• РЕГИСТРАЦИЯ

В изумруде нашли новое состояние воды

8 6011

Физики под руководством Александра Колесникова из американской Национальной лаборатории в Оук Ридж обнаружили в наноразмерных каналах кристаллов берилла (изумруд и аквамарин являются его подвидами) новое состояние воды. Как показали эксперименты и моделирование, молекулы H2O, запертые в берилле, за счет квантового туннелирования превращаются в «смазанные копии самих себя» и, например, теряют дипольный момент. Исследование опубликовано в Physical Review Letters, кратко о нем можно прочитать на сайте Американского физического общества.

Берилл, — минерал с химической формулой Be3Al2Si6O18 — образует очень тонкие и протяженные каналы, которые могут наполняться водой. В этих каналах существуют сужения, «камеры» диаметром в 0,5 и длиной в 0,9 нанометров, в которых может поместиться лишь одна молекула H2O.

Предыдущие наблюдения с помощью спектроскопии в терагерцовом диапазоне показали, что молекулы воды внутри берилловых нанокапилляров, возможно, участвуют в туннелировании, то есть могут «перепрыгивать» между разными квантовыми состояниями. Однако доказательств туннелирования и понимания его механизма в данном случае у физиков до сих пор не было.

В новой работе ученые наблюдали за поведением воды с помощью нейтронной спектроскопии и параллельно рассчитывали поведение молекул в кристаллах на компьютере, по методу ab initio (из первых принципов — то есть моделирование включало квантовые эффекты). В новой статье исследователи описывают, как им удалось не только предсказать появление пиков, точно соответствующих энергиям переходов между разными ориентациями одной молекулы воды, но и зафиксировать эти пики в эксперименте. Кроме того, физики увидели падение интенсивности пиков с ростом температуры — это является верным признаком туннелирования, так как его вероятность падает при нагревании, в отличие от вибрационных переходов.

Поведение воды в берилле, согласно собранным данным, выглядит следующим образом. Канал, внутри которого находится молекула, имеет шесть граней. Атом кислорода в в молекуле воды находится почти в центре канала, а пара водородов обращена к одной из шести стенок. С энергетической точки зрения ориентация на любую из шести стенок равновероятна, но вот провернуться внутри канала и перейти из одной ориентации в другую молекула воды не может — слишком узок канал, необходимо слишком много энергии.

Именно тут и проявляется эффект квантового туннелирования, следы которого физики ранее замечали в терагерцовых спектрах. Оказывается, молекула воды может поменять ориентацию с одной стенки на другую, не побывав в среднем положении, — она туннелирует из начальной в конечную точку поворота. Кроме того, поскольку все шесть положений эквивалентны, то туннелирование происходит между всеми положениями одинаково. Фактически, пара атомов водорода H2O размазываются в пространстве, образуя что-то вроде бублика плотности вокруг центра канала.

Такое странное поведение воды на микроуровне вызывает и макроскопические эффекты — у воды в берилле, например, пропадает дипольный момент. Обычно он вызывается тем, что водороды (которые заряжены частично положительно) смотрят в одну сторону, а атом кислорода (который заряжен частично отрицательно) — в другую. Однако в «берилловой воде» все водороды делокализованы и молекула не имеет положительно и отрицательно заряженных частей. Поскольку многие свойства воды (например, высокая энергия испарения и растворяющая способность) зависят напрямую от дипольного момента, такое состояние воды выглядит весьма необычно. Хоть его и невозможно перенести из каппиляров в раствор.

Ученые отмечают, что подобные состояния воды не обязательно привязаны именно к бериллу или минералам вообще. Они могут возникать при возникновении сильных стерических затрудней и в других материалах — например, внутри ионных каналов в белках или в мембранах.

Александр Ершов

 

 

Будущее - это технологии

    Утренний прилет по Южмашу — это крайне изящное и деликатное «послание» не Киеву, хотя и ему отчасти тоже. Это сигнал и «партии эскалации», и Трампу, если он решит использовать ее «таранный» потенциал. (с)

    Последние два моих поста (про украинские «Канны 3.0» и действия «партии эскалации») многим не понравились. Прежде всего, своей жесткостью и циничностью. Понимаю людей, но от своего стиля – жесткой дек...

    "Можно разбить "Южмаш" сверху, а внизу будет все работать": Первое боевое применение межконтинентальной убийцы ПРО

    Русские ударили по Украине ракетой-носителем ядерного оружия. Под раздачу попало легендарное космическое предприятие. НАТО пока переваривает новость. Подробности читайте в материале "Но...

    "ШОУБИЗ ИМЕНИ ПУГАЧЁВОЙ" – ВСЁ? РУССКИЕ ПОСТАВИЛИ ЗВЁЗД ПЕРЕД НЕПРИЯТНЫМ ФАКТОМ

    "Шоубиз имени Пугачёвой" – всё, заканчивается? Русские зрители поставили "звёзд" перед неприятным фактом: организаторы констатируют существенное снижение интереса к надоевшим артистам.В очередной раз ...

