Oamenii de știință din SUA au găsit dovezi că suprafața apei lichide, chiar și la temperatura camerei, are o structură care arată din ce în ce mai mult ca gheața pe măsură ce se apropie de interfața apă-aer. Phillip Geissler și Nathan Odendahl de la Universitatea din California, Berkeley, a efectuat simulări pe calculator a interfeței neuniforme dintre aer și apă și au identificat motive ordonate, despre care, susțin, că au puncte comune semnificative cu gheața.
De la atmosferă la plămânii umani, multe dintre cele mai importante procese de pe planetă au loc la suprafața unei picături de apă, oferind acestei cercetări potențiale implicații în fizică, chimie și biologie.
„Lucrurile pe care am lucrat atât de multe decenii pentru a le înțelege despre apă în mediul său în vrac pur și simplu devin greșite la interfețe”, a spus Geissler, care a folosit simulări pentru a studia apa la un nivel molecular care nu este accesibil în experimente. Măsurătorile spectroscopice ale interfeței aer-apă au produs rezultate surprinzătoare, sugerând legături ordonate de hidrogen la suprafață. Geissler și Odendahl erau curioși de simulările anterioare, care sugerau gheața ca punct de referință pentru structura apei interfațale, dar nu credeau că aceste rezultate erau concludente. Drept urmare, au conceput o modalitate de a căuta aceste modele mai detaliat.
Căutarea structurii în dezordine
Apa lichidă este dezordonată, așa că cercetătorii știau că structurile pe care le căutau vor fi greu de găsit, extinzându-se pe doar câteva molecule și îngropate sub zgomot. Au avut ideea că cercetătorii anteriori le lipseau detalii pentru că au tratat interfața ca pe un plan plat, când este de fapt moale și accidentat. Lucrările asupra interfețelor moale aer-apă au fost inițiate cu peste 10 ani în urmă și au scos la iveală straturi paralele cu suprafața, dar Geissler și Odendahl au fost primii care au folosit acest lucru pentru a căuta o legătură cu gheața.
Geissler a spus că a fost surprins când Odendahl i-a arătat primele rezultate suprapunând interfețele gheață și apă-aer. Ei susțin că, cu detaliile suplimentare ale interfeței instantanee, straturile de la suprafața apei pot fi împărțite în substraturi (a se vedea figura de mai sus). Substraturile paralele sunt o caracteristică a feței bazale a gheții și prezintă ceea ce duoul este convins că este o asemănare izbitoare între aceste straturi din interfețele gheață și apă-aer.
Folosind aceste substraturi ca punct de referință, Geissler și Odendahl au comparat orientările moleculelor, știind că acest lucru este bine definit pentru moleculele de apă tetraedrice din gheață. Când cercetătorii au cartografiat direcția favorită a legăturilor oxigen-hidrogen de lângă suprafața apei, ei au observat că ordinea, despre care au susținut din nou, pare să corespundă unei fețe de gheață. Aceste modele țin peste câteva diametre moleculare, care sunt mai mari decât structurile tetraedrice tranzitorii așteptate în apa în vrac.
Simetria întreruptă forțează apa să se organizeze
Susținând concluziile lor, Odendahl a spus: „A avea acea interfață flexibilă ne-a dat cu adevărat încrederea să spunem că nu sunt doar câteva valori ale șanselor. Dacă te uiți la densitate, dacă te uiți la orientare, dacă te uiți la mai multe straturi doar tot ceea ce ne-am uitat, părea să existe o potrivire.”
Apa se dovedește a fi moartă electric la interfețe
Cu toate acestea, interpretarea cercetărilor privind mecanica statistică a lichidelor este întotdeauna controversată. Dezbaterea continuă asupra interfeței apă-aer se va reduce la întrebarea fundamentală a modului în care este definită gheața și dacă se poate spune că o structură care se întinde pe doar câteva molecule are proprietăți asemănătoare cristalelor. Reflectând asupra rezultatelor lor, Geissler a spus „Acum avem acest punct de referință structural pentru a ne gândi la aceste motive structurale și cred că acesta se va dovedi, în cele din urmă, a fi un instrument conceptual foarte util.”
Cercetarea este descrisă în Jurnalul American Chemical Society.
