أسطح الطاقة المحتملة للمياه المعينة

الماء هو بالتأكيد السائل الأكثر شهرة في العالم. يلعب الماء دورًا حاسمًا في جميع العمليات البيولوجية والعديد من العمليات الكيميائية. بالكاد تحمل جزيئات الماء أي أسرار. تعلمنا في المدرسة أن الماء يتكون من ذرة أكسجين واحدة وذرتين هيدروجين. نحن نعرف أيضًا الزاوية المنفرجة النموذجية التي يشكلها ساقا OH مع بعضهما البعض. بالإضافة إلى ذلك، نحن نعرف متى يغلي الماء أو يتجمد وكيف ترتبط هذه التحولات الطورية بالضغط. ولكن بين الحقائق المتعلقة بالجزيئات الفردية والفهم الأعمق للظواهر العيانية، هناك مساحة واسعة من عدم اليقين: فقط المعلومات الإحصائية المعروفة عن سلوك الجزيئات الفردية في الماء السائل العادي: تشكل جزيئات الماء في الطور السائل جزيئات متقلبة. شبكة من الروابط الهيدروجينية، غير منتظمة وكثيفة، وتفاعلاتها ليست مفهومة على الإطلاق كما هي الحال في الحالة الغازية.

فحص الماء السائل النقي

الآن، قام فريق بقيادة الفيزيائية في HZB الدكتورة أنيت بيتزش بإلقاء نظرة فاحصة على الماء السائل النقي في درجة حرارة الغرفة والضغط الطبيعي. وباستخدام تحليل الأشعة السينية في مصدر الضوء السويسري التابع لمعهد بول شيرير والنمذجة الإحصائية، نجح العلماء في رسم خرائط لما يسمى بأسطح الطاقة المحتملة لجزيئات الماء الفردية في الحالة الأرضية، والتي تأتي في مجموعة كبيرة ومتنوعة من الأشكال. اعتمادا على بيئتهم.

قياس التذبذبات والاهتزازات

'الشيء المميز هنا هو الطريقة: قمنا بدراسة جزيئات الماء على خط شعاع ADRESS باستخدام تشتت الأشعة السينية الرنانة غير المرنة. ببساطة، قمنا بدفع الجزيئات الفردية بعناية شديدة ثم قمنا بقياس كيفية سقوطها مرة أخرى إلى الحالة الأرضية' يقول بيتزش. أدت الإثارات منخفضة الطاقة إلى تذبذبات ممتدة واهتزازات أخرى، والتي - جنبًا إلى جنب مع الحسابات النموذجية - أنتجت صورة مفصلة عن الأسطح المحتملة.

يعطينا هذا طريقة لتحديد طاقة الجزيء بشكل تجريبي كدالة لبنيته'، يوضح بيتزش. 'تساعد النتائج في تنوير الكيمياء الموجودة في الماء، على سبيل المثال، لفهم كيفية تصرف الماء كمذيب بشكل أفضل\

التوقعات: METRIXS في BESSY II

تم التخطيط للتجارب التالية بالفعل في مصدر الأشعة السينية BESSY II في HZB. هناك، قامت أنيت بيتزش وفريقها بإنشاء محطة قياس METRIXS، والتي تم تصميمها خصيصًا لفحص العينات السائلة من خلال تجارب RIXS. 'بعد توقف العمل في الصيف بسبب أعمال الصيانة لجهاز BESSY II، سنبدأ بالاختبارات الأولى لأجهزتنا. وبعد ذلك يمكننا المضي قدمًا'