THz -spektroskopi kan hjælpe med at forklare vandafvigelser

Flydende vand opretholder livet på jorden, men dens fysiske egenskaber forbliver mystiske blandt videnskabelige forskere. For nylig, et team af schweiziske forskere brugte eksisterende THz -spektroskopiteknikker til at måle flydende vands brintbinding. Fremtidige bestræbelser med denne teknik kan en dag hjælpe med at forklare vandets særegne egenskaber. Teamet rapporterer deres fund i Journal of Chemical Physics .

"Det, der gør dette papir specielt, er aspektet ved THz -spektroskopi af en væske. I THz -området, vi laver spektroskopi eksplicit af systemets intermolekylære frihedsgrader i undersøgelsen, at kontrastere det til intramolekylære frihedsgrader, "sagde Peter Hamm, en forfatter på papiret. "Med THz -spektroskopi, vi kan meget direkte se på hydrogenbindingen mellem forskellige vandmolekyler. "

Forskere bruger spektroskopi til at måle stoffets interaktion med lys og udlede noget fysisk sammensætning. I dette eksperiment, forskerne begejstrede et farvestofmolekyle opløst i vand med en ultrakort synlig laserpuls, ændrer ladningsfordelingen. Derefter, en THz -puls målte responsen af ​​de omgivende vandmolekyler som en funktion af tiden efter denne excitationsproces.

THz spektroskopi, som er relativt lav frekvens, gør det muligt for forskere at undersøge de kræfter, der findes mellem vandmolekyler. At observere disse intermolekylære kræfter kan hjælpe forskere med at forstå vandets anomalier, fordi hydrogenbinding i flydende vandmolekyler udgør mange af vandets uventede egenskaber, som dens usædvanlige densitet maksimum ved 4 grader Celsius.

"Den reaktion, vi fandt i THz -frekvensområdet, var overraskende langsom. Vand betragtes typisk som et meget hurtigt opløsningsmiddel med en reaktion i subpicosekundområdet, men vi fandt en tidsskala omkring 10 picosekunder i THz, "Sagde Hamm. De tilskrev den langsomme tidsskala til den kollektive karakter af vandreaktionen, der blev undersøgt ved hjælp af THz -spektroskopi.

Hamm præciserede, at forskere har brugt THz -spektroskopi i mere end 20 år og advarede optimisme om resultaterne. "Resultatet har ofte været en smule skuffende, fordi THz -spektret for væsker som vand er ekstremt bredt og sløret, og det er meget svært at hente oplysninger ud af det, "sagde han. Tidsopløste teknikker, ligesom i denne undersøgelse, kan overvinde denne begrænsning.

Næste, forskerne planlægger at bruge deres metode til at se på vandets struktur og dynamik, når det stadig er flydende, men under frysepunktet. Hamm forklarede, "Vandets særlige egenskaber bliver markant mere markante, hvis man går til temperaturer under frysepunktet."