两个水分子是如何共舞的?

水是化学和生物学中最重要的溶剂,一个国际研究团队对水分子如何相互作用有了新的见解。实验需要拉德布德大学FELIX实验室提供的亮度特别高的激光器。他们的发现有助于更好地理解水的奇异性质。

尽管水无处不在,但单个水分子之间的相互作用尚不完全清楚。研究人员第一次能够完全观察到水分子之间的所有运动,即分子间振动。各个水分子相互之间的一定运动(称为受阻旋转)尤其重要。

实验过程

研究小组使用太赫兹光谱技术研究了最简单的可能相互作用,即恰好两个单独的水分子之间的相互作用。研究人员通过样品发送太赫兹范围内的短辐射脉冲,吸收了部分辐射。

吸收模式揭示了有关分子之间有吸引力的相互作用的信息。实验需要拉德布德大学的实验室FELIX提供的具有特别高亮度的激光器。

研究人员分析了极低温度下的水分子。为此,他们先后将单个水分子存储在微小的超流体氦滴中,该氦的温度低至0.4开尔文(或-272.75摄氏度)。

液滴像真空吸尘器一样工作,捕获单个水分子。由于温度低,两个水分子之间会发生稳定的键合,这在室温下是不稳定的。

该实验设置使该小组首次记录了两个水分子受阻旋转的光谱。“水分子在不断运动,”马丁娜·哈维尼斯(Martina Havenith)解释说。“他们旋转,打开和关闭。” 但是,附近有第二个水分子的水分子无法自由旋转-这就是为什么将其称为“阻碍旋转”的原因。

研究结果

水分子的相互作用也可以以所谓的水势的形式表示。“这是一种多维图,它指出了当分子之间的距离或角度改变时,水分子的能量如何变化,” Martina Havenith解释说。

所有属性,例如密度,电导率或蒸发温度,都可以从水势中得出。研究人员说:“我们的测量现在可以对迄今为止开发的所有潜力进行最佳测试。”

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