Физики впервые наблюдали перемещения атомов в молекулах воды

Физики впервые наблюдали перемещения атомов в молекулах воды

Формирование водородных связей между молекулами воды

В эксперименте Национальной ускорительной лаборатории SLAC в США ученые впервые напрямую наблюдали, как возбужденные атомы водорода в молекуле воды взаимодействуют с соседними молекулами. Эти квантово-механические взаимодействия лежат в основе водородных связей, с которыми связаны многие уникальные физико-химические свойства жидкой воды. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Вода — одна из самых важных, но, при этом, наименее изученных жидкостей в природе. В частности, ученые не до конца понимают механизм возникновения водородных связей, во многом определяющих поведение жидкой воды в химических реакциях.

До сих пор колебания атомов в молекулах воды физики изучали в экспериментах по сверхбыстрой спектроскопии. Однако эти эксперименты не давали непосредственного представления о движении атомов — смещение атомных позиций в них ученые оценивали путем сложного перевода спектральной динамики в динамику водородных связей.

Физики-экспериментаторы, работающие в Национальной ускорительной лаборатории SLAC Стэнфордского университета, вместе с коллегами из других университетов США и Швеции использовали для наблюдения колебаний атомов высокоскоростную электронную камеру MeV-UED SLAC, которая обнаруживает малозаметные движения молекул путем рассеивания мощного пучка электронов от образцов.

Авторы создали струи жидкой воды толщиной 100 нанометров и заставили молекулы воды вибрировать с помощью инфракрасного лазерного света. Затем они взорвали молекулы короткими импульсами высокоэнергетических электронов, испускаемых камерой. В результате ученые получили снимки с высоким разрешением изменяющейся атомной структуры молекул, которые они объединили в покадровый фильм, показывающий, как сеть молекул воды реагирует на свет.

Физики впервые наблюдали перемещения атомов в молекулах воды

Источник ria.ru