У воды обнаружили неизвестные квантово-механические свойства

Схематическое изображение молекул воды в растворе. Изображение с сайта berkeley.edu

На нанометровых расстояниях у воды появляются свойства, которые нельзя объяснить иначе, как с привлечением квантовой механики. Такой вывод был сделан учеными по итогам серии экспериментов. Статья исследователей пока не опубликована в рецензируемом научном журнале, но ее препринт доступен на сайте arXiv.org. Коротко о работе пишет портал Physics World.

Вода обладает рядом свойств, которые делают эту жидкость уникальной. В частности, H2O обладает максимальной плотностью при температуре плюс четыре градуса Цельсия. Благодаря этой особенности земные водоемы замерзают не снизу вверх, а сверху вниз, и в них в холодное время года могут обитать живые существа. Многие необычные характеристики воды объясняются тем, что ее молекулы связаны между собой особым типом нековалентных связей, получившем название водородной связи. Такие связи образуются между атомом водорода, который связан с так называемым электроотрицательным атомом (в случае воды - с кислородом), и другим электроотрицательным атомом, находящимся в той же или соседней молекуле.

Авторы новой работы проверяли, насколько хорошо модель, описывающая свойства воды только с опорой на водородные связи (так называемая электростатическая модель), согласуется с данными экспериментов. Ученые отслеживали такой параметр как распределение протонов в молекулах воды по уровням кинетической энергии. Исследователи "загоняли" молекулы H2O в углеродные нанотрубки диаметром 1,6 нанометра, и подвергали систему воздействию высокоэнергетичных нейтронов, которые производил источник ISIS из лаборатории Резерфорда-Эпплтона в Оксфордшире, Великобритания.

Из-за того, что нейтроны обладали очень высокой энергией, они успевали отразиться от встреченных на пути протонов до того, как последние успевали провзаимодействовать с окружающими их частицами. Таким образом, анализируя данные о рассеянии нейтронов после прохождения сквозь образец, ученые получали информацию о нативном распределении протонов по энергиям. Оказалось, что энергия сильно зависит от температуры: ее среднее значение было на 50 процентов больше предсказанного электростатической моделью при низких температурах, и на 20 процентов - при комнатной температуре. Внутри нанотрубок с диаметром 1,4 нанометра средняя энергия протонов оказалась на 30 процентов ниже, чем у воды, не помещенной в ограниченное пространство.

Также исследователи проверили, как будут распределяться по энергиям протоны в воде, помещенной в особый мембранный материал Nafion, который используется для производства топливных элементов. Ученые показали, что средняя энергия была на 30 процентов выше, чем у воды в "обычном" состоянии.

Авторы новой работы полагают, что, когда молекулы воды находятся на очень близком расстоянии друг от друга и "сдавлены" из-за маленького объема доступного пространства, протоны в них переходят в пока не описанное физиками квантовое состояние. Ученые отмечают, что квантово-механические свойства воды могут определять ее "поведение" в живых клетках, так как там расстояние между молекулами примерно соответствует тому расстоянию, на котором они находились в эксперименте.

Обсудить
Наука и техника
 — 
00:01 27 марта 2017
Замороженная стволовая клетка человека

Внутренние бомбы

Как клеточный суицид помогает против рака и старости
«Движуха, которой раньше не было»
Что стоит за протестной активностью юных россиян
У нас тут стояло
ДК, кинотеатры и офисы: что еще может потребовать церковь в рамках реституции
«В этом тупике они будут выходить на улицы»
Парламентские партии о том, почему молодежь участвует в протестах
«Родители, будьте бдительны!»
А вы проверяете сообщения своих детей в соцсетях?
Больно, но полезно
Китай готовится к реформе госкорпораций, чреватой социальным взрывом
Participants attend a gay pride parade in central Istanbul June 30, 2013. Tens of thousands of anti-government protesters teamed up with a planned gay pride march in Istanbul. Crowds were stopped by riot police from entering Taksim, the centre of previous protests, but the atmosphere appeared peacefulОпасное интернет-проникновение
Грозит ли подъем геев-мусульман исламскому миру
FILE - In this Saturday, June 4, 2011 file photo made by Associated Press photographer Anja Niedringhaus, injured U.S.Marine Cpl. Burness Britt reacts after being lifted onto a medevac helicopter from the U.S. Army's Task Force Lift "Dust Off," Charlie Company 1-214 Aviation Regiment. Location:
Sangin, AfghanistanПадение Сангинграда
Десятилетнее сражение за столицу наркоторговли завершилось победой «Талибана»
Demonstrators take part in a protest aimed at showing London's solidarity with the European Union following the recent EU referendum, inTrafalgar Square, central London, Britain June 28, 2016. REUTERS/Dylan Martinez TPX IMAGES OF THE DAYСпасет ли уход Меркель Европу?
Свое 60-летие Европейский союз встречает в состоянии экзистенциального кризиса
Лазерный пистолет и стреляющий эспандер
Пять самых необычных и бессмысленных пистолетов
Срисовали
Как разоблачили банду, охотившуюся на картины знаменитых художников
Не уберегли
Как в изоляторах погибают ключевые свидетели по антикоррупционным процессам
«Я стала плевать кровью на снег»
Как выстрел в лицо офицеру МВД обернулся обвинениями в самостреле: расследование
Невспаханная «Нива»
12 модификаций легендарного внедорожника, о которых вы не знали
Тает лед
Как Ferrari и Феттель воскресили интригу в Формуле-1
Они из будущего
Объясняем, почему «Мерседесы» выглядят так, как выглядят, и какими они станут
Место рождения
Как выглядят самые крупные и самые необычные автозаводы мира
Талант расправил плечи
Лучшие архитектурные проекты 2017 года: от города в пустыне до термальных ванн
Адская машина
Ученые и урбанисты придумали, что делать с заполонившими города автомобилями
«Если у тебя нет любовника, квартире взяться неоткуда»
Исповедь россиянки, ставшей ипотечницей в 20 лет
Тариф «Хватит»
За услуги ЖКХ можно платить в разы меньше