„Kvantinis vanduo“, rastas anglies nanovamzdiuose

Daugelis astrobiologų mano, kad vanduo yra pagrindinė gyvybės sudedamoji dalis. Ir ne tik todėl, kad gyvybė Žemėje negali išsiversti be jos.

Vanduo turi keistų savybių, kurių kitos cheminės medžiagos tiesiog neturi. Vienas iš žinomų pavyzdžių yra tai, kad užšaldamas vanduo plečiasi, todėl ledas plūduriuoja, o ne skęsta. Tai svarbu, nes jei to nepadarytų, ežerai ir vandenynai užšaltų iš apačios į viršų, todėl sudėtingai gyvybei būtų sunku išgyventi ir vystytis.

Šios ir kitos savybės yra vandens molekulių gebėjimo sudaryti vandenilinius ryšius viena su kita rezultatas ir tai suteikia šioms molekulėms labai ypatingų savybių.

Šiandien Džordžas Reiteris iš Hiustono universiteto ir keli bičiuliai pateikė įrodymų, kad vanduo yra keistesnis, nei kas nors manė. Tiesą sakant, jie netgi sako, kad nanometrų skalėje jis virsta visiškai naujo tipo kvantiniu vandeniu.

To priežastis yra tai, kad elektronai vandenilio jungtyse esančiose donoro ir akceptoriaus molekulėse yra neatskiriami, tai reiškia, kad jie gali keliauti iš vienos molekulės į kitą. Kai molekulės yra tam tikru būdu apribotos, jos gali pasklisti tam tikru atstumu, pavyzdžiui, kietoje medžiagoje.

Tačiau vandens molekulės gali būti apribotos ir kitais būdais. Ir kai taip atsitinka, skysto vandens elektroninė struktūra tampa sujungtu tinklu.

Tai iškelia svarbų klausimą: kaip molekulių elgesys šiame elektroniniame tinkle skiriasi nuo molekulių elgesio dideliame vandenyje, sąveikaujančių įprastu būdu?

Reiteris ir bendradarbiai teigia, kad išmatavo anglies nanovamzdelių viduje esančios mažytės erdvės savybes kambario temperatūroje ir rado keletą svarbių skirtumų. Jie tai padarė užpildydami nanovamzdelius vandeniu ir bombarduodami juos intensyviu neutronų pluoštu Rutherford Appleton laboratorijoje JK. Neutronų sklaidos būdas atskleidžia nanovamzdelių viduje esančių protonų impulsą.

Pasirodo, kad protonai šiame nano-apribotame vandenyje kambario temperatūroje elgiasi visiškai kitaip nei tie, kurie yra dideliame vandenyje. Yra žinoma, kad protonai yra jautrūs juos supantiems elektroniniams laukams. Taigi, kai šie laukai susiformuoja į neįprastus elektroninius tinklus, nenuostabu, kad protonai elgiasi kitaip.

Protonų impulsų pasiskirstymo nukrypimai nuo tūrinio vandens yra tokie dideli, kad manome, kad nano-apribotą vandenį galima tinkamai apibūdinti kaip kokybiškai kitokios kvantinės būsenos nei biriame vandenyje, sako jie.

Jie netgi teigia, kad gali būti tam tikra kvantinė darna, kuri plinta per elektroninį tinklą. Tokiu atveju turėtų būti įmanoma išmatuoti, kaip tai atsispindės būsimuose eksperimentuose.

Tai didelis dalykas. Reiteris ir bendrai pasirinko anglies nanovamzdelius, nes jie yra analogai sąlygų, su kuriomis susiduria vanduo, praeinantis per gyvas sistemas, pavyzdžiui, per jonų kanalus ląstelių membranose. Biologai jau seniai žinojo, kad srautas šiais kanalais yra daug didesnis, nei prognozuoja įprastinė skysčių dinamika. Galbūt ši nauja kvantinio vandens būsena yra priežastis.

Reiteris ir bendradarbiai taip pat teigia, kad šis kvantinis vanduo gali egzistuoti tik tada, kai jį supa neutralios molekulės, pvz., nanovamzdelių anglis, o ne daug dažniausiai tiriamų medžiagų, tokių kaip protonų mainų membranos, tokios kaip Nafionas. Jis pagamintas iš molekulių, kurios protonus laido visiškai kitaip ir taip neleidžia susidaryti kvantiniam vandeniui.

Žinoma, tai reiškia, kad protonų mainų membranos, naudojamos visur, pradedant cheminių medžiagų gamyba ir baigiant kuro elementais, gali būti žymiai patobulintos naudojant neutralią anglies pagrindo medžiagą.

Tiesą sakant, šis reiškinys gali būti lemiamas veiksnys pačiame gyvenimo mechanizme. Įspūdingi dalykai!

Nuoroda: arxiv.org/abs/1101.4994 : Naujos nanovandens kvantinės būsenos įrodymai

paslėpti