Flydende vand er mere end bare brint-ilt-molekyler

Skoltech-forskere i samarbejde med forskere fra University of Stuttgart viste, at koncentrationen af ​​kortlivede ioner (H ₃ O ⁺ og OH ^- ) i rent flydende vand er meget højere end det, der antages for at evaluere pH, og dermed ændrer vores forståelse af vands dynamiske struktur markant.

Iboende ioniske arter af flydende vand spiller en vigtig rolle i redoxprocesserne, katalytiske reaktioner og elektrokemiske systemer. En lavbarriere tunneling af hydrogenatomer mellem H ₂ O molekyler, forårsaget af nukleare kvanteeffekter, forventes at generere kortvarige overskydende protontilstande. Imidlertid, til dato, der har ikke været oplysninger om koncentrationen af ​​sådanne overskydende protontilstande i rent vand.

Skoltech-forskere målte i samarbejde med tyske forskere den ion-molekylære sammensætning af flydende vand på en sub-picosecond tidsskala. Resultatet overraskede videnskabsmænd, da de observerede, at op til flere procent af H ₂ O-molekyler blev midlertidigt ioniseret.

"Vi brugte vandisotopologer:almindelige (H ₂ O), tung (D ₂ O), og semi-tungt (HDO) vand, at identificere overskydende protontilstande. Ved gradvist at erstatte hydrogenatomerne (H) med deuterium (D), vi ændrede den relative koncentration af overskydende proton-relaterede arter, såsom HD ₂ O ⁺ , DH ₂ O ⁺ , H ₃ O ⁺ og D ₃ O ⁺ , og identificerede deres bidrag til den kumulative infrarøde absorption. Vi fandt koncentrationsafhængige spektrale træk nær molekylære bøjningstilstande af semi-tungt vandspektre, som ingen kendt model var i stand til at forklare. Vi associerede disse funktioner med overskydende protoner, der kan forventes at eksistere på picosekunders tidsskala, " sagde en af ​​medforfatterne, Prof. Henni Ouerdane fra Skoltech Center for Energividenskab og Teknologi (CEST).

"Mens tidligere undersøgelser af vandstruktur var baseret på krystallografiske eksperimenter, og afspejlede ikke vandets dynamik, vores forskning bringer ny indsigt i den indviklede vandstruktur på ultrakort tidsskala. Fundet forudser nye effekter af elektrisk feltinteraktion med vand, såvel som andre unormale egenskaber ved vand, " konkluderede hovedforfatteren, Dr. Vasily Artemov, Seniorforsker ved CEST.