Nya oväntade rön om vattens mikroskopiska struktur
Flytande vatten är något vi alla använder varje dag och tror oss veta hur det fungerar, men vetenskapligt finns det många kunskapsluckor och forskningsfältet är mycket intensivt. En internationell forskargrupp, med deltagande från Uppsala universitet, visar nu för första gången experimentellt stöd för en ny kontroversiell teori, som öppnar nya möjligheter för framtida forskning om vatten. Rönen publiceras i Natures nätupplaga idag.
Vattenmolekylen H2O är livsnödvändig och dess avgörande roll för jordens och livets kemiska processer driver forskare att försöka förstå varje liten detalj om vattnets unika mikroskopiska egenskaper. En intressant aspekt är den oväntat höga rörligheten hos hydroxidjonen (OH-), vattenmolekylens egen negativt laddade jon (anjon).
De mekanismer som möjliggör hydroxidjonens mobilitet är inte lika kända som de som avgör rörligheten av hydroniumjonen, H3O+, vattenmolekylens katjon. Det råder relativt god konsensus om att hydroniumjonens transportmekanismer kan beskrivas som en diffusion av ett begränsat antal lösningsstrukturer. Med tiden har det dock framstått allt klarare att dessa mönster inte kan användas för att bygga upp en motsvarande förståelse av OH-.
I en aktuell teori om hydroxidjonens transportmekanismer förutsätts till exempel att den endast kan ta emot vätebindningar, medan hydroniumjonen endast kan donera vätebindningar. Denna bild har nyligen ifrågasatts av en annan teori, baserad på kvantmekaniska beräkningar, som antyder att hydroxidjonen faktiskt kan donera vätebindningar. Detta ska, enligt teorin, kunna inträffa under övergången mellan olika lösningsstrukturer.
I den aktuella studien har forskarna, genom att använda s.k. resonant fotoemission med en tidsupplösning på under tio femtosekunder, nu funnit direkt experimentellt stöd för att sådana svaga övergående donatorbindningar faktiskt finns. Den teknologiska basen för dessa experiment är den s.k. vätskejeten, som i kombination med fokuserat synkrotronljus gör det möjligt att detektera elektroner från vattenlösningar.
– Dessa resultat är av stor vikt för den grundläggande förståelsen av vattnets kemi. Vi hoppas att dessa experiment öppnar upp för ett nytt sätt att studera snabba dynamiska förlopp i vatten och vattenlösningar, säger Niklas Ottosson, doktorand på Ångströmlaboratoriet, Uppsala universitet, som varit med i studien.
Kontaktinformation
Kontaktperson: Niklas Ottosson, 070-734 66 24, eller niklas.ottosson@fysik.uu.se