    Ваш комментарий сохранен и будет опубликован сразу после вашей авторизации.

    0 новых комментариев

      JeDi 20 ноября 19:52

      Чем будут заниматься в беспилотных автомобилях будущего?

      Надо признать, что красивые и радужные мечты фантастов частенько реализуются, но не совсем в том позитивном виде, в котором о них мечтают и их описывают. Кто его знает как будет использоваться виртуальная реальность, роботы и перемещения в пространстве и времени. Ну это слишком фантастические вещи. А вот например беспилотный автомобиль. Хоть мы и обсуждали уж...
      373
      JeDi 19 ноября 16:57

      Шестой полет Starship

      Сегодня ночью нас ждет очередное космическое шоу в виде нового полета Starship. И да, с одной стороны, они уже начинают восприниматься как что-то довольно обыденное. Но учитывая огромный размах системы, трансляции ее полетов пока что не дают заскучать. Плюс, SpaceX обычно добавляет новые задачи, создавая элемент интриги в стиле «получится или нет». Правда...
      870
      JeDi 18 ноября 17:45

      Индия объявляет о историческом запуске гиперзвуковой ракеты

      Индия провела испытательный запуск своей первой гиперзвуковой ракеты большой дальности, сообщило в воскресенье Министерство обороны, отметив, что страна вошла в небольшую группу государств, обладающих такими программами. Организация оборонных исследований и разработок — агентство при Министерстве обороны — провела испытания в субботу вечером на остр...
      226
      JeDi 8 ноября 17:24

      Галактика с тремя кольцами

      Работающие на телескопе «Субару» астрономы поделились изображением редкого объекта. Им удалось сфотографировать галактику с тремя кольцами. Для классификации галактик большинство астрономов используют т. н. последовательность Хаббла, предложенную еще в 1926 году. Согласно ней, галактики делятся на эллиптические, линзовидные и спиральные (с перем...
      524
      JeDi 5 ноября 16:50

      Зонд Parker готовится к финальному пролету Венеры

      Уже завтра зонд Parker Solar Probe (PSP) выполнит свой последний маневр в окрестностях Венеры. Это позволит ему выйти на финальную орбиту и побить собственный рекорд, став самым близким к Солнцу космическим аппаратом за всю историю. PSP был запущен в 2018 году. Он предназначен для изучения верхнего слоя солнечной атмосферы, называемого короной, и происх...
      258
      JeDi 29 октября 19:02

      Фиаско Boeing — США столкнулись с проблемами, пытаясь заменить корабли России

      США столкнулись с проблемами при отказе от услуг России по доставке астронавтов в космос. Такими данными поделился американский журналист Томас Блэк. Некоторое время назад стало известно о том, что американская корпорация Boeing рассматривает возможность продажи своего бизнеса, связанного с полетами в космос. Окончательного решения пока принято не было, но така...
      910
      JeDi 29 октября 16:29

      Телескоп Roman обзавелся коронографом

      Специалисты космического центра им. Годдарда успешно установили коронограф на телескоп Roman. В будущем с помощью этой технологии астрономы смогут заняться поисками обитаемых миров у других звезд. Телескоп Roman станет одной из космических обсерваторий нового поколения, которые должны будут прийти на смену «Хабблу» и «Джеймсу Уэббу»....
      170
      JeDi 28 октября 16:55

      Смотрим на «Рассвет»: чем Россия может ответить на заявленные США «высокосекретные системы РЭБ»

      Автор Telegram-канала «Старше Эдды» прокомментировал заявление США о том, что в 2025 году они получат оружие для подавления спутников. «Космические силы США через СМИ объявили о планах начать развёртывание в следующем году новой высокосекретной системы радиоэлектронной борьбы. Meadowlands предназначена для подавления российских ...
      1177
      JeDi 26 октября 14:00

      Boeing признаёт поражение перед SpaceX и выходит из битвы за космос

      Согласно сенсационной статье в Wall Street Journal, опубликованной 25 октября, Boeing рассматривает возможность продажи всей своей космической отрасли. В последние месяцы компания испытывает особые трудности, и в четверг стало известно, что новое соглашение с главным профсоюзом компании не было достигнуто. Этого соглашения ожидали, поскольку сотрудники завода в...
      444
      JeDi 22 октября 11:02

      Американская стартап-компания предлагает помощь состоятельным парам в проверке эмбрионов на IQ

      Американский стартап взимает с богатых родителей плату за ‘скрининг эмбрионов на IQ’ Американская стартап-компания предлагает помощь состоятельным парам в проверке эмбрионов на IQ с помощью спорной технологии, которая поднимает вопросы об этике генетического усовершенствования. Согласно видеозаписям, сделанным под прикрытием, компания H...
      217
      JeDi 21 октября 20:47

