Форма молекул водяного льда в нанотрубках должна походить на структуру ДНК
Подробная компьютерная модель показала, что молекулы воды при отрицательных температурах и высоких давлениях внутри нанотрубок кристаллизуется в форме двойной спирали, похожей на ДНК.
Компьютерные эксперименты проводились в Университете штата Небраска (США) под руководством Сяо Чэн Цзэна.
Вода в моделируемом эксперименте "помещалась" в нанотрубки под высоким давлением, варьирующимися в разных опытах от 10 до 40000 атмосфер. После этого задавали температуру, которая во всех запусках имела значение -23°C. Запас по сравнению с температурой замерзания воды делался в связи с тем, что с повышением давления температура плавления водяного льда понижается. Диаметр нанотрубок составлял от 1,35 до 1,90 нм.
Молекулы воды связываются между собой посредством водородных связей, расстояние между атомами кислорода и водорода равно 96 пм, а между двумя водородами - 150 пм. В твёрдом состоянии атом кислорода участвует в образовании двух водородных связей с соседними молекулами воды. При этом отдельные молекулы H2O соприкасаются друг с другом разноимёнными полюсами. Таким образом, образуются слои, в которых каждая молекула связана с тремя молекулами своего слоя и одной из соседнего. В результате, кристаллическая структура льда состоит из шестигранных "трубок" соединенных между собой, как пчелиные соты.Учёные ожидали увидеть, что вода во всех случаях образует тонкую трубчатую структуру. Однако, модель показала, что при диаметре трубки в 1,35 нм и давлении в 40000 атмосфер водородные связи искривились, приведя к образованию спирали с двойной стенкой. Внутренняя стенка этой структуры является скрученной в четверо спиралью, а внешняя состоит из четырёх двойных спиралей, похожих на структуру молекулы ДНК.
Ранее Цзэн входил в группу учёных, которая открыла в 2001 году образование внутри нанотрубок водой тонких ледяных трубок при отрицательных температурах. Такое поведение воды предсказывалось несколькими годами ранее. Теперь Цзэн надеется, что новое предсказание также найдёт подтверждение в реальных опытах, где форма молекул может быть установлена при помощи инфракрасной сектроскопии или нейтронного рассеяния, сообщает New Scientist со ссылкой на издание Proceedings of the National Academy of Sciences.
|
