Вода ведет себя странным образом в ограниченном пространстве: что выяснили физики
Вода ведет себя странным образом в ограниченном пространстве: что выяснили физики

Вода ведет себя странным образом в ограниченном пространстве: что выяснили физики

Результаты нового исследования будут полезны для молекулярной биологии и фармацевтики.

Физики из использовали ИИ, чтобы выяснить, как изменяются электрические свойства воды, когда она попадает в нанометровые цилиндры из чистого углерода. Было обнаружено странное поведение воды. Результаты исследования опубликованы в The Journal of Physical Chemistry Letters, пишет ScienceAlert.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Вода кажется простым соединением, но это не так. Внутри каждой молекулы воды есть один атом кислорода, который влияет на два атома водорода и создает дисбаланс в заряде, известный как диполь. Из-за этого дисбаланса вода имеет необычные свойства, которые позволяют ей свободно располагаться на поверхностях или распространятся в самых разных конфигурациях при замерзании.

Молекулы воды, помещенные в гидрофобную углеродную нанотрубку, усиливают взаимодействие с электрическим полем благодаря ограниченному пространству. Но почему и как это происходит до сих пор ученые полностью не понимали. По словам авторов исследования, лучшее понимание диэлектрического отклика воды в ограниченном пространстве важно для понимания и улучшения современных технологий.

Диэлектрический эффект описывает, как такие материалы, как вода, реагируют на электрические поля. Там, где проводящие материалы передают электрический заряд в форме тока, заряженные компоненты диэлектрических материалов поворачиваются и располагаются таким образом, чтобы обеспечить обратную связь с более широким электрическим полем.

Во время прошлых исследований ученые уже размещали молекулы воды в углеродные нанотрубки диаметром менее 10 нанометров. Тогда они обнаружили новое состояние воды, которое способствовало более быстрому переносу протонов по одномерным цепочкам молекул воды.

Иллюстрация экзотического состояния воды, заключенной в крошечную углеродную нанотрубку, где она удивительным образом взаимодействует с электрическими полями
Фото: ScienceAlert

Но объяснить эти результаты было непросто, поэтому физики использовали ИИ для понимания поведения молекул воды и создали моделирование. Это позволило получить более полную картину, которая включала квантовые эффекты для расчета потенциальной энергии и описания колебания отдельных молекул.

В результате была обнаружена электронная структура, которая строится параллельно стенкам углеродной трубки, спускаясь вниз по оси водяного столба.

В моделировании диэлектрическая проницаемость на оси углеродных нанотрубок увеличивалась по мере уменьшения диаметра трубок. Она достигала пика при диаметре 0,79 нанометров, где молекулы воды вынуждены выстраиваться в одну линию.

Понимание усиления диэлектрического эффекта воды в таких малых масштабах может предоставить молекулярным биологам важные подсказки о течении воды и других материалов через крошечные клеточные каналы или помочь ученым адаптировать фармацевтические препараты, которые могли бы работать более эффективно в растворах, ограниченных небольшим пространством.

Как уже писал Фокус, ученые создали новый сверхчерный материал, который поглощает 99% света. Создатели материала считают, что его можно применять во всем: от космических телескопов до предметов роскоши.

Также Фокус писал о том, что физики выяснили, что помешало бозону Хиггса в самом начале истории Вселенной уничтожить весь космос.

Теги по теме
вода
Источник материала
loader
loader