Различия между тяжелой и легкой водой выявлены на квантовом уровне
31-08-2008 01:51 • CNews
Детальное изучение свойств воды привело к открытию структурных особенностей обычной и тяжелой воды, которые не были предсказаны теоретиками.
Алан Сопер (Alan Soper) из лаборатории им. Резерфорда в Оксфордшире (Великобритании) и Крис Бенмор (Chris Benmore) из Национальной Лаборатории в Аргонне (штат Иллинойс, США) опубликовали результаты сравнительного изучения свойств тяжелой и легкой воды в журнале Physical Review Letters.
В своей работе д-р Сопер и д-р Бенмор исследовали различия между легкой и тяжелой водой на квантовом уровне. Они использовали комбинацию методов – дифракцию рентгеновских лучей и нейтронов, а также компьютерное моделирование – для изучения различий в структурировании тяжелой и легкой воды.
Тяжелая вода D2O с точки зрения химии является изотопическим вариантом обычной воды H2O, при этом каждый из атомов дейтерия D имеет дополнительный нейтрон, в то время как обычный водородный атом содержит только протон. Эти избыточные нейтроны делают тяжелую воду приблизительно на 10% более плотной, чем H2O. Тяжелую воду иногда образно называют "мертвой", поскольку экспериментально было установлено, что потребление только тяжелой воды приводит к гибели животных, однако этот процесс требует нескольких дней, и механизм его не до конца ясен. В принципе тяжелая вода токсична лишь в слабой степени, к тому же в природе тяжелая вода составляет лишь очень незначительную долю обычной воды (примерно 0,5x10-7).
В ходе изучения тяжелой и легкой воды А.Сопер и К.Бенмор получили некоторые результаты, которые противоречат ранее сделанным экспериментальным и теоретическим работам. Они установили, что связь OH в молекуле H2O приблизительно на 0,03 ангстрема (или на 3%) длиннее связи OD в молекуле D2O. Водородная связь, с помощью которой соединены две соседние молекулы воды, наоборот, короче в H2O, чем в D2O. Разница достигает 0,07 ангстрема, или 4%. Ни одно из этих различий в длине связи не было предсказано в предыдущих исследованиях.
Эти различия в длине внутримолекулярной и водородной связи приводят к тому, что возникают и геометрические различия между структурами легкой и тяжелой воды. Если раньше считалось, что структура H2O в целом подобна структуре D2O, только отличается меньшей плотностью упаковки, то теперь, по мнению Сопера и Бенмора, можно указать по крайней мере три существенных различия.
Во-первых, OH-связи в H2O более симметричны, чем OD-связи в D2O. Далее, расстояние между атомами водорода в соседних молекулах на 2% больше для H2O, чем в случае D2O. Наконец, число водородных связей в расчете на одну молекулу воды меньше в H2O, чем в D2O (3,62 против 3,76). Все вместе, эти структурные различия приводят к тому, что у тяжелой воды структура связей более близка к правильному тетраэдру.
Исследователи признают, что никаких практических выводов их работа не несет, однако в дальнейшем более точное знание свойств воды поможет при предсказании ее свойств, таких как способность образовывать кристаллы и водные капельки в атмосфере, способность растворять самые различные материалы и т.д., сообщает PhysOrg.
Еще новости сходной тематики:
• 11-03-2010 21:27 | Общая теория относительности прошла очередную проверку
• 16-02-2010 20:35 | CERN готовится к самому продолжительному сеансу работы ускорителя частиц
• 23-12-2009 10:32 | Создан программируемый двухразрядный квантовый процессор
• 10-12-2009 22:01 | БАК установил рекорд энергии столкновения пучков протонов
• 31-10-2009 21:42 | Предложен новый метод ускорения нейтральных атомов
• 01-08-2009 20:10 | Закон Планка не действует на малых расстояниях
• 01-08-2009 17:52 | Теория советского физика подтверждена экспериментально
• 02-07-2009 10:22 | Открыта новая субатомная частица
• 18-06-2009 14:23 | Впервые получен лёд XV
• 09-04-2009 19:14 | Итоги олимпиады по физике
Дополнительно статьи сходной тематики:
• Физика в русских сказках
• "...И гений - парадоксов друг": 290 лет со дня рождения Михаила Васильевича Ломоносова
• Образовательный стандарт среднего (полного) общего образования по физике
• Объясните это явление
• Школьный учебник физики: достижения, проблемы, перспективы
• Энрико Ферми
• Ученый поневоле
• Контрольная работа по физике для 11 класса по теме "Атомная и ядерная физика"
• Радужные облака
• Валун "Moe" крупным планом
+ Все новости от “CNews”
+ Все новости за 31 августа 2008 года
+ Все новости за 35 неделю 2008 года
+ Все новости за август 2008 года
+ Все новости за 2008 год
+ Все новости сходной тематики
Ключевые слова: вода, физика, квантовая физика, дифракция, дейтерий, ренгеновское излучение
