ساختار مولکولی آب در سطح پیکوثانیه

علم ديلي/ ساختار ديناميکي آب، مثل چگونه مولکول هاي آب به سرعت وضعيت اتصال شان را تغيير مي دهند، توسط تيمي از دانشمندان انستيتوي مکس پلانک بخش تحقيقات پلي مري شهر ماينز آلمان به همراه انستيتوي FOM واقع در کشور هلند، نشان داده شده است. اين پژوهشگران با استفاده از طيف سنج ارتعاشي فوق سريع، نشان دادند چرا آب در مقايسه با بيشتر ساختار هاي مولکولي مايع، به عنوان مايعي منحصر به فرد شناخته مي شود. با استفاد ه از پالس هاي ليزري فوق سريع، عمر ساختار هاي مختلف مولکول هاي آب مورد تحقيق و بررسي واقع شد. با ترکيب آزمايش هاي انجام گرفته شده با استفاده از ليزر هاي فوق سريع، اين دانشمندان متوجه شدند که ساختار هاي موجود در آب چيزي بيش از يک پيکو ثانيه دوام مي آورند. يک پيکو ثانيه (ps) برابر با يک هزارم يک ميلياردم ثانيه است. اين نتايج ديدگاه هاي عمومي راجع به حلال بودن آب را تغيير مي دهد. ميشا کان، مدير اين انستيتو، مي گويند:" 71% از سطح سياره زمين را آب پوشانيده است. چونکه بيشتر واکنش هاي شيميايي و زيستي در کره زمين در آب و يا در آب موجود در هوا که در اقيانوس ها و ابرها تداخل پيدا مي کند، رخ مي دهد جزئيات چگونگي رفتار آب در سطح مولکولي از اهميت بسزايي برخوردار است. نتايج ما نشان مي دهد که نمي توان آب را به عنوان يک ماده بهم پيوسته دانست، در عوض ساختار هاي خاصي که در زمان هاي متفاوت به خود مي گيرد خيلي مهم تلقي مي شوند." آب يک مايع خاص به همراه يک ساختار ديناميکي بسيار سريع است. مولکول هاي آب در يک بازه زماني کمتر از يک پيکو ثانيه تکان مي خورند، که باعث مي شود در اين چنين بازه زماني اي حرکت شان غير قابل تشخيص باشد. در حالي که تصور مي شود وجود ساختار هايي با عمر بسيار کوتاهي در آب اتفاق مي افتد ، همچون وجود دو مولکول آب در نزديکي همديگر و يا خيلي دور از هم، به طور عموم در گذشته باور ها بر اين بوده که مولکول هاي آب ذهنيت ساختار هاي مولکولي حال حاضر شان را در کمتر از 0.1 پيکو ثانيه از ياد مي برده اند. شواهد مبني بر ثبات نسبي طولاني مدت اين نوع ساختارها در آب مايع زماني حاصل شد که لرزش اتصال اکسيژن- هيدروژن در آب را اندازه گيري نمودند. براي اين منظور اين دانشمندان از طيف سنج فروسرخ فوق سريع استفاده نمودند که به طور خاص تمرکزش بر روي مولکول هاي آب بود، چون که مولکول هاي آب داراي پيوند هاي ضعيف (و يا قوي) هيدروژني با مولکل هاي آب اطراف خود هستند. دانشمندان کشف کردند که لرزش ها در مولکول هاي آبي که فواصل زيادي داشتند، خيلي بيشتر دوام مي آورند (تا يک ميکرو ثانيه)، سپس بعد نوبت به مولکول هايي که نزديک هستند مي رسد (تا 0.2 ميکرو ثانيه). به عبارت ديگر، ساختار ضعيف پيوند هاي مولکولي آب به مدت بيشتري مي توانند همچنان ضعيف باقي بمانند.