​Международный коллектив ученых точно измерил силу водородных связей между молекулами воды и опроверг популярную сегодня теорию о том, как устроена эта необычная жидкость. Новое теоретическое описание структуры воды было представлено в журнале Nature Communications. 

"На следующем этапе исследований необходимо выяснить, возможно ли из спектров резонансного неупругого рассеяния воды определить такой важный структурный параметр, как среднее число связей молекулы. Он определяет энергию взаимодействия последней с ее окружением, а значит, и такие свойства, как скорость звука в воде и ее теплоемкость", – заявил Фарис Гельмуханов из Сибирского федерального университета в Красноярске. Почти все молекулы, существующие во Вселенной, состоят из атомов, связанных тремя путями – посредством прочных ковалентных или ионных связей, основанных на "обобществлении" или "экспроприации" электронов между двумя атомами, и слабых водородных связей.


Они образуются за счет перераспределения заряда между атомами водорода и кислорода, из-за которого возникает "зарядовая асимметрия" молекулы. В результате этого один ее "конец" оказывается заряжен положительно, а другой отрицательно. К этим "заряженным" концам могут присоединяться другие атомы и молекулы, а также атомы в самой молекуле, содержащей водород.

 
Водородные связи, возникающие между молекулами воды, объясняют высокую температуру кипения и высокую вязкость воды, а также необычные свойства белков, молекул ДНК и других "кирпичиков жизни". Ученые достаточно давно знают примерную силу этих связей, однако их точное значение так и не было измерено из-за того, что электронные микроскопы крайне плохо "видят" атомы водорода в молекулах.

 
Эта неопределенность, как отмечают Гельмуханов и его коллеги, уже много десятилетий заставляет физиков спорить о том, как устроена вода. Наиболее общепринятая теория ее строения, появившаяся в начале 2000 годов, подразумевает, что она состоит не из одиночных молекул, а особых структур, так называемых кластеров, объединяющих от трех до нескольких десятков элементов.

 
Подобное устройство воды хорошо объясняет некоторые ее аномальные черты, к примеру, ее расширение, а не сжатие при замерзании, или необычно высокие температуры кипения и замерзания. С другой стороны, эта теория не совместима с другими необычными свойствами воды, что заставляет ученых искать альтернативы для нее.


 

Как передает пресс-служба Российского научного фонда, физики из Красноярска и ряда европейских исследовательских центров сделали большой шаг к ответу на эти вопросы, научившись "щупать" ковалентные и водородные связи внутри жидкой воды при помощи рентгеновского излучения.

 
Подобные замеры, как отмечают ученые, их коллеги пытались проводить и раньше, однако было не понятно, как распады старых и формирование новых водородных связей между молекулами воды в толще жидкости будут влиять на рентген. Российские и зарубежные ученые решили эту проблему остроумным способом, сравнив то, как выглядит жидкая вода и очень разреженный пар.

 
Их идея базировалась на очень простом предположении – водородные связи не возникают между молекулами H2O в парообразном состоянии. Это позволяет отделить то, как они влияют на структуру воды и сказываются на взаимодействии рентгеновского излучения с ее толщей.

 
Классическая теория устройства воды, как отмечают Гельмуханов и его коллеги, предсказывает, что в спектре рентгеновского излучения должен появиться особый набор провалов и пиков, связанных с существованием кластеров разных размеров. Соответственно, он будет характерен для жидкой воды, но будет отсутствовать у пара.

 
В реальности все оказалось иначе – рентгеновское излучение менялось схожим образом и в том, и в другом случае. Когда ученые проанализировали эти данные, они пришли к выводу, что подобный рисунок появлялся в спектре излучения не из-за наличия разных типов кластеров в толще воды, а из-за быстрого распада ее молекул на ионы H+ и OH-.

 
Все это, как считают российские и зарубежные физики, говорит о том, что никакой сложной структуры воды, которая описывается в рамках кластерной теории, на самом деле не существует. По их мнению, ее устройство определяется исключительно взаимодействиями отдельных молекул, а не более крупных структур. Характер этих связей ученые планируют изучить в самое ближайшее время.

 
Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ).