      WSJ с тревогой пишет о проблемах гигантов Boeing и Intel

      Крупнейшие американские корпорации переживают не самые лучшие времена. Несмотря на наличие дешевых энергоносителей и в целом более благоприятную ситуацию, чем в Европе, отраслевые флагманы терпят убытки и движутся к краху. Речь идет о главной американской авиастроительной корпорации Boeing и производителе процессоров и другой высокотехнологичной продукции Intel...
      870
      JeDi 21 октября 19:39

      "Роскосмос" заявил о неопознанных объектах возле отключившегося спутника Intelsat 33e

      Госкорпорация "Роскосмос" сообщила, что накануне российские специалисты обнаружили возле отключившегося европейского телекоммуникационного спутника Intelsat-33e около 20 неопознанных космических объектов. Как отмечается в Телеграм-канале госкорпорации, по расчетам российских специалистов, эти объекты появились 19 октября, когда компания...
      2852
      JeDi 21 октября 10:57

      Китай собирается начать покорение мирового рынка со своим собственным процессором GodSon

      Китай, чьи товары и так буквально заполонили большинство мирового рынка, собирается вступить в новую нишу. На этот раз амбициозные планы Китая коснулись области, в которой основными игроками являются такие известные компании, как Intel, AMD и ARM, область центральных процессоров для компьютеров различного назначения. А причиной, позволившей китайцам строить такие,...
      1153
      JeDi 18 октября 16:26

      ESA выделило деньги на предварительную разработку миссии к Апофису

      Европейское космическое агентство (ESA) подписало контракт стоимостью 63 млн евро с компанией OHB Italia SpA. Эти деньги будут потрачены на предварительную подготовку миссии Ramses, целью которой станет астероид Апофис. 13 апреля 2029 года астероид 375-метровый астероид Апофис пролетит на расстоянии 32 тысяч км от Земли. Это ближе, чем орбиты геостационарны...
      294
      JeDi 14 октября 16:33

      Вулканическая экзолуна у газового гиганта

      На сегодняшний день астрономам не удалось подтвердить существование ни одной экзолуны (так называют спутники экзопланет). Это связано с тем, что они слишком малы и тусклы, чтобы их могли обнаружить современные телескопы. Тем не менее, экзолуны могут выдавать косвенные признаки. Одними из них являются вулканические выбросы. Вулканы Ио, самого геологически активного те...
      242
      JeDi 10 октября 20:04

      Дуров впервые рассказал о создании «ВКонтакте» и роли брата Николая

      Дуров рассказал, что первые недели создавал «ВКонтакте» в одиночку: кодил по 20 часов подряд, после чего съедал ведро макарон с сыром. Он поделился сделанным выводом: «Сложных задач в этом мире нет — есть лишь множество мелких» Основатель Telegram Павел Дуров, которому сегодня исполнилось 40 лет, в своем канале впервые рассказал, ...
      794
      JeDi 7 октября 20:55

      Ученые обнаружили «отрицательное» время

      Группа квантовых физиков из Канады обнаружила необычную возможность частиц света — фотонов. Оказалось, что они могут как бы «отматывать» время назад. Правда лишь в особых условиях — при прохождении через облако охлажденных атомов. Время — назад Проводя эксперименты, ученые получили странные результаты. Проходя через охлажденн...
      1413
      JeDi 7 октября 18:03

      Секреты водного мира. Что будет искать миссия Europa Clipper

      Уже в ближайшие дни должен состояться один из самых важных космических запусков 2024 года. Ракета Falcon Heavy отправит в космос аппарат Europa Clipper. Его целью станет Европа — спутник Юпитера, под ледяной поверхностью которого скрывается огромный океан. Для сайта журнала «Мир фантастики» я написал статью про эту миссию. Больше воды, чем ...
      635
      JeDi 6 октября 13:53

      Самое опасное излучение смартфона: чем вреден синий спектр

      Ученые Тюменского медицинского университета (ТМУ) выяснили, что воздействие синего света на глаза в позднее время суток не только негативно сказывается на зрении и сбивает циркадные ритмы человека, но и повышает вероятность ожирения. По результатам их исследования, опубликованного в Biology, излучение синей части спектра из любых источников света, включая экран...
      636
      JeDi 17 сентября 13:55

      Затраты на создание российского аналога Starlink оценили в 445 млрд рублей

      Разработкой низкоорбитальной спутниковой группировки занимается «Бюро 1440». 329,06 млрд рублей должна направить сама компания. 116 млрд рублей выделят из бюджета: 37,5 млрд в виде льготных кредитов на создание спутников, 17,3 млрд в форме субсидий на запуски ракет и ещё 61,2 млрд дадут на выведение спутников на низкую околоземную орбиту. К концу...
      486
      Служба поддержи

      Яндекс.Метрика