Nieuwe Staat Van Water: Vreemde 6-Zijdige Molecuul Gevonden

{h1}

Een vreemd nieuw gedrag van watermoleculen is waargenomen in kristallen van beryl, een type smaragd, veroorzaakt door bizarre kwantummechanische effecten waarmee de watermoleculen tegelijkertijd in zes verschillende richtingen kunnen worden geconfronteerd.

Een vreemd nieuw gedrag van watermoleculen is waargenomen in kristallen van beryl, een type smaragd, veroorzaakt door bizarre kwantummechanische effecten waarmee de watermoleculen tegelijkertijd in zes verschillende richtingen kunnen worden geconfronteerd.

Onder normale omstandigheden zijn de twee waterstofatomen in elk watermolecuul gerangschikt rond het zuurstofatoom in een open "V" -vorm, soms in vergelijking met een boemerang- of Mickey Mouse-oor.

Maar in een nieuw experiment hebben wetenschappers ontdekt dat waterstofatomen van sommige watermoleculen die zijn gevangen in de kristalstructuur van de minerale beryl, worden "uitgesmeerd" in een zeszijdige ring. [The Surprisingly Strange Physics of Water]

De ringvorm wordt veroorzaakt door de "quantum tunneling" van de moleculen, een fenomeen dat subatomaire deeltjes laat passeren of "tunnel" door schijnbaar onmogelijke fysieke barrières.

In dit scenario worden de atomen van het watermolecuul "gedelocaliseerd" uit zes mogelijke richtingen binnen natuurlijke hexagonale poriën of kanalen die door de kristalstructuur van de beryl lopen, dus het bestaat gedeeltelijk in alle zes posities tegelijkertijd, aldus de onderzoekers..

Binnen kristallen

Wetenschappers van het Oak Ridge National Laboratory (ORNL) in Tennessee en het Rutherford Appleton Laboratory in het Verenigd Koninkrijk observeerden het nieuw ontdekte effect in blauwe aquamarijnkristallen die op een juweelenshow waren gekocht. Blauw aquamarijn; groen en rood smaragd; roze morganite; gouden heliodor; en duidelijke gosheniet-edelstenen zijn alle variëteiten van het minerale beryl (beryllium-aluminiumcyclo-silicaat) met sporen van andere chemicaliën die de kristallen hun karakteristieke kleuren geven.

"We kozen voor beryl omdat het een kristalstructuur heeft met kanalen erin, ongeveer 5 angstrom [5 tien-miljoensten van een millimeter] - een beetje groter dan een watermolecuul - en het is bekend uit spectroscopische gegevens dat natuurlijke beryls water hebben in hen, "zei Larry Anovitz, een geochemicus bij ORNL en een van de auteurs van een paper over het nieuwe onderzoek. "We weten uit veel andere onderzoeken dat wanneer je water in kleinere en kleinere poriën stopt, dit de eigenschappen van het water beïnvloedt - het vriespunt daalt, de dichtheid verandert, allerlei dingen. Dus we wilden weten, als je die porie zo klein hebt gemaakt dat je er maar één molecuul water in kunt krijgen, wat zou dat dan met de eigenschappen van water doen? "

Wat er daarna gebeurde, was onverwacht, vertelde Anovitz aan WordsSideKick.com.

"We wisten dat natuurlijke beryl water zou hebben in deze kanalen in de structuur, dus we konden gaan kijken en zien wat de eigenschappen waren," zei hij. 'Maar we wisten niet dat de eigendommen zo vreemd zouden zijn als we zouden kijken.' [Sinister Sparkle Gallery: 13 Mysterious and Cursed Gemstones]

Een nieuwe staat zien

Bij ORNL's Spallation Neutron Source-faciliteit, na afkoeling van de beryl-kristallen tot zeer lage temperaturen, maten de wetenschappers de laagste-energietoestanden van de atomen in de ingesloten watermoleculen met neutronenverstrooiingsexperimenten, die een straal van subatomaire neutrondeeltjes gebruiken om de beweging van atomen en moleculen.

"Toen we voor dit monster begonnen te kijken naar pieken in het niet-elastische neutronenspectrum, zagen we een aantal pieken in het spectrum die, in plaats van groter te worden met de temperatuur - wat naar verwachting zal gebeuren - met de temperatuur kleiner werden," Anovitz zei.

