Andrey Geim și Konstantin Novoselov au descoperit cum să facă apa „moartă” și să o lipsească de proprietățile sale unice de dizolvare, experimentând cele mai fine „sandvișuri” de grafit și nitrură de bor, potrivit unui articol publicat în revista Science.
„Apa moartă” nu este doar un fenomen științific interesant, descoperirea sa are aplicații destul de specifice pentru alte științe, în special pentru biologie. Ne va ajuta să înțelegem de ce apa este atât de importantă pentru existența vieții. Având în vedere rolul pe care îl joacă apa în formarea moleculelor de proteine, putem spune că straturile subțiri de apă sunt sculptori ai vieții în sens literal și figurativ”, spune Andrey Geim de la Universitatea din Manchester (Marea Britanie).
Apa, după cum explică oamenii de știință, rămâne astăzi una dintre cele mai misterioase substanțe de pe Pământ. Spre deosebire de „vecinii” săi de pe tabelul periodic, combinația de hidrogen cu oxigen are un punct de fierbere și îngheț anormal de ridicat, o capacitate neobișnuită de căldură și capacitatea de a dizolva un număr imens de compuși organici și anorganici.
Această „abilitate” a apei, la rândul ei, este asociată cu cealaltă proprietate fizică a ei - un moment dipol electric ridicat. Prin acest cuvânt, oamenii de știință înțeleg modul în care sarcinile pozitive și negative sunt distribuite în întreaga moleculă. Moleculele de apă au un moment dipol foarte ridicat, deoarece electronii din el sunt „atrași” de atomul de oxigen, iar din contră, atomii de hidrogen încărcați pozitiv sunt îndepărtați din ele.
Oamenii de știință s-au întrebat de mult dacă își păstrează aceste proprietăți în cazurile în care moleculele de apă sunt stivuite în câteva straturi sau dacă se schimbă în ceva complet diferit.
Game, Novoselov și colegii lor de la universitate au rezolvat această problemă prin experimentarea unor „sandvișuri” deosebite asamblate din plăci de grafit ultrathin și filme bidimensionale de nitrură de bor, structurate în același mod ca și grafenul, pentru a cărui descoperire fizicienii ruso-britanici au primit Premiul Nobel în 2010.
Folosind o foaie de grafit ca „fundație”, oamenii de știință au așezat filmele de nitrură de bor deasupra acesteia în așa fel încât să obțină un fel de „casă” cu multe „camere” separate în lățime și înălțime de câteva zeci de nanometri. Datorită acestui fapt, un număr foarte mic de molecule de apă ar putea intra în astfel de sloturi, ceea ce i-a permis lui Geim și echipei sale să măsoare foarte precis proprietățile lor dielectrice și alte proprietăți fizice.
Pentru a face acest lucru, oamenii de știință au adus acul unui microscop de forță atomică supersensibil în fiecare astfel de „cameră” și au observat cât de bine a pătruns câmpul electric prin „sandvișul” materialelor semiconductoare plate și a apei, schimbând înălțimea și lățimea întregii structuri.
Video promotional:
După cum se arată în aceste observații, proprietățile lichidului s-au schimbat dramatic dacă grosimea stratului său s-a apropiat de marca a doi nanometri. În acest caz, apa a devenit „moartă” și și-a pierdut uimitoarele proprietăți dielectrice și a încetat să mai fie un solvent universal.
„Știam că proprietățile straturilor subțiri de apă vor fi foarte diferite de modul în care se comportă un lichid„ normal”, dar nu știam cum. Am fost foarte surprinși că erau cu adevărat diferiți, dar nu în direcția pe care o așteptam - cantități mici de apă aveau un grad extrem de scăzut, nu un grad ridicat de polarizare”, adaugă Laura Fumagalli, o colegă de la Geim.
O astfel de descoperire, așa cum remarcă fizicianul ruso-britanic, este foarte importantă în contextul studierii evoluției vieții și a căutării semenilor, deoarece filmele subțiri din apă ar putea juca un rol important în evoluția primelor molecule chimice complexe, inclusiv ADN, și în viața primilor locuitori. Pământ.
