Ученые-физики определили, почему вода может проводить ток
24.01.2017 1288 0
Учеными впервые был проеден эксперимент, в ходе которого они наблюдали за процессом передачи протона от одной молекулы воды другой. На основании этих наблюдений они раскрыли секрет того, почему вода может пропускать ток, в то время, как похожие на нее вещества подобного свойства не имеют.
По словам Марка Джонсона из Йельского университета, в то время, когда ток проходит через воду, атомы кислорода почти не двигаются. Этот процесс напоминает знаменитую «колыбель» Ньютона, набор подвешенных шариков, которые выстроены в линию. Когда один шарик поднять и ударить им по линии из остальных, то двигаться будут только концевые шарики, а другие будут оставаться на месте.
Почти не пропускает электрический ток дистиллированная вода, подобно многим другим веществам, состоящим из нескольких неметаллических элементов. Она является изолятором. Но если в такую воду добавить малое число ионов, она превращается в полноценный проводник и ее электропроводность возрастает. Ученые на протяжении нескольких столетий ведут жаркие споры относительно того, почему все-таки вода проводит ток.
Немецким химиком Теодором Гротгусом в начале 19 столетия была выдвинута теория, при помощи которой ученый попытался объяснить способность воды проводить электрический ток и способность электричества разлагать воду на кислород и водород. Гротгус предположил, что молекулы воды могут передавать друг другу лишние захваченные протоны за счет формирования новых ковалентных и водородных связей и их относительно быстрому распаду.
По словам Джонсона, каким именно образом происходит эта передача и какой вид имеют молекулы воды, которые принимают участие в этой «эстафете», до недавнего времени ученые не представляли, поскольку за этим процессом очень сложно проследить в силу крайне небольших масштабов и скоротечности процессов.
Химики из Йельского университета сумели решить эту проблему, выяснив, что такие реакции могут замедляться и их можно проследить при наличии нескольких условий: использование исключительно «тяжелой» воды (молекулы, которые состоят из дейтерия, тяжелого изотопа водорода и обычного кислорода) и охлаждения молекул воды практически до абсолютного нуля.
Ученые подсвечивают такие молекулы с помощью инфракрасных лучей и наблюдают за изменениями в их спектре. Таким образом они сумели увидеть, как к тяжелой воде присоединяются свободные ионы дейтерия, и как они же затем перемещаются к другой молекуле.
Данные наблюдения показали, что обмен ионами происходит не между отдельными молекулами, а между целыми группами молекул, которые объединяют в себе четыре молекулы воды. Полученные результаты в целом подтвердили предположения ученых, которые были получены на основании компьютерных расчетов, но на практике доказать не могли.
Ученые надеются, что дальнейшее изучение данного процесса позволит объяснить другие тайны воды, в частности, ее крайне высокое поверхностное натяжение, а также отыскать ответ на вопрос – каким образом перемещение протонов от одной молекулы к другой влияет на жизнь живых существ и человека.
По словам Марка Джонсона из Йельского университета, в то время, когда ток проходит через воду, атомы кислорода почти не двигаются. Этот процесс напоминает знаменитую «колыбель» Ньютона, набор подвешенных шариков, которые выстроены в линию. Когда один шарик поднять и ударить им по линии из остальных, то двигаться будут только концевые шарики, а другие будут оставаться на месте.
Почти не пропускает электрический ток дистиллированная вода, подобно многим другим веществам, состоящим из нескольких неметаллических элементов. Она является изолятором. Но если в такую воду добавить малое число ионов, она превращается в полноценный проводник и ее электропроводность возрастает. Ученые на протяжении нескольких столетий ведут жаркие споры относительно того, почему все-таки вода проводит ток.
Немецким химиком Теодором Гротгусом в начале 19 столетия была выдвинута теория, при помощи которой ученый попытался объяснить способность воды проводить электрический ток и способность электричества разлагать воду на кислород и водород. Гротгус предположил, что молекулы воды могут передавать друг другу лишние захваченные протоны за счет формирования новых ковалентных и водородных связей и их относительно быстрому распаду.
По словам Джонсона, каким именно образом происходит эта передача и какой вид имеют молекулы воды, которые принимают участие в этой «эстафете», до недавнего времени ученые не представляли, поскольку за этим процессом очень сложно проследить в силу крайне небольших масштабов и скоротечности процессов.
Химики из Йельского университета сумели решить эту проблему, выяснив, что такие реакции могут замедляться и их можно проследить при наличии нескольких условий: использование исключительно «тяжелой» воды (молекулы, которые состоят из дейтерия, тяжелого изотопа водорода и обычного кислорода) и охлаждения молекул воды практически до абсолютного нуля.
Ученые подсвечивают такие молекулы с помощью инфракрасных лучей и наблюдают за изменениями в их спектре. Таким образом они сумели увидеть, как к тяжелой воде присоединяются свободные ионы дейтерия, и как они же затем перемещаются к другой молекуле.
Данные наблюдения показали, что обмен ионами происходит не между отдельными молекулами, а между целыми группами молекул, которые объединяют в себе четыре молекулы воды. Полученные результаты в целом подтвердили предположения ученых, которые были получены на основании компьютерных расчетов, но на практике доказать не могли.
Ученые надеются, что дальнейшее изучение данного процесса позволит объяснить другие тайны воды, в частности, ее крайне высокое поверхностное натяжение, а также отыскать ответ на вопрос – каким образом перемещение протонов от одной молекулы к другой влияет на жизнь живых существ и человека.
| |
| Читайте также |
