Andrejus Geimas ir Konstantinas Novoselovas, eksperimentuodami su geriausiais grafito ir boro nitrido „sumuštiniais“, išsiaiškino, kaip padaryti vandenį „negyvu“ir atimti iš jo unikalias tirpinimo savybes, rašoma žurnale „Science“.
„Negyvasis vanduo“nėra tik įdomus mokslinis reiškinys, jo atradimas gana specifiškai pritaikomas kitiems mokslams, ypač biologijai. Tai padės mums suprasti, kodėl vanduo yra toks svarbus gyvybei. Atsižvelgiant į vandens vaidmenį formuojant baltymų molekules, galime pasakyti, kad ploni vandens sluoksniai yra gyvenimo skulptoriai tiesiogine ir perkeltine prasme “, - sako Andrejus Geimas iš Mančesterio universiteto (JK).
Vanduo, kaip paaiškina mokslininkai, šiandien išlieka viena paslaptingiausių medžiagų Žemėje. Skirtingai nuo periodinių lentelių „kaimynų“, vandenilio ir deguonies derinys turi neįprastai aukštą virimo ir užšalimo temperatūrą, neįprastą šiluminę galią ir galimybę ištirpinti didžiulį kiekį organinių ir neorganinių junginių.
Šis vandens „įgūdis“savo ruožtu siejamas su kita jo fizine savybe - dideliu elektriniu dipolio momentu. Šiuo žodžiu mokslininkai supranta, kaip teigiami ir neigiami krūviai pasiskirsto visoje molekulėje. Vandens molekulės pasižymi labai dideliu dipolio momentu, nes joje esančius elektronus „traukia“deguonies atomas, o teigiamai įkrauti vandenilio atomai, priešingai, iš jų pašalinami.
Mokslininkams jau seniai kyla klausimas, ar jis išlaiko šias savybes tais atvejais, kai vandens molekulės yra sukrautos keliais sluoksniais, ar jos pasikeičia į visiškai kitokias.
Game, Novoselovas ir jų kolegos universitete išsprendė šią problemą eksperimentuodami su savitais „sumuštiniais“, surinktais iš ultraplotų grafito plokščių ir dvimatių boro nitrido plėvelių, struktūrizuotų panašiai kaip grafenas, už kurio atradimą Rusijos ir Didžiosios Britanijos fizikai gavo Nobelio premiją. 2010 m.
Naudodami grafito lakštą kaip „pamatą“, mokslininkai boro nitrido plėveles ant jo uždėjo taip, kad gavo savotišką „namą“su daugybe atskirų „kambarių“, kurių plotis ir aukštis buvo kelios dešimtys nanometrų. Dėl to į tokias angas galėjo patekti labai nedaug vandens molekulių, o tai leido Geimui ir jo komandai labai tiksliai išmatuoti jų dielektrines ir kitas fizines savybes.
Norėdami tai padaryti, mokslininkai į kiekvieną tokį „kambarį“atnešė superjautraus atominės jėgos mikroskopo adatą ir stebėjo, kaip gerai elektrinis laukas prasiskverbia pro plokščių puslaidininkių medžiagų ir vandens „sumuštinį“, keisdamas visos šios konstrukcijos aukštį ir plotį.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Kaip parodė šie stebėjimai, skysčio savybės smarkiai pasikeitė, jei jo sluoksnio storis artėjo prie dviejų nanometrų žymos. Šiuo atveju vanduo tapo „negyvas“ir prarado nuostabias dielektrines savybes ir nustojo būti universalus tirpiklis.
„Mes žinojome, kad plonų vandens sluoksnių savybės labai skirsis nuo„ įprasto “skysčio elgesio, bet nežinojome, kaip. Mes buvome labai nustebinti, kad jie tikrai skiriasi, bet ne ta linkme, kurios tikėjomės - nedidelis vandens kiekis turėjo ypač mažą, o ne aukštą poliarizacijos laipsnį “, - priduria„ Geim “kolegė Laura Fumagalli.
Toks atradimas, kaip pažymėjo Rusijos ir Didžiosios Britanijos fizikas, yra labai svarbus tiriant gyvenimo raidą ir ieškant žmonių, nes plonos vandens plėvelės gali vaidinti svarbų vaidmenį vystant pirmąsias sudėtingas chemines molekules, įskaitant DNR, ir pirmųjų gyventojų gyvenime. Žemė.