Populære Innlegg

Redaksjonens - 2018

Ny tilstand av vannmolekyl oppdaget

Anonim

Neutronspredning og beregningsmodellering har avslørt unikt og uventet oppførsel av vannmolekyler under ekstrem inneslutning som er uovertruffen av noen kjente gass-, flytende eller faste tilstander.

annonse


I et papir utgitt i Fysisk gjennomgangsbrev beskriver forskere ved Institutt for Energi Oak Ridge National Laboratory en ny tunnelingstilstand for vannmolekyler som er begrenset i sekskantede ultra-små kanaler - 5 angstrom over - av mineralberylen. Et angstrom er 1/10 milliarder av en meter, og individuelle atomer er typisk omtrent 1 Ångstrøm i diameter.

Oppdagelsen, gjort mulig med eksperimenter ved ORNLs Spallation Neutron Source og Rutherford Appleton Laboratory i Storbritannia, demonstrerer egenskaper av vann under ultra-inneslutning i bergarter, jord og cellevegger, som forskere forutser vil være interessante for mange disipliner.

"Ved lave temperaturer, viser dette tunnelvannet kvantebevegelse gjennom separerende potensielle vegger, som er forbudt i den klassiske verden, " sier lederforfatter Alexander Kolesnikov av ORNLs kjemi- og ingeniørmateriale divisjon. "Dette betyr at oksygen- og hydrogenatomer i vannmolekylet er" delokalisert "og derfor samtidig til stede i alle seks symmetrisk ekvivalente posisjoner i kanalen samtidig. Det er et av de fenomenene som bare forekommer i kvantemekanikk og har ingen parallell i vår daglige opplevelse. "

Eksistensen av vanntilstanden som vist i ORNLs studie, skal hjelpe forskere bedre å beskrive de termodynamiske egenskaper og oppførsel av vann i svært begrensede miljøer som vanndiffusjon og transport i cellemembranerkanaler, i karbonnanorør og langs korngrenser og ved mineralgrensesnitt i en rekke geologiske miljøer.

ORNL-medforfatter Lawrence Anovitz bemerket at oppdagelsen er egnet til å utløse diskusjoner mellom materialer, biologiske, geologiske og beregningsmessige forskere som de forsøker å forklare mekanismen bak dette fenomenet og forstå hvordan det gjelder deres materialer.

"Denne oppdagelsen representerer en ny grunnleggende forståelse for vannets oppførsel og måten vann bruker energi på, " sa Anovitz. "Det er også interessant å tenke at disse vannmolekylene i akvamarin eller smaragdring - blå og grønne varianter av beryl - har samme kvantetunneling vi har sett i våre eksperimenter."

Selv om tidligere studier har observert tunneling av atom hydrogen i andre systemer, opplever ORNL-funnet at vann utviser slike tunneladferdigheter enestående. Neutronspredning og beregningsmessige kjemieksperimenter viste at i vanntilstanden er vannmolekylene delokalisert rundt en ring, slik at vannmolekylet antar en uvanlig dobbel topplignende form.

"Den gjennomsnittlige kinetiske energien til vannprotonene som er direkte oppnådd fra nøytroneksperimentet, er et mål på bevegelsen ved nesten absolutt null temperatur og er ca. 30 prosent mindre enn den er i bulkvæske eller fast vann, " sa Kolesnikov. "Dette er i full uenighet med aksepterte modeller basert på energiene i sin vibrasjonsmodus."

Første prinsipp simuleringer laget av Narayani Choudhury av Lake Washington Institute of Technology og University of Washington-Bothell viste at tunneladferdigheten er koblet til den vibrasjonelle dynamikken til berylstrukturen.

annonse



Historie Kilde:

Materialer levert av DOE / Oak Ridge National Laboratory . Merk: Innholdet kan redigeres for stil og lengde.


Tidsreferanse :

  1. Alexander I. Kolesnikov, George F. Reiter, Narayani Choudhury, Timothy R. Prisk, Eugene Mamontov, Andrey Podlesnyak, George Ehlers, Andrew G. Seel, David J. Wesolowski, Lawrence M. Anovitz. Kvanttunneling av vann i Beryl: En ny tilstand av vannmolekylen . Fysisk gjennomgangstavler, 2016; 116 (16) DOI: 10.1103 / PhysRevLett.116.167802


Legg Igjen Din Kommentar