"Er zijn twee manieren om dit te bewerkstelligen - door quantum-tunneling of magnetische overgangen - en we hebben kunnen aantonen dat dit eigenlijk de quantum-tunneling van de watermoleculen is," zei hij.

Interacties tussen watermoleculen en de wanden van de zeshoekige kanalen dwingen het water meestal naar het midden van het kanaal, met beide waterstof "muisoren" tegenover dezelfde van de zes zijden.

In hun laagste energietoestanden hebben de watermoleculen niet genoeg energie om naar een van de aangrenzende posities te draaien.

Maar in de gebieden waar de kanalen versmallen zodat slechts één enkel watermolecuul kan passen, kunnen de atomen in het watermolecuul door de energiebarrière "tunnelen" die rotatie voorkomt. En de nieuwe experimenten onthullen dat de moleculen een "dubbel boven" vorm vormden, waarbij de protonkern van elk waterstofatoom zich verplaatst naar een zeszijdige ring rond het centrale zuurstofatoom, aldus de onderzoekers.

Het meten van de moleculen

Alexander Kolesnikov, een fysicus bij ORNL en de hoofdauteur van het nieuwe artikel, zei dat aanvullende studies aan het Rutherford Appleton Laboratorium hadden vastgesteld dat de kinetische energie van de waterstofprotonen in de zeszijdige watermoleculen ongeveer 30 procent lager was dan in moleculen van water in zijn normale staat, of "bulkwater."

"Dat is een directe aanwijzing dat dit een quantum-eigenschap is vanwege het tunnelen van water in dit beryl-kanaal," vertelde Kolesnikov aan WordsSideKick.com. "In klassieke termen zou de kinetische energie naar verwachting vergelijkbaar zijn met alle andere bulkwater.

"Dit is geen nieuwe waterfase (zoals ijs of stoom) - hij bevindt zich niet helemaal in de gasfase, maar hij bevindt zich in de buurt van een gasfase", voegde hij eraan toe. "Maar bij lage temperaturen, als gevolg van quantum delocalisatie, neemt de kinetische energie van de protonen aanzienlijk af, en ze propageren onder deze [energie] barrière.Dus, ik zou zeggen dat dit een beetje een nieuwe staat van het watermolecuul is. "

Anovitz zei dat kwantumtunneling bekend was in andere stoffen, maar dat het effect meestal beperkt was tot subatomaire deeltjes in plaats van grotere deeltjes zoals watermoleculen.

Het was ook bekend dat quantum-tunneling plaatsvond tussen waterstofatomen in methylgroepmoleculen, die in een driehoekige piramidevorm rond een koolstofatoom zijn gerangschikt, maar de moleculen leken dezelfde vorm na de tunneltransitie, zei hij.

"Met water, als het rond deze zesvoudige as in het berylkanaal beweegt, ziet het er niet meer hetzelfde uit - en dat is iets dat nog nooit eerder is waargenomen," zei Anovitz.

De bevindingen werden op 22 april gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review Letters.

Volg WordsSideKick.com @wordssidekick, Facebook & Google+. Oorspronkelijk artikel over WordsSideKick.com.


Video Supplement: Our Miss Brooks: English Test / First Aid Course / Tries to Forget / Wins a Man's Suit.




Onderzoek


Waarom Waggelen Honden Hun Staarten?
Waarom Waggelen Honden Hun Staarten?

Richard Woolley
Richard Woolley

Science Nieuws


'Verloren' Tectonische Plaat Gevonden Onder Californië
'Verloren' Tectonische Plaat Gevonden Onder Californië

Ufo'S En Overheidsgeheim
Ufo'S En Overheidsgeheim

Wetenschappers Hebben De Verantwoordelijkheid Om Zich Te Engageren (Op-Ed)
Wetenschappers Hebben De Verantwoordelijkheid Om Zich Te Engageren (Op-Ed)

Enorme Onderijsijsdalen Zijn Smeltende Antarctische Gletsjers Van Onderaf
Enorme Onderijsijsdalen Zijn Smeltende Antarctische Gletsjers Van Onderaf

Kinderopvang Kan Goed Zijn Voor De Mentale Gezondheid Van Kinderen
Kinderopvang Kan Goed Zijn Voor De Mentale Gezondheid Van Kinderen


WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com