ماهي الخاصية التي تجعل الماء فريداً بخصائصه من بين السوائل

اتخذ الباحثون نهجاً جديداً لتصوير مواضع الجزيئات التي تتكون منها المياه السائلة ، واكتشفوا كيف يتصارع الهيدروجين والأكسجين داخل جزيئات الماء. وقطعوا شوطاً طويلاً في بلورة النمذجة الكمومية للروابط الهيدروجينية ، مما يحتمل أن يحسن النظريات التي تشرح لماذا الماء - وهو أمر حيوي للحياة كما نعرفه - له مثل هذه الخصائص المثيرة للاهتمام.

لاكتساب نظرة ثاقبة حول ترتيبات الذرات ، استخدم الفريق جهاز ميغا إلكترون فولط عالي السرعة لانحراف الالكترون (MUED). يقوم هذا الجهاز بملء الماء بالإلكترونات ، والتي تحمل معلومات مهمة عن ترتيبات الذرات أثناء ارتدادها من الجزيئات.

مع لقطات كافية ، كان من الممكن بناء صورة عالية الدقة لهزة الهيدروجين حيث تنحني الجزيئات وتنثني حولها ، لتكشف عن كيفية سحب الأكسجين من الجزيئات المجاورة باتجاهها قبل دفعها مرة أخرى بعنف.

مع وجود عدد أكبر بكثير من البروتونات ، يحصل الأكسجين على قدر أكبر قليلاً من حب الإلكترون للجزيء. هذا يترك لكل هيدروجين وقتاً خالياً من الإلكترونات أكثر بقليل من المعتاد. لا تُترك الذرات الصغيرة مشحونة إيجاباً تماماً ، ولكنها تصنع جزيء على شكل حرف V مع انحدار لطيف من الأطراف الموجبة ونواة سالبة قليلاً.

يظهر الرسم المتحرك كيف يستجيب جزيء الماء بعد أن يصطدم بضوء الليزر. عندما يبدأ جزيء الماء المثار في الاهتزاز ، تسحب ذرات الهيدروجين (البيضاء) ذرات الأكسجين (الحمراء) من جزيئات الماء المجاورة ، قبل دفعها بعيداً ، مما يؤدي إلى توسيع المسافة بين الجزيئات.

هذه الدراسة هي الأولى التي توضح بشكل مباشر أن استجابة شبكة الروابط الهيدروجينية لدفعة الطاقة تعتمد بشكل حاسم على الطبيعة الآلية الكمومية لكيفية تباعد ذرات الهيدروجين ، والتي لطالما اقترح أنها مسؤولة عن السمات الفريدة للمياه وشبكة روابطها الهيدروجينية.

الآن وقد ثبت أن الأداة تعمل من حيث المبدأ ، يمكن للباحثين استخدامها لدراسة التناغم المضطرب لجزيئات الماء مع ارتفاع الضغوط وانخفاض درجات الحرارة ، ومشاهدة كيفية استجابتها للمذابات العضوية التي تشكل مراحل جديدة مذهلة في ظل ظروف غريبة.