Το νερό και οι αλληλεπιδράσεις του με άλλες ουσίες είναι απαραίτητα για την ανθρώπινη ζωή. Ωστόσο, η κατανόηση της δομής του υγρού νερού και των δικτύων σύνδεσης υδρογόνου ήταν μια πρόκληση.
Σύμφωνα με προηγούμενες μελέτες, όλα τα άτομα οξυγόνου στα τριμερή νερού, τα τετραμερή και τα πενταμερή με κυκλικές δομές ελάχιστης ενέργειας υπάρχουν σε ένα δισδιάστατο (2-D) επίπεδο. Αντιθέτως, τα εξαμερή νερού έχουν μη κυκλικές τρισδιάστατες (3-D) δομές. Επομένως, το εξαμερές νερού θεωρήθηκε από καιρό ως το μικρότερο σταγονίδιο νερού με ένα δίκτυο 3-D που συνδέει υδρογόνο.
Αυτή η κατανόηση έχει πλέον αλλάξει λόγω της εργασίας από Κινέζους επιστήμονες.
Μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον καθηγητή Jiang Ling και τον καθηγητή Yang Xueming από το Ινστιτούτο Χημικής Φυσικής του Dalian (DICP) της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών, σε συνεργασία με τον καθηγητή Li Jun από το Πανεπιστήμιο Tsinghua, αποκάλυψε τώρα ότι η μη κυκλική 3- Η δομή των συστάδων νερού αρχίζει να υπάρχει με πενταμερή σε χαμηλές πεπερασμένες θερμοκρασίες.
Η μελέτη δημοσιεύθηκε στα Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών ( PNAS ) στις 15 Ιουνίου.
Καθηγητές Οι Jiang και Yang ανέπτυξαν μια μέθοδο υπέρυθρης φασματοσκοπίας ουδέτερων συστάδων με βάση ένα συντονισμένο λέιζερ ηλεκτρονίων χωρίς υπεριώδες κενό (VUV-FEL). Αυτή η μέθοδος δημιουργεί ένα νέο παράδειγμα για τη μελέτη των δονητικών φασμάτων μιας ευρείας ποικιλίας ουδέτερων συστάδων που δεν μπορούσαν να μελετηθούν πριν.
Μετρήθηκαν τα φάσματα IR των επιλεγμένων μεγέθους ουδέτερων συστάδων νερού χρησιμοποιώντας το σχήμα IR με βάση το VUV-FEL. Διακριτές νέα OH τέντωμα δονητική μεγέθη που παρατηρούνται στα 3500-3600 cm -1 περιοχή του (H 2 O) 5 παρέχουν μοναδικές φασματικές υπογραφές δείχνει τον σχηματισμό ενός μη κυκλικές πενταμερές.
Η ομάδα του καθηγητή Li πραγματοποίησε κβαντικές χημικές μελέτες για να κατανοήσει τις δομικές και φασματικές αλλαγές σε αυτές τις ομάδες. Προτάθηκε ένα μοντέλο τριών κέντρων δύο ηλεκτρονίων (3c2e) για να περιγράψει τη φύση συγκόλλησης του δικτύου σύνδεσης υδρογόνου των συστάδων νερού.
Τα αποτελέσματα αποκάλυψαν ότι η εντυπωσιακή φασματική αλλαγή στην περιοχή έκτασης ΟΗ θα μπορούσε να αποδοθεί στην εμφάνιση τρισδιάστατων δικτύων σύνδεσης υδρογόνου σε πενταμερή σε πεπερασμένη θερμοκρασία, υποδηλώνοντας ότι οι συστάδες νερού εμφανίζουν μια μη κυκλική 3-D δομή που ξεκινά με πενταμερή, όχι εξαμερή , όπως πιστεύαμε προηγουμένως.
Τα ευρήματα των επιστημόνων παρέχουν μια συνεπή εικόνα της δομικής ποικιλομορφίας των δικτύων σύνδεσης υδρογόνου που είναι υπεύθυνα για τα κύρια δομικά χαρακτηριστικά και τις ιδιότητες του νερού στη συμπυκνωμένη φάση.