Tokyo ülikooli teadlased on üksikasjalikult uurinud vee kui vedeliku struktuuri ja leidnud, et selle omadused sõltuvad kahe faasi oleku suhtest.
Kõik teavad, et vee omadused erinevad enamikust vedelikest: see laieneb külmudes (seetõttu on jää kergem), kokkutõmbumisel väheneb selle viskoossus jne. Neid näiliselt anomaalseid omadusi seletatakse meile koolis vesiniksidemete olemasoluga molekulide vahel. Kuid üksikasjad on endiselt halvasti mõistetavad, kuigi teema on nii keemia kui ka füüsika jaoks äärmiselt oluline. Vee spetsiifilisi omadusi kasutatakse ka meditsiinis ja tehnikas.
Tokyo ülikooli tööstusteaduste instituut suutis vee struktuuri nähtuse mõistmisel edasi liikuda.
Vedelas olekus moodustab vesi kohaliku iseloomuga tetraeedrilisi struktuure, mis moodustuvad vesiniksidemete abil - see on teada juba pikka aega. Jaapani teadlased on kindlaks teinud, et vesi pole lihtsalt "korrastamata vesi", milles hõljuvad "tetraeedrilise vee" "osakesed": süsteemil on tahkete faasidega sarnane olekudiagramm.
Välja on töötatud mudel, mis käsitleb vedelat vett kui kahest faasist koosnevat süsteemi. Esimene neist on kõrge pöörlemissümmeetriaga korrastamata seisund. Lihtsamalt öeldes on see vedeliku molekulide "suundades" kindla mustri puudumine. Teine faas on mitte ainult tetraeedriliselt järjestatud, vaid ka termodünaamiliselt tasakaalustamata olekus. Nende seisundite koostoimet kirjeldab lambda parameeter (λ), mille füüsikaline tähendus on paari- ja kolmekordset laadi molekulidevaheliste interaktsioonide suhtelise tugevuse hindamine. See tähendab, et tavaline kahe vaba molekuli ja tetraeedrilise struktuuri moodustavate molekulide vahel. Vastavalt näitab parameetri λ suurenemine süsteemi järjestuse suurenemist.
See mudel näeb välja lihtne, kuid ennustab hästi vee kui vedeliku ebanormaalset käitumist.
Uuringu üks eestvedajaid John Russo selgitab: "… Kui λ suureneb, muutuvad iga molekuli ümber moodustuvad tetraeedrilised kestad energeetiliselt stabiilsemaks." See kompenseerib energiakulu struktuuri kui terviku tellimisel. Teadlased, muutes λ, on modelleerinud faasiskeemid, mille struktuur võib olla üsna ootamatu. Niisiis, vasakpoolsel joonisel on kujutatud Si34 tüüpi vee struktuur - see moodustub alarõhul. Pealegi on selle struktuur klatraat, see tähendab tegelikult inklusioonühend: mõned veemolekulid asuvad selle teiste molekulide poolt moodustatud struktuuri õõnsustes.
Siia faasi olekus vee struktuur Si34 (vasakul) ja faasiskeem koordinaatides λ / rõhk (paremal) / Tokyo Ülikooli tööstusteaduste instituut.
Reklaamvideo:
Ilmnenud sõltuvus ei ole lineaarne, maksimaalne mõju vee omadustele toimub ajal λ = 23.15.
Hajime Tanaka, üks projekti eestvedajatest, märkis teadustöö olulist rolli füüsikalises keemias.
Suhteliselt lihtsa mudeli abil toodetud makroskoopiliste parameetrite, näiteks viskoossuse ja mikroskoopiliste struktuuride suhe on tõepoolest oluline saavutus. Praktilisest seisukohast peaks vee struktuuri mõistmine aitama tõhusate peenfiltrite väljatöötamisel.
Anton Bugaychuk