Источники

Рентген помог российским физикам уточнить структуру воды
Krasnoyarsk.4geo.ru, 15/04/2019
Рентген помог российским физикам уточнить структуру воды - новости на сегодня 15.04.2019
News2world.net, 15/04/2019
Рентген помог российским физикам уточнить структуру воды
Margust (gazeta-margust.ru), 15/04/2019
Рентген помог российским физикам уточнить структуру воды
Новости@Rambler.ru, 15/04/2019
Рентген помог российским физикам уточнить структуру воды
РИА Новости, 15/04/2019
СФУ: Опровергнута самая популярная теория строения воды
РЕФ РФ (referatwork.ru), 15/04/2019
Опровергнута самая популярная теория строения воды
Научно-инновационный портал СФУ (research.sfu-kras.ru), 15/04/2019
Опровергнута самая популярная теория строения воды
Индикатор (indicator.ru), 15/04/2019
Опровергнута популярная теория строения воды
Wi-fi.ru, 15/04/2019
Опровергнута самая популярная теория строения воды
Сибирский федеральный университет (sfu-kras.ru), 15/04/2019
Рентген помог российским физикам уточнить структуру воды
Profi-news.ru, 15/04/2019
Рентген помог физикам уточнить структуру воды
UAtime.net, 15/04/2019
Рентген помог российским физикам уточнить структуру воды
Kyivweekly.com, 15/04/2019
Рентген помог физикам уточнить структуру воды
Dneprcity (dneprcity.net), 15/04/2019
Рентген помог российским физикам уточнить структуру воды
Русский переплет (pereplet.ru), 15/04/2019
Рентген помог физикам уточнить структуру воды
Хвиля (hvylya.net), 15/04/2019
Российские ученые выяснили точную структуру формулы воды
Народные новости (nation-news.ru), 15/04/2019
Рентген помог российским физикам уточнить структуру воды
Новости России и Мира (novostidny.ru), 15/04/2019
Рентген помог российским физикам уточнить структуру воды
3news.ru, 15/04/2019
СФУ: Опровергнута самая популярная теория строения воды (15 апр 2019 г.)
РЕФ РФ (referatwork.ru), 15/04/2019
Опровергнута самая популярная теория строения воды
UTime News (utimenews.org), 15/04/2019
Опровергнута популярная теория строения воды
Wi-Fi.ru Санкт-Петербург (spb.wi-fi.ru), 15/04/2019
Рентген помог российским физикам уточнить структуру воды
FoodNewsTime.ru, 16/04/2019
Красноярские ученые опровергли самую популярную теорию строения воды
Kgs.ru, 16/04/2019
Красноярские ученые опровергли самую популярную теорию строения воды
Seldon.News (news.myseldon.com), 16/04/2019
Красноярские ученые опровергли самую популярную теорию строения воды
Сибирское агентство новостей (sibnovosti.ru), 16/04/2019
Опровергнута самая популярная теория строения воды
Газета.Ru, 16/04/2019
Опровергнута самая популярная теория строения воды
Российский научный фонд (rscf.ru), 16/04/2019
Опровергнута самая популярная теория строения воды
Kp.crimea.ua, 16/04/2019
Опровергнута самая популярная теория строения воды
Российский научный фонд (рнф.рф), 16/04/2019
Опровергнута самая популярная теория строения воды
Margust (gazeta-margust.ru), 16/04/2019
Опровергнута самая популярная теория строения воды
24ТОП.kz (24top.kz), 16/04/2019
Это интересно. Красноярские ученые опровергли самую популярную теорию строения воды
Природа Сибири (prirodasibiri.ru), 17/04/2019
Климатологи выяснили, как за 50 лет изменился характер осадков в России | Свежие Новости Сегодня
Новости со всего мира (newsn.ru), 16/04/2019
Опровергнута самая популярная теория строения воды | Свежие Новости Сегодня
Новости со всего мира (newsn.ru), 16/04/2019
Опровергнута самая популярная теория строения воды
Teneta news (teneta.ru), 16/04/2019
В России обнаружили новые свойства воды
Экология севера (ecosever.ru), 16/04/2019
Красноярские ученые пошли наперекор знаменитой теории строения воды
Столица 24 (stolitca24.ru), 17/04/2019
Опровергнута самая популярная теория строения воды
Культурная Москва (cultmoscow.com), 18/04/2019
Опровергнута самая популярная теория строения воды
Народная медицина (medata.org), 18/04/2019
Опровергнута самая популярная теория строения воды
Новости со всего мира (newsn.ru), 18/04/2019
Опровергнута самая популярная теория строения воды
Ukrainianwall.com, 18/04/2019
Исследователи СФУ совместно с зарубежными коллегами опровергли самую популярную теорию строения воды
Научная Россия (scientificrussia.ru), 27/05/2019
Опровергнута самая популярная теория строения воды
ИА ИНВУР (invur.ru), 31/05/2019
Опровергнута самая популярная теория строения воды
Nanonewsnet.ru, 30/05/2019

