ebene

Zum ersten Mal in der Geschichte trat eine internationale wissenschaftliche Gruppe, bestehend aus Vertretern des National Accelerator Laboratory (USA SLAC), Stanford, sowie der Stockholmer Universitäten auf direkte Beobachtung des Prozesses, bei dem Wasserstoffatome, aus denen ein Wassermolekül besteht, während ihrer Anregung durch einen Laserstrahl mit benachbarten Molekülen wechselwirken Sveta.

Und so wurde ein ungewöhnlicher Effekt entdeckt, bei dem Wasserstoffatome Sauerstoffatome benachbarter Moleküle anzogen und dann mit Gewalt abgestoßen wurden.

© Foto: pixabay
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Einfaches Wasser und seine komplexen Wechselwirkungen

Wir alle wissen sehr gut, dass jedes Wassermolekül aus einem einzigen Sauerstoffatom und einem Paar Wasserstoffatomen besteht. Dabei handelt es sich um ein Netzwerk von Wasserstoffbrücken, das zwischen positiv geladenen Wasserstoffatomen und negativ geladene Sauerstoffatome benachbarter Moleküle enthalten unzählige Wassermoleküle zusammen.

Es ist dieses berüchtigte Netzwerk von Wasserstoffbrücken, das an diesen mysteriösen Eigenschaften von Wasser "schuldig" ist, aber bis jetzt können Wissenschaftler dies nicht visuell überprüfen.

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In einer neuen wissenschaftlichen Arbeit konnten Ingenieure zum ersten Mal in der Geschichte visuell beobachten, wie die Reaktion des Netzwerks von Wasserstoffbrücken auf der Energieimpuls hat eine kritische Abhängigkeit von der quantenmechanischen Natur der Verteilung der Wasserstoffatome in Volumen.

Um die Interaktion zu visualisieren, verwendeten die Wissenschaftler während des Experiments das SLAC MeV-UED, das im Wesentlichen ein "elektronisches" Hochgeschwindigkeitsgerät ist Kamera ", die in der Lage ist, unbedeutende Bewegungen von Molekülen aufgrund der Nutzung des Streuungseffekts des Elektronenflusses von den betrachteten Objekt.

So haben die Wissenschaftler zunächst nur 100 Nanometer dicke Wasserbäche erzeugt und mit infrarotem Laserlicht beleuchtet, was die Moleküle buchstäblich zum Schwingen brachte.

Danach begannen die Wissenschaftler, kurze Impulse hochenergetischer Elektronen an die "angeregten" Wassermoleküle zu senden.

Im Zuge dieser Verarbeitung erhielten Ingenieure also Bilder der sich wandelnden Atomstruktur von Molekülen mit ausreichend hoher Auflösung.

Nach der Analyse der erhaltenen Bilder stellten die Ingenieure fest, dass, wenn ein Wassermolekül in einen Vibrationsprozess eintritt, zunächst sein Wasserstoffatom zieht ein Sauerstoffatom eines Nachbarmoleküls an sich und stößt es erst dann mit einem so neu gewonnenen Impuls ab, wodurch die intermolekulare Distanz.

In diesem Fall erfolgte die Anziehung von Atomen in 80 Femtosekunden, und der gesamte Prozess der Anziehungs-Abstoßung dauerte nicht länger als 1 Pikosekunde.

Diese Forschung wird ein besseres Verständnis von Wasserstoffbrücken in einer scheinbar einfachen, aber in Wirklichkeit am wenigsten untersuchten Flüssigkeit wie Wasser ermöglichen. Und verstehen Sie auch die Natur vieler chemischer Reaktionen, die in der Lösungsphase ablaufen.

Wissenschaftler haben die Ergebnisse der Arbeit auf den Seiten der Zeitschrift Nature geteilt.

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