Квантове тунелювання води
Квантове тунелювання води відбувається, коли молекули води в наноканалах демонструють поведінку квантового тунелювання, яка розмазує положення атомів водню в пару гофрованих кілець.[1] У такому стані молекули води стають делокалізованими навколо кільця і приймають незвичайну форму подвйної дзиґи. При низьких температурах це явище демонструє квантовий рух води через розділові потенційні стінки, що заборонено в класичній механіці, але допускається в квантовій механіці.[2]
Квантове тунелювання води відбувається під ультраутриманням в породах, ґрунті і клітинних стінках.[2] Передбачається, що це явище допоможе вченим краще зрозуміти термодинамічні властивості та поведінку води в обмежених середовищах, такі як дифузія води, транспортування каналами клітинних мембран і вуглецевих нанотрубок.
Історія[ред. | ред. код]
Про квантове тунелювання у воді повідомлялося ще в 1992 році. У той час було відомо, що рухи можуть руйнувати і регенерувати слабкі водневі зв'язки шляхом внутрішнього обертання замісних водних мономерів.[3]
18 березня 2016 року було повідомлено, що водневий зв'язок може бути розірваний квантовим тунелюванням у водному гексамері. На відміну від раніше повідомлених тунельних рухів у воді, це пов'язано з узгодженим руйнуванням двох водневих зв'язків.[4].
22 квітня 2016 року журнал «Physical Review Letters» повідомив про квантове тунелювання молекул води, як продемонстровано в Джерелі нейтронів Спаллатон[en] і лабораторії Резерфорд Епплтон[en]. Перші ознаки цього явища опосередковано спостерігали вчені з Росії та Німеччини в 2013 році[5] на підставі розщеплення терагерцових ліній поглинання молекули води, зафіксованих у п'яти-ангстремних каналах у берилі. Згодом його безпосередньо спостерігали за допомогою розсіяння нейтронів і аналізували за допомогою моделювання ab initio.[6] У берильному каналі молекула води може займати шість симетричних орієнтацій у відповідності з відомою кристалічною структурою.[1] Одна орієнтація має атом кисню приблизно в центрі каналу, а два атоми водню орієнтовані в одну сторону до однієї з шести гексагональних граней каналу. Інші орієнтації вказують на інші грані, але відокремлені один від одного енергетичними бар'єрами близько 50 меВ.[1] Ці бар'єри, однак, не зупиняють тунелювання водню між шістьма орієнтаціями і тим самим розділяють енергію основного стану на кілька рівнів.[1]
Примітки[ред. | ред. код]
- ↑ а б в г Michael Schirber (22 квітня 2016). Focus: Water Molecule Spreads Out When Caged. Physics. 9. Архів оригіналу за 21 Лютого 2017. Процитовано 23 квітня 2016.
- ↑ а б Ron Walli. New state of water molecule discovered. Phys.org. Архів оригіналу за 18 Червня 2019. Процитовано 23 квітня 2016.
- ↑ N. Pugliano. Vibration-Rotation-Tunneling Dynamics in Small Water Clusters, Lawrence Berkeley Laboratory, November 1992, p. 6
- ↑ Richardson та ін. (18 березня 2016). Concerted hydrogen-bond breaking by quantum tunneling in the water hexamer prism. Science. 351 (6279): 1310—1313. Bibcode:2016Sci...351.1310R. doi:10.1126/science.aae0012. PMID 26989250. Архів оригіналу за 18 Квітня 2016. Процитовано 23 квітня 2016.
- ↑ B. Gorshunov та ін. (29 травня 2013). Quantum Behavior of Water Molecules Confined to Nanocavities in Gemstones. Journal of Physical Chemistry Letters. 4 (12): 2015—2020. doi:10.1021/jz400782j. PMID 26283245.
- ↑ Kolesnikov та ін. (22 квітня 2016). Quantum Tunneling of Water in Beryl: A New State of the Water Molecule. Physical Review Letters. 116 (16): 167802. Bibcode:2016PhRvL.116p7802K. doi:10.1103/PhysRevLett.116.167802. PMID 27152824.
 | На цю статтю не посилаються інші статті Вікіпедії. Будь ласка розставте посилання відповідно до прийнятих рекомендацій. |