Похожие новости

  • 20/08/2018

    Учеными созданы железные спирали тоньше человеческого волоса

    ​Исследователи СПбГУ смогли синтезировать микроспирали соединений железа диаметром около 12 микрон - почти в десять раз тоньше человеческого волоса. Их можно будет использовать, например, для создания сенсоров с высокой чувствительностью, а также в качестве миниатюрных электромагнитов или индукторов.
    495
  • 10/04/2019

    Красноярские ученые открыли новый материал для белых светодиодов

    ​Российско-китайская группа ученых обнаружила и описала новое соединение для производства белых светодиодов, способных оптимизировать процесс выращивания сельскохозяйственных растений. Статья опубликована в Chemical Engineering Journal.
    332
  • 16/01/2018

    Красноярские ученые предложили новый способ синтеза перспективного магнитного материала

    ​Ученые из Сибирского федерального университета совместно с коллегами из Института химии и химической технологии СО РАН и Института физики имени Л. В. Киренского СО РАН применили новый метод для синтеза железо-диспрозиевого граната Dy3Fe5O12.
    483
  • 16/05/2017

    Ученые СФУ разработали наиболее эффективный материал для аккумулирования водорода

    Красноярские ученые получили новый материал для хранения водорода, сообщила пресс-служба Сибирского федерального университета (СФУ). Материал на основе гидрида магния может хранить массу водорода, составляющую около 7% его собственной массы, и это рекордное значение емкости для всех аналогичных материалов.
    1088
  • 21/04/2017

    Красноярские физики получили нанодисперсные порошки для создания аккумуляторов водорода

    Ученые Сибирского федерального университета и Института физики имени Л.В. Киренского СО РАН разработали технологию синтеза нанодисперсных порошков магния, которые могут стать перспективным материалом для изготовления аккумуляторов водорода для автомобильного транспорта.
    1550
  • 12/03/2019

    Наножидкости от физиков СФУ помогу согреться сибирякам

    Исследование учёных Института инженерной физики и радиоэлектроники Сибирского федерального университета поможет повысить эффективность испарения жидкостей при помощи наночастиц. Физики изучили механизм испарения наножидкостей, а также влияние материала и размера наночастиц, их объёмной концентрации и свойств базовой жидкости на скорость испарения.
    308
  • 28/11/2018

    В Сибири изобрели высокотехнологичный сплав для судостроения и автопрома

    ​Группа учёных-материаловедов Сибирского федерального университета (СФУ) в сотрудничестве со специалистами объединённой компании "Русал" разработали недорогой высокопрочный сплав алюминия и магния, легированный добавками скандия и циркония.
    964
  • 13/02/2019

    Супергидрофильное покрытие для индивидуальных имплантатов предложили ученые ТПУ

    ​Ученые Томского политехнического университета вместе со своими германскими коллегами из университета Дуйсбург-Эссен предложили использовать сферические наночастицы кальций-фосфата в качестве покрытия для имплантатов из сплава ВТ6.
    464
  • 12/03/2019

    ТГУ разработает новые катализаторы для ресурсосберегающей энергетики

    Проект международного научного коллектива лаборатории каталитических исследований ТГУ получил поддержку Российского научного фонда на разработку новых катализаторов для усовершенствования существующих каталитических технологий и создание технологических решений нового поколения.
    278
  • 09/04/2019

    Сибирские ученые оптимизируют работу электронных дисплеев органическими полупроводниками

    ​Ученые Новосибирского государственного университета (НГУ) займутся исследованием свойств органических полупроводников (материалов, используемых в электронике), чтобы повысить эффективность используемых сейчас электронных дисплеев, сообщил ТАСС руководитель лаборатории органической оптоэлектроники НГУ Евгений Мостович.
    377