Рентген помог физикам уточнить структуру воды

Водородные связи, возникающие между молекулами воды, объясняют высокую температуру кипения и высокую вязкость воды.

Рентген помог физикам уточнить структуру воды

Международный коллектив ученых точно измерил силу водородных связей между молекулами воды и опроверг популярную сегодня теорию о том, как устроена эта необычная жидкость.

Новое теоретическое описание структуры воды было представлено в журнале Nature Communications, передает РИА Новости.

«На следующем этапе исследований необходимо выяснить, возможно ли из спектров резонансного неупругого рассеяния воды определить такой важный структурный параметр, как среднее число связей молекулы. Он определяет энергию взаимодействия последней с ее окружением, а значит, и такие свойства, как скорость звука в воде и ее теплоемкость», – заявил Фарис Гельмуханов из Сибирского федерального университета в Красноярске.

Почти все молекулы, существующие во Вселенной, состоят из атомов, связанных тремя путями – посредством прочных ковалентных или ионных связей, основанных на «обобществлении» или «экспроприации» электронов между двумя атомами, и слабых водородных связей.

Они образуются за счет перераспределения заряда между атомами водорода и кислорода, из-за которого возникает «зарядовая асимметрия» молекулы. В результате этого один ее «конец» оказывается заряжен положительно, а другой отрицательно. К этим «заряженным» концам могут присоединяться другие атомы и молекулы, а также атомы в самой молекуле, содержащей водород.

Водородные связи, возникающие между молекулами воды, объясняют высокую температуру кипения и высокую вязкость воды, а также необычные свойства белков, молекул ДНК и других «кирпичиков жизни». Ученые достаточно давно знают примерную силу этих связей, однако их точное значение так и не было измерено из-за того, что электронные микроскопы крайне плохо «видят» атомы водорода в молекулах.

Эта неопределенность, как отмечают Гельмуханов и его коллеги, уже много десятилетий заставляет физиков спорить о том, как устроена вода. Наиболее общепринятая теория ее строения, появившаяся в начале 2000 годов, подразумевает, что она состоит не из одиночных молекул, а особых структур, так называемых кластеров, объединяющих от трех до нескольких десятков элементов.

Подобное устройство воды хорошо объясняет некоторые ее аномальные черты, к примеру, ее расширение, а не сжатие при замерзании, или необычно высокие температуры кипения и замерзания. С другой стороны, эта теория не совместима с другими необычными свойствами воды, что заставляет ученых искать альтернативы для нее.

Как передает пресс-служба Российского научного фонда, физики из Красноярска и ряда европейских исследовательских центров сделали большой шаг к ответу на эти вопросы, научившись «щупать» ковалентные и водородные связи внутри жидкой воды при помощи рентгеновского излучения.

Подобные замеры, как отмечают ученые, их коллеги пытались проводить и раньше, однако было не понятно, как распады старых и формирование новых водородных связей между молекулами воды в толще жидкости будут влиять на рентген. Российские и зарубежные ученые решили эту проблему остроумным способом, сравнив то, как выглядит жидкая вода и очень разреженный пар.

Их идея базировалась на очень простом предположении – водородные связи не возникают между молекулами H2O в парообразном состоянии. Это позволяет отделить то, как они влияют на структуру воды и сказываются на взаимодействии рентгеновского излучения с ее толщей.

Классическая теория устройства воды, как отмечают Гельмуханов и его коллеги, предсказывает, что в спектре рентгеновского излучения должен появиться особый набор провалов и пиков, связанных с существованием кластеров разных размеров. Соответственно, он будет характерен для жидкой воды, но будет отсутствовать у пара.

Ученые впервые проследили за тем, как одна молекула воды передает протоны своей «соседке», и раскрыли секрет того, почему вода пропускает ток, а другие похожие на нее вещества – не обладают таким свойством.

В реальности все оказалось иначе – рентгеновское излучение менялось схожим образом и в том, и в другом случае. Когда ученые проанализировали эти данные, они пришли к выводу, что подобный рисунок появлялся в спектре излучения не из-за наличия разных типов кластеров в толще воды, а из-за быстрого распада ее молекул на ионы H+ и OH-.

Все это, как считают российские и зарубежные физики, говорит о том, что никакой сложной структуры воды, которая описывается в рамках кластерной теории, на самом деле не существует. По их мнению, ее устройство определяется исключительно взаимодействиями отдельных молекул, а не более крупных структур. Характер этих связей ученые планируют изучить в самое ближайшее время.

Подписывайтесь на канал «Хвилі» в Telegram, на канал «Хвилі» в Youtube, страницу «Хвилі» в Facebook

Последние новости
СБУ проводит обыски в мэрии Одессы

СБУ проводит обыски в мэрии Одессы

Проводится выемка документов в помещении мэрии Одессы
В Украине резко замедлилась инфляция, — Госстат

В Украине резко замедлилась инфляция, — Госстат

Продукты питания в Украине за ноябрь 2019 года даже подешевели на 0,2%
Бывшего украинского министра приговорили к двум годам колонии в России

Бывшего украинского министра приговорили к двум годам колонии в России

Рудьковский признан виновным в «нападении на учреждение, пользующееся международной защитой, с целью осложнения международных отношений»
Немецкий бизнес раскритиковали за «позорную» встречу с Путиным

