Оказалось, концентрация короткоживущих ионов (H3O+ и OH-) в чистой жидкой воде намного выше, чем учитывается при оценке pH, и это существенно меняет наши представления о динамической структуре воды
Ученые Сколковского института науки и технологий в сотрудничестве
с исследователями из Штутгартского университета показали, что
концентрация короткоживущих ионов (H3O+ и OH-) в
чистой жидкой воде намного выше, чем учитывается при оценке pH.
Это открытие существенно меняет наши представления о динамической
структуре воды, сообщает пресс-служба Сколтеха. Результаты
исследования опубликованы в издании Scientific
Reports.
Присутствующие в жидкой воде ионные частицы играют важную роль в
окислительно-восстановительных процессах, каталитических реакциях
и электрохимических системах. Ранее предполагалось, что ядерные
квантовые эффекты способствуют низкобарьерному туннелированию
атома водорода между молекулами воды, и возникновению
короткоживущих состояний с избыточным протоном. Однако
экспериментальное подтверждение этому отсутствовало.
Ученые Сколтеха в сотрудничестве с немецкими учеными измерили
ионно-молекулярный состав жидкой воды на субпикосекундной
временно́й шкале. Результат удивил ученых: они обнаружили, что
несколько процентов молекул H2O временно находились в
ионизированном состоянии.
«Для определения избыточных протонных состояний мы использовали
изотопологи воды: обычную (H2O), тяжелую
(D2O) и полутяжелую (HDO) воду. Постепенно заменяя
атомы водорода (H) дейтерием (D), мы меняли относительную
концентрацию частиц, связанных с избыточным протоном −
HD2O+, DH2O+, H3O+ и
D3O+, и определяли их вклад в кумулятивное поглощение
в ИК-диапазоне. В спектрах полутяжелой воды вблизи изгибных
молекулярных мод мы обнаружили зависящие от концентрации
спектральные особенности, которые невозможно было описать с
помощью какой-либо из известных моделей. Мы предположили, что эти
особенности связаны с избыточными протонными состояниями, которые
могут проявляться на пикосекундной шкале», − отмечает один из
авторов работы, профессор Центра энергетических технологий
Сколтеха (CEST) Хенни Уэрдан.
«Предыдущие исследования структуры воды были основаны на
кристаллографических экспериментах и не отражали динамику воды.
Наша работа дает новые представления о сложной структуре воды на
ультракороткой временно́й шкале. Полученные результаты позволяют
предположить, что в будущем будут обнаружены новые эффекты
взаимодействия электрического поля и воды, а также другие
необычные свойства воды», − говорит первый автор статьи, старший
научный сотрудник CEST д-р Василий Артёмов.
Иллюстрация: Инфракрасные спектры легкой (красный), тяжелой
(синий), полутяжелой (серый) воды и ионные частицы, исследованные
в данной работе. Красными, белыми и черными кружками обозначены
атомы кислорода, водорода и дейтерия, соответственно. Стрелками
показаны направления их колебаний
Источник: www.skoltech.ru
Источник: scientificrussia.ru
