Вода, источник жизни на нашей планете, всегда поражала ученых своими свойствами. В отличии от большинства жидкостей, которые сжимаются при охлаждении, вода превращаясь, в лед расширяется. И результат этого все мы часто наблюдаем - лед плавает на поверхности воды. Если бы вода была как все остальные жидкости - лед должен был бы утонуть. Вот рыбаки бы расстроились :)
Секрет плавающего льда впрочем давно известен, он основывается на феномене, известном как водородные связи. Каждая молекула воды имеет один атом кислорода и два водорода (известная формула - H2O). Кислород обычно прихватывает отрицательно заряженные электроны, что в свою очередь делает водород несколько положительно заряженным. Следуя правило - “противоположности притягиваютя” - атомы водорода притягиваются к атомам кислорода в окружающей воде. Это приводит к тому, что V-образные молекулы воды выстраиваются в кристаллическую решетку с большим количеством пустот, именно эти пустоты делают лед легче, чем вода в жидкой форме.
Около 50 лет назад, ученые выяснили, что когда вода находится под большим давлением, притяжение между водородом одной молекулы и кислородом из окружающей среду может быть настолько сильным, что его будет достаточно чтобы вырвать атом водорода из его молекулы в пространство между молекулами.
Но ученые не могли исследовать напрямую это явление, когда водородные связи пересиливают обычные связи в молекуле воды. Для того чтобы это осуществить, нужен очень небольшой объем, а это как искать упавшие на пол бусину или шуруп. Дела пойдут лучше если использовать яркий свет.
В случае наблюдения за атомами водорода под давлением, “светом” служит поток нейтронов. Подобно тому, как свет отражаясь от вашего лица и попадая не зеркало дает там ваше изображение, также и поток нейтронов может дать изображение атомов воды, отражаясь от них. Однако, до недавнего времени, в распоряжении ученых не было столь “яркого” потока нейтронов, чтобы рассмотреть маленькие атомы водорода под давлением.
С введением в эксплуатацию установки Spallation Neutron Source (которая получает поток нейтронов при расщеплении ядра) в лаборатории Oak Ridge National Laboratory в 2006 году ситуация изменилась. Команда ученых под руководством Малькольма Гутрие (Malcolm Guthrie) из Института Карнеги (Carnegie Institute) использовала этот источник чтобы исследовать секреты диссоциированной воды. И то что они увиделы, навсегда изменило ожидания ученых относительны воды под давлением.
Получилось, что диссоциация воды может происходит двумя разными путями, одним при гораздо меньшем давлении чем предполагалось. Это открытие изменяет наше понимание того, как лед ведет себя в экстремальных ситуациях, например, в ядре планеты. Но что еще более обещающе, так это то, что инструменты разработанные для исследования секретов воды могут пролить свет на водород в других ситуациях. Это открытие поможет ученым разработать пути использования свойств водорода в новых материалах для хранения водорода, например, в водородных топливных ячейках, а также в других источниках альтернативной энергии.
Источник: Oak Ridge National Laboratory