Немецкий бизнес раскритиковали за «позорную» встречу с Путиным

В то время, когда спецслужбы Германии борются с российской угрозой, немецкие бизнесмены договариваются с президентом России, - Bild
Пальчевский спрогнозировал итоги встречи Зеленского и Путина

Пальчевский спрогнозировал итоги встречи Зеленского и Путина

По его словам, кто настроен пессимистически - ошибается
В Париж прибыл Зеленский: видео

В Париж прибыл Зеленский: видео

С ним прибыли Богдан, Ермак, Пристайко и Тимошенко
У Путина назвали дату обмена «всех на всех»

У Путина назвали дату обмена «всех на всех»

Обмен пленными «всех на всех» пройдет до конца года
Беларусь хочет $70 миллионов компенсации за «грязную» российскую нефть

Беларусь хочет $70 миллионов компенсации за «грязную» российскую нефть

Вопрос компенсации затрагивался на переговорах глав России и Беларуси.
Встреча «нормандской четверки» в Париже: live

Встреча «нормандской четверки» в Париже: live

Лидеры государств обсудят урегулирование ситуации на Донбассе.
Баканов, Аваков и Хомчак: Тимошенко рассказал, кто поддержит Зеленского на нормандской встрече

Баканов, Аваков и Хомчак: Тимошенко рассказал, кто поддержит Зеленского на…

По его словам, украинская делегация достаточно большая
Активисткам Femen не дали провести акцию против Путина в Париже

Активисткам Femen не дали провести акцию против Путина в Париже

Девушки попытались выступить против агрессивной внешней политики президента РФ
У Меркель рассказали об ожиданиях от «нормандского саммита»

У Меркель рассказали об ожиданиях от «нормандского саммита»

Федеральное правительство рассчитывает на результативные переговоры после нормандской встречи.
На Земле появятся гигантские зоны смерти — прогноз

На Земле появятся гигантские зоны смерти — прогноз

Изменение климата приведет к появлению огромных участков океана, непригодных для жизни.
Стало известно, кто летит вместе с Путиным в Париж

Стало известно, кто летит вместе с Путиным в Париж

Кого президент РФ взял себе в подмогу на "нормандском саммите"
НБУ резко увеличил покупку валюты, приблизившись к рекорду года

НБУ резко увеличил покупку валюты, приблизившись к рекорду года

Продажи доллара на межбанке не осуществлялись.
Марине Порошенко досталось на Майдане

Марине Порошенко досталось на Майдане

В экс-первую леди Украины кто-то из толпы кинул яйцо
Популярный препарат от диабета оказался смертельно опасным

Популярный препарат от диабета оказался смертельно опасным

Метформин может провоцировать развитие рака.
Опубликован первый трейлер фильма «Чудо-женщина: 1984»

Опубликован первый трейлер фильма «Чудо-женщина: 1984»

Мировая премьера картины запланирована на 3 июня 2020 года
В Дании отменили мероприятие НАТО из-за критики Трампа

В Дании отменили мероприятие НАТО из-за критики Трампа

Семинар по НАТО отменили в связи с антитрамповской позицией американского ученого.
Европа послала мощный сигнал Украине накануне саммита в Париже

Европа послала мощный сигнал Украине накануне саммита в Париже

Франция не ослабит позиции Украины на «Нормандии»
«Нафтогаз» готов отозвать новые иски против «Газпрома»

«Нафтогаз» готов отозвать новые иски против «Газпрома»

Российская компания должна подписать долгосрочный контракт , заявили в "Нафтогазе".
В Париже из-за забастовки образовались рекордные пробки — 631 километр

В Париже из-за забастовки образовались рекордные пробки — 631 километр

Пробки в Парижском регионе побили рекорд 2018 года.
Зеленский встретится с Путиным только при одном условии

Зеленский встретится с Путиным только при одном условии

Офис Президента назвал условия встречи Зеленского и Путина
Названы топ-5 качественных китайских смартфонов

Названы топ-5 качественных китайских смартфонов

Бренды этих моделей не особо известны в Украине, но заслуживают внимания
Ученые сделали неожиданное открытие об алкоголе

Ученые сделали неожиданное открытие об алкоголе

Любые дозы алкоголя оказались смертельно опасными.
Встреча Зеленского и Путина может состояться до брифинга «нормандской четверки» — источник

Встреча Зеленского и Путина может состояться до брифинга «нормандской четверки»…

Президенты Украины и России могут встретиться до брифинга по итогам нормандского саммита.
WADA отстранило Россию от двух следующих Олимпийских игр

WADA отстранило Россию от двух следующих Олимпийских игр

Россию отстранили от международных соревнований на четыре года.
Экс-глава Пентагона напутствовал Зеленского перед встречей с Путиным

Экс-глава Пентагона напутствовал Зеленского перед встречей с Путиным

Эш Картер предостерег президента Украины
«Умные часы» Apple научат определять болезнь Паркинсона

«Умные часы» Apple научат определять болезнь Паркинсона

Apple Watch могут получить новую функцию для контроля состояния здоровья владельца.
В Антарктиде нашли артефакты неизвестных цивилизаций

В Антарктиде нашли артефакты неизвестных цивилизаций

Самым странным признали барельеф с изображением, которое максимально похоже на древнеегипетские фрески
Читай также