Znanstveniki v ZDA so našli dokaze, da ima površina tekoče vode, tudi pri sobni temperaturi, strukturo, ki je vedno bolj podobna ledu, ko se približujemo meji voda-zrak. Phillip Geissler in Nathan Odendahl s kalifornijske univerze Berkeley, izvedel računalniške simulacije neenakomernega vmesnika med zrakom in vodo ter prepoznali urejene motive, za katere trdijo, da imajo pomembne skupne lastnosti z ledom.
Od atmosfere do človeških pljuč se številni najpomembnejši procesi na planetu odvijajo na površini vodne kapljice, kar daje tej raziskavi potencialne posledice za fiziko, kemijo in biologijo.
"Stvari, za katere smo delali toliko desetletij, da bi razumeli vodo v njenem razsutem okolju, postanejo napačne na vmesnikih," je dejal Geissler, ki je uporabil simulacije za preučevanje vode na molekularni ravni, ki ni bila dostopna v poskusih. Spektroskopske meritve vmesnika zrak-voda so dale presenetljive rezultate, ki kažejo na urejeno vodikovo vez na površini. Geissler in Odendahl sta bila radovedna glede prejšnjih simulacij, ki so predlagale led kot referenčno točko za strukturo vode na meji ploskev, vendar se jima ti rezultati niso zdeli dokončni. Posledično so razvili način za podrobnejše iskanje teh vzorcev.
Iskanje strukture v neredu
Tekoča voda je neurejena, zato so raziskovalci vedeli, da bo strukture, ki jih iščejo, težko najti, saj se raztezajo čez le nekaj molekul in so zakrite s hrupom. Imeli so idejo, da prejšnjim raziskovalcem manjkajo podrobnosti, ker so vmesnik obravnavali kot ravno ravnino, čeprav je v resnici mehka in neravna. Delo na mehkih vmesnikih zrak-voda se je začelo pred več kot 10 leti in je razkrilo plasti, vzporedne s površino, vendar sta bila Geissler in Odendahl prva, ki sta to uporabila za iskanje povezave z ledom.
Geissler je dejal, da je bil presenečen, ko mu je Odendahl pokazal prve rezultate, ki prekrivajo vmesnike led in voda-zrak. Trdijo, da je mogoče z dodatnimi podrobnostmi trenutnega vmesnika plasti na površini vode razdeliti na podsloje (glej zgornjo sliko). Vzporedne podplasti so značilnost bazalnega obraza ledu in predstavljajo tisto, za kar je dvojec prepričan, da je presenetljiva podobnost med temi plastmi v vmesnikih led in voda-zrak.
Z uporabo teh podslojev kot referenčne točke sta Geissler in Odendahl primerjala orientacije molekul, saj sta vedela, da je to dobro definirano za tetraedrske molekule vode v ledu. Ko so raziskovalci preslikali prednostno smer kisik-vodikovih vezi blizu vodne površine, so opazili urejenost, za katero so ponovno trdili, da ustreza obrazu ledu. Ti vzorci se držijo nekaj molekularnih premerov, kar je večje od prehodnih tetraedrskih struktur, pričakovanih v razsutem stanju vode.
Porušena simetrija sili vodo, da se organizira
Odendahl je zagovarjal svoje zaključke in dejal: »Ta prilagodljiv vmesnik nam je resnično dal samozavest, da lahko rečemo, da to ni le nekaj naključnih meritev. Če pogledate gostoto, če pogledate orientacijo, če pogledate več plasti, vse, kar smo pogledali, se je zdelo, da obstaja ujemanje.«
Izkaže se, da je voda na vmesnikih električno mrtva
Vendar pa je interpretacija raziskav o statistični mehaniki tekočin vedno sporna. Nadaljnja razprava o vmesniku voda-zrak se bo spustila na temeljno vprašanje, kako je definiran led in ali lahko rečemo, da ima struktura, ki se razteza čez le nekaj molekul, kristalno podobne lastnosti. Ko je razmišljal o njihovih rezultatih, je Geissler dejal: "Zdaj imamo to strukturno referenčno točko za razmišljanje o teh strukturnih motivih in mislim, da se bo to na koncu izkazalo za zelo uporabno konceptualno orodje."
Raziskava je opisana v Journal of American Chemical Society.
