• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Fysik
    Vatten är mer homogent än förväntat

    Vattenmolekyler exciteras med röntgenljus (blått). Från det emitterade ljuset (lila) kan information om H-bindningar erhållas. Kredit:T. Splettstoesser/HZB

    För att förklara de kända anomalierna i vatten, vissa forskare antar att vatten består av en blandning av två faser, även under omgivningsförhållanden. Dock, nya röntgenspektroskopiska analyser vid BESSY II, ESRF och Swiss Light Source visar att så inte är fallet. Vid rumstemperatur och normalt tryck, vattenmolekylerna bildar ett fluktuerande nätverk med i genomsnitt 1,74 ± 2,1 procent donator- och acceptorvätebryggbindningar per molekyl vardera, möjliggör tetraedrisk koordination mellan nära grannar.

    Vatten vid omgivningsförhållanden är matrisen av liv och kemi, och beter sig anomalt i många av sina egenskaper. Sedan Wilhelm Conrad Röntgen, två distinkta separata faser har hävdats samexistera i flytande vatten, konkurrerar med den andra synen på en enfasvätska i ett fluktuerande vätebindningsnätverk - den kontinuerliga distributionsmodellen. Över tid, Röntgenspektroskopiska metoder har upprepade gånger tolkats till stöd för Röntgens postulat.

    Ett internationellt team av forskare, ledda i sin ansträngning av prof. A. Föhlisch från Helmholtz-Zentrum Berlin och universitetet i Potsdam, genomförde kvantitativa och högupplösta röntgenspektroskopiska multimetodsundersökningar och analyser för att ta itu med dessa divergerande synpunkter vid ljuskällorna BESSY II, European Synchrotron Radiation Facility ESRF och Swiss Light Source.

    De fastställer att de röntgenspektroskopiska observerbara objekten kan beskrivas fullständigt och konsekvent med modeller för kontinuerlig distribution av nästan tetraedriskt flytande vatten vid omgivningsförhållanden med 1,74 ± 2,1 % donerade och accepterade H-bindningar per molekyl. Dessutom, över hela fasdiagrammet för vatten, tydliga samband till t.ex. andra skalkoordination etableras och påverkan av ultrasnabb dynamik associerad med interaktion med röntgenmaterial separeras och kvantifieras.

    Kan dessa röntgenspektroskopiska slutsatser om vatten vid omgivningsförhållanden nu också lösa den hårt omdiskuterade frågan om existensen av en andra kritisk punkt i det så kallade "ingenmansland" av underkylt vatten? Denna postulerade andra kritiska punkt är konceptuellt baserad på utvidgningen av de etablerade amorfa isfaserna med låg och hög densitet till påstådda vätskefaser med låg och hög densitet längs en Widom-linje där den andra kritiska punkten återfinns som den extrapolerade divergensen av stabila och underkylt vattens termodynamiska respons fungerar runt -45°C vid atmosfärstryck.

    Från fysiken för kritiska fluktuationer, Det är känt, att man långt över en kritisk punkt bör se materiens tillstånd som homogent. Begynnande och stora fluktuationer är tillåtna när man närmar sig fasgränsen och den kritiska punkten:Hur nära man måste närma sig den i energi och på vilken tidsskala för att känna av divergensen är inte helt besvarat, men förväntningarna från observationer inom fasta tillståndets fysik är att man måste vara nära för att inse 2-faseffekterna.

    Även om den påstådda andra kritiska punkten vid -45°C och omgivande tryck existerade, de omgivande förhållandena för flytande vatten i jämvikt skulle på något sätt vara långt borta i temperatur. Således, den fluktuerande kontinuerliga distributionsmodellen av nära tetraedriskt flytande vatten vid omgivningsförhållanden gäller oberoende av om den andra kritiska punkten för vatten i det underkylda området existerar eller inte.

    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com