Peneliti Menemukan Sifat Air Yang Baru Kita Ketahui
Sciencedaily.com - Air dikenal sebagai transporter hebat produk autoionization sendiri, yaitu jenis yang diperoleh ketika molekul air (H2O) dibagi menjadi proton (H +) dan ion hidroksida (OH-). Ini luar biasa air membuat komponen penting dalam produksi energi elektrokimia muncul dan penyimpanan teknologi seperti sel bahan bakar; Memang, kehidupan itu sendiri tidak akan mungkin jika air tidak memiliki karakteristik ini.
Air dikenal terdiri jaringan lemah, directional interaksi yang dikenal sebagai ikatan hidrogen yang rumit. Selama hampir satu abad, diperkirakan bahwa mekanisme dengan mana Air Transport H + dan OH? ion-ion itu gambar cermin saling--identik dalam semua cara kecuali arah ikatan hidrogen yang terlibat dalam proses.
Saat ini negara dengan seni dan model teoritis dan simulasi komputer, namun, meramalkan asimetri mendasar dalam mekanisme ini. Jika benar, asimetri ini adalah sesuatu yang bisa dimanfaatkan dalam aplikasi yang berbeda dengan menyesuaikan sistem untuk mendukung ion satu atas yang lain.
Bukti eksperimental prediksi teori tetap sulit dipahami karena kesulitan dalam langsung mengamati dua spesies ion. Berbagai percobaan telah hanya menyediakan sekilas asimetri diperkirakan.
Sebuah tim ilmuwan di New York University, yang dipimpin oleh Professor Alexej Jerschow dan termasuk Emilia Silletta, NYU pascadoktoral, dan Mark Tuckerman, seorang profesor kimia dan matematika di NYU, menyusun sebuah percobaan baru untuk memaku ke bawah asimetri ini. Pendekatan eksperimental yang terlibat pendinginan air ke suhu disebut kepadatan maksimum, mana asimetri ini diharapkan dapat mewujudkan paling kuat, sehingga memungkinkan untuk dideteksi dengan hati-hati.
Ini adalah pengetahuan umum bahwa es mengapung di air dan Danau beku dari atas. Hal ini karena air molekul paket ke dalam suatu struktur dengan kepadatan yang lebih rendah daripada air--manifestasi dari sifat yang tidak biasa air: kepadatan cairan air hanya di atas titik beku dan mencapai maksimum di empat derajat Celcius () 39 derajat Fahrenheit), suhu disebut kepadatan maksimum; perbedaan ini dalam kerapatan menyatakan bahwa cairan selalu terletak di bawah es.
Oleh pendinginan air ke suhu ini, tim digunakan metode resonansi magnetik nuklir (jenis yang sama pendekatan medis adalah dalam Pencitraan resonansi magnetik) untuk menunjukkan bahwa perbedaan dalam tahan dari ion dua yang mencapai nilai maksimum (yang lebih besar seumur hidup, semakin lambat transportasi). Dengan menonjolkan perbedaan dalam hidup, asimetri menjadi mencolok jelas.
Seperti disebutkan sebelumnya, air terdiri dari satu atom oksigen dan dua atom hidrogen, tapi atom hidrogen relatif mobile dan dapat naik dari satu molekul lain, dan itu adalah melompat ini yang menjadikan dua spesies ionik Jadi mobile dalam air.
Dalam mencari penjelasan untuk karakteristik bergantung pada suhu, para peneliti fokus pada kecepatan yang hop tersebut dapat terjadi.
Penelitian sebelumnya telah menunjukkan bahwa dua utama geometris pengaturan ikatan hidrogen (salah satu yang terkait dengan masing-masing ion) memfasilitasi hop. Para peneliti menemukan bahwa salah satu pengaturan yang menyebabkan sangat pelan hop untuk OH? daripada untuk H + pada empat derajat Celcius. Yang ini adalah juga suhu kepadatan maksimum, para peneliti merasa bahwa dua fenomena harus dihubungkan. Selain itu, hasil mereka menunjukkan bahwa molekul melompat perilaku berubah tiba-tiba pada suhu ini.
"Studi sifat molekul air adalah kepentingan intens karena peran sentral dalam memungkinkan proses fisiologis dan sifat mana-mana, " mengatakan Jerschow, sesuai penulis studi ini. "The baru menemukan cukup mengejutkan dan memungkinkan lebih memahami sifat air serta perannya sebagai cairan dalam banyak fenomena alam. "
Tuckerman, yang salah satu peneliti pertama untuk memprediksi asimetri dalam mekanisme transportasi dan perbedaan dalam pengaturan ikatan hidrogen, mengatakan, "It menyenangkan untuk memiliki sepotong bukti eksperimental ini jelas mengkonfirmasikan prediksi kami sebelumnya. Kami sedang mencari cara baru untuk mengeksploitasi asimetri antara H + dan OH? Transportasi ke desain bahan-bahan baru untuk aplikasi energi bersih, dan mengetahui bahwa kita mulai dengan benar model itu tengah untuk kemajuan kita terus. "
Petak besar penelitian lainnya, mulai dari studi tentang fungsi enzim dalam tubuh untuk memahami bagaimana organisme hidup dapat berkembang dalam kondisi yang keras, termasuk sub pembekuan suhu dan lingkungan yang tinggi, juga dapat dipengaruhi oleh tim temuan.
Penelitian ini didukung oleh hibah dari National Science Foundation (CHE 1710046, CHE-1534374) dan sebagian Program MRSEC National Science Foundation (DMR-1420073). WHA