წყალს არა ერთი, არამედ ორი სხვადასხვა მოლეკულური სტრუქტურა აქვს თხევად მდგომარეობაში — ერთი ოთხწახნაგა და მეორე არაოთხწახნაგა

სიცოცხლის ჩვენთვის ცნობილი ფორმა მის გარეშე ვერ იარსებებდა, მაგრამ სხვა სითხეებთან შედარებით, წყალი საოცრად უცნაურია.  როგორც ახლა ირკვევა, ის იმაზე კიდევ უფრო უცნაურია, ვიდრე აქამდე ვფიქრობდით.

აპონელმა მეცნიერებმა გაარკვიეს, რომ წყალს არა ერთი, არამედ ორი სხვადასხვა მოლეკულური სტრუქტურა აქვს თხევად მდგომარეობაში — ერთი ოთხწახნაგა და მეორე არაოთხწახნაგა.

მათი თქმით, ამ აღმოჩენამ შეიძლება გავლენა მოახდინოს ჩვენს წარმოდგენაზე ცოცხალი სისტემების შესახებ, რომლებიც რა თქმა უნდა, წყალზეა დამოკიდებული.

წყალი დედამიწაზე საკმაოდ გავრცელებულია. მზის სისტემის დანარჩენ პლანეტებთან შედარებით, დედამიწა ზედმეტად სველია. წყალში ვბანაობთ, ვსვამთ, ვგრილდებით ზაფხულში. დედამიწაზე არსებული ყველა ცოცხალი არსება მასზეა დამოკიდებული. თავად წყალი კი, დიჰიდროგენის მოლეკულა, ნამდვილად გამორჩეული ნივთიერებაა.

აქვს უცნაური სიმკვრივე. სითხეების უმეტესობა გაციებისას უფრო მკვრივდება და წარმოიქმნება თავად სითხეზე მკვრივი ყინული. თუმცა, წყალი სიმკვრივის მაქსიმუმს 4 გრადუს ცელსიუსზე აღწევს.

ამ ნიშნულზე დაბალ ტემპერატურაზე, წყლის სიმკვრივე იკლებს და შესაბამისად, გაყინვის წერტილში, დაახლოებით 0 გრადუს ცელსიუსზე, ის თხევად წყალზე ნაკლებად მკვრივია და ზედაპირზე ტივტივებს.

გარდა ამისა, წყალს აქვს უჩვეულოდ მაღალი ზედაპირული დაძაბულობა და ამ მაჩვენებლით მეორე ადგილზეა თხევადი მერკურის შემდეგ; უჩვეულოდ მაღალია მისი დნობისა და დუღილის ტემპერატურებიც; ასევე უცნაურია ისიც, რომ მასში ასე ბევრი ქიმიური ნივთიერება იშლება.

2018 წელს, ბრიტანელმა და იაპონელმა მეცნიერებმა დაადგინეს, რომ ეს გამორჩეული თვისებები კავშირში უნდა იყოს თხევად მდგომარეობაში წყლის მოლეკულების ოთხწახნაგოვან წყობასთან. ეს კი იმას ნიშნავს, რომ წყლის ყველა მოლეკულა წყალბადურ ბმაშია ოთხ სხვა მოლეკულასთან, დაახლოებით პირამიდის ფორმაში.

კამათის საგანი რჩებოდა, თუ როგორ არის მოწყობილი სტრუქტურა. ერთ-ერთი მოდელის მიხედვით, წყლის მოლეკულური სტრუქტურა უნიმოდალურია — მისი ტეტრაედრები (სამკუთხა პირამიდა) მიმართულია დაბლა. კიდევ ერთი ჰიპოთეზის მიხედვით კი, სტრუქტურა ბიმოდალურია და შედგება ორი სტრუქტურისგან — ტეტრაედრისა და კიდევ რაღაცისგან.

ამ საკითხის გადასაჭრელად, ტოკიოს უნივერსიტეტის მეცნიერებმა ჩაატარეს კომპიუტერული სიმულაციები და ექსპერიმენტები თხევად სილიციუმის დიოქსიდზე; ეს უკანასკნელი ჩვენთვის ცნობილ იმ რამდენიმე სითხეს შორისაა, რომლებსაც ოთხწახნაგა მოლეკულური განლაგება აქვს.

ექსპერიმენტი ეფუძნებოდა რენტგენული გამოსხივების დიფრაქციას. ის გზა, რომლითაც ეს მოკლე ტალღის სიგრძეები სითხის მოლეკულებში ატომებს მიმოფანტავენ, შესაძლებელია გამოვიყენოთ ამ მოლეკულების განლაგების დასადგენად.

მეცნიერები განსაკუთრებით აკვირდებოდნენ დიფრაქციის პიკებს. აღმოჩნდა, რომ დიფრაქციის პირველ პიკში იმალებოდა ორი ურთიერთდამთხვეული დიფრაქციული პიკი.

ერთ-ერთი პიკი სრულ თანხვედრაში იყო ნორმალურ სითხეებში ჟანგბადის ატომებს შორის მანძილთან. მკვლევრებმა დაადგინეს ისიც, რომ მეორე პიკი შეესაბამებოდა ჟანგბადის ატომებს შორის უფრო დიდ მანძილებს, რაც ოთხწახნაგა მოლეკულურ განლაგებებში გვხვდება.

„წარმოვადგინეთ პირველი მკაფიო რიცხობრივი მტკიცებულება სტრუქტურის ფაქტორში, რომლის მიხედვითაც, ადგილობრივი სტრუქტურების ორი ტიპი დინამიკურად თანაარსებობს. ეს აღმოჩენა მხარს უჭერს თხევადი წყლის ორმდგომარეობიან აღწერას“, — წერენ მკვლევრები.

ამ აღმოჩენამ შესაძლოა მნიშვნელოვანი გავლენა მოახდინოს მოლეკულურ ბიოლოგიაზე, ქიმიაზე, ფარმაკოლოგიაზე, ისევე როგორც სამრეწველო გამოყენებაზე.

კვლევა Journal of the American Chemical Society-ში გამოქვეყნდა.

მომზადებულია ScienceAlert-ის მიხედვით.

წყარო: 1tv

კომენტარები