Po šimtmečių mokslininkai pagaliau išsiaiškino, kaip vanduo praleidžia elektrą (Video)

Nieko keisto, kad didžioji dauguma gamtoje esančio vandens stulbinamai gerai praleidžia elektrą – daugelis mūsų tai žino nuo pagrindinės mokyklos laikų. Bet nepaisant proceso fundamentalumo, niekam nepavykdavo išsiaiškinti kaip tai iš tiesų vyksta atominiu lygmeniu.

„Deguonies atomams visai nėra reikalo daug judėti,“ sako Johnson. „Tai savotiškas Niutono lopšys – vaikiškas žaislas su plieniniais rutuliukais, pakabintais ant vielų. Pakėlus vieną rutuliuką ir paleidus taip, kad jis susidurtų su kitais, pakyla tik galinis rutuliukas, o kiti nepajuda iš vietos.“

Bet iki šiol mūsų žinios maždaug tuo ir apsiribojo. Nors mokslininkai patį mechanizmo principą žinojo gerai, tačiau supratimas kaip tai vyksta, buvo, švelniai tariat, miglotas.

Taigi, pastaruosius 200 metų mokslininkai ieškojo būdo eksperimentiškai stebėti struktūrinius elektrą perduodančių vandens molekulių pokyčius – ši užduotis pasirodė besanti kietas riešutėlis.

Pastaraisiais metais tyrėjai bandė tai atlikti, naudodami infraraudonąjį skenavimą, bet rezultatai veikiau priminė nesufokusuotą fotografiją, kurioje neįmanoma įžvelgti detalių.

„Tiesą sakant, atrodė, kad toks išplaukęs vaizdas pernelyg neryškus, kad būtų galima kaip nors rasti ryšį tarp spalvų ir struktūrą,“ paaiškino Johnsonas.

Siekdami išsiaiškinti šį klausimą kartą ir visiems laikams, Johnsonas su komanda sugalvojo būdą kaip užšaldyti cheminį procesą, kad proceso fotografavimo momentai būtų izoliuoti ir sustoję laike, idant juos būtų galima apžiūrėti iš arčiau.

Jie panaudojo penkias sunkiojo vandens (D₂O) molekules, kurias atšaldė beveik iki absoliutaus nulio (–273,15°C).

Tokiame speige viskas sulėtėjo ir staiga protonų vaizdas pasidarė daug ryškesnis.

„Iš esmės, aptikome Rozetės akmenį, atskleidžiantį spalvomis užkoduotą struktūrinę informaciją,“ sakė Johnsonas. „Sugebėjome atskleisti bendrų deformacijų seką, kaip filmo kadrus.“

Šis naujas supratimas suteiks svarbių vandens laidumo įžvalgų – reiškinio, dėl kurio esame gyvi ir kuris gyvybiškai svarbus daugeliui Žemėje vykstančių cheminių reakcijų.

Jis gali padėti paaiškinti ir kitas paslaptis, bei išspręsti tokias ilgai vykstančias diskusijas, kaip vandens paviršiaus rūgštingumo, lyginant su visu tūriu. Ši naujoji technika galėtų padėti vienareikšmiškai atsakyti į šį klausimą.

Ji galėtų nušviesti ir kai kurias kitas neseniai atrastas vandens keistenybes, tarkime, paslaptingosios antrosios skystos fazės egzistavimas, ir keista jo savybė sukietėti virimo temperatūroje anglies nanovamzdeliuose.

Dabar mokslininkų komanda nori pakartoti eksperimentą su daugiau vandens molekulių, ir pažiūrėti, kaip kinta laidumas.

Gali atrodyti, kad toks gilinimasis į jau žinomus procesus tėra tuščias laiko švaistymas, bet tokie fundamentalūs tyrimai yra mus supančio pasaulio supratimo pagrindas.

Galiausiai, tik materijos elgesio pačiu mažiausiu masteliu pažinimas suteikia galimybę pažinti ir likusią Visatą. O vanduo, kad ir toks paplitęs, tebėra viena iš keisčiausių molekulių. Ką žinosi, ant pečių nenešiosi...

Tyrimas publikuotas Science.