Andrey Geim und Konstantin Novoselov haben herausgefunden, wie man Wasser "tot" macht und es seiner einzigartigen Auflösungseigenschaften beraubt, indem man mit den feinsten "Sandwiches" aus Graphit und Bornitrid experimentiert, wie in einem Artikel in der Zeitschrift Science veröffentlicht.
"Totes Wasser" ist nicht nur ein interessantes wissenschaftliches Phänomen, seine Entdeckung hat ganz spezifische Anwendungen für andere Wissenschaften, insbesondere für die Biologie. Es wird uns helfen zu verstehen, warum Wasser für die Existenz des Lebens so wichtig ist. In Anbetracht der Rolle, die Wasser bei der Bildung von Proteinmolekülen spielt, können wir sagen, dass dünne Wasserschichten im wahrsten Sinne des Wortes und im übertragenen Sinne Bildhauer des Lebens sind ", sagt Andrey Geim von der University of Manchester (UK).
Wasser bleibt, wie Wissenschaftler erklären, heute eine der mysteriösesten Substanzen auf der Erde. Im Gegensatz zu "Nachbarn" im Periodensystem hat die Kombination von Wasserstoff mit Sauerstoff einen ungewöhnlich hohen Siede- und Gefrierpunkt, eine ungewöhnliche Wärmekapazität und die Fähigkeit, eine große Anzahl organischer und anorganischer Verbindungen aufzulösen.
Diese "Fähigkeit" des Wassers ist wiederum mit seiner anderen physikalischen Eigenschaft verbunden - einem hohen elektrischen Dipolmoment. Unter diesem Wort verstehen Wissenschaftler, wie die positiven und negativen Ladungen im gesamten Molekül verteilt sind. Wassermoleküle haben ein sehr hohes Dipolmoment, da die darin enthaltenen Elektronen vom Sauerstoffatom "angezogen" werden und die positiv geladenen Wasserstoffatome im Gegensatz dazu von ihnen entfernt werden.
Wissenschaftler haben sich lange gefragt, ob diese Eigenschaften in Fällen erhalten bleiben, in denen Wassermoleküle in wenigen Schichten gestapelt sind, oder ob sie sich in etwas völlig anderes verwandeln.
Game, Novoselov und ihre Kollegen an der Universität lösten dieses Problem, indem sie mit eigenartigen "Sandwiches" experimentierten, die aus ultradünnen Graphitplatten und zweidimensionalen Bornitridfilmen zusammengesetzt waren, die ähnlich wie Graphen strukturiert waren und für deren Entdeckung russisch-britische Physiker den Nobelpreis erhielten in 2010.
Auf einer Graphitplatte als "Fundament" legten die Wissenschaftler die Bornitridfilme so darauf, dass sie eine Art "Haus" mit vielen getrennten "Räumen" in Breite und Höhe von mehreren zehn Nanometern erhielten. Dank dessen konnte eine sehr kleine Anzahl von Wassermolekülen in solche Schlitze gelangen, wodurch Geim und sein Team ihre dielektrischen und anderen physikalischen Eigenschaften sehr genau messen konnten.
Zu diesem Zweck brachten die Wissenschaftler die Nadel eines überempfindlichen Rasterkraftmikroskops in jeden dieser "Räume" und beobachteten, wie gut das elektrische Feld durch das "Sandwich" aus flachen Halbleitermaterialien und Wasser drang und die Höhe und Breite dieser gesamten Struktur veränderte.
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Wie diese Beobachtungen zeigen, änderten sich die Eigenschaften der Flüssigkeit dramatisch, wenn sich die Dicke ihrer Schicht der Marke von zwei Nanometern näherte. In diesem Fall wurde das Wasser "tot" und verlor seine erstaunlichen dielektrischen Eigenschaften und hörte auf, ein universelles Lösungsmittel zu sein.
„Wir wussten, dass sich die Eigenschaften dünner Wasserschichten stark von denen einer‚ normalen 'Flüssigkeit unterscheiden würden, aber wir wussten nicht, wie. Wir waren überrascht, dass sie wirklich unterschiedlich waren, aber nicht in die von uns erwartete Richtung - kleine Wassermengen hatten eher einen extrem niedrigen als einen hohen Polarisationsgrad “, fügt Laura Fumagalli, eine Kollegin von Geim, hinzu.
Eine solche Entdeckung ist, wie der russisch-britische Physiker feststellt, im Zusammenhang mit der Untersuchung der Entwicklung des Lebens und der Suche nach Mitmenschen sehr wichtig, da dünne Filme aus Wasser eine wichtige Rolle bei der Entwicklung der ersten komplexen chemischen Moleküle, einschließlich der DNA, und im Leben der ersten Bewohner spielen könnten. Erde.
