Skrivnosti vode, skrite v tetraedru

Voda. Ta vseprisotna, še ne povsem razumljena, a zato mnogokrat in po nepotrebnem mistificirana snov. Tako enostavna v svoji atomski zgradbi, a tako kompleksna v družbi drugih molekul.

Da je voda res posebna tekočina s posebnimi lastnostmi, ki jo ločijo od preostalih poznanih tekočin, smo na naših frekvencah že obširno poročali. A o vzrokih teh številnih tako imenovanih anomalnih pojavov, kot sta na primer maksimalna gostota pri 4 stopinjah Celzija ali pa nenavadno visoka površinska napetost, govorijo številne razlage.

Raziskovalci in raziskovalke so dolgo časa sumili, da tudi v tekoči vodi vlada nek red, podoben tistemu v kristalu ledu. Sistem je seveda izjemno dinamičen, a kljub temu so znanstveniki predvidevali, da lahko zapazimo v tekoči vodi hipne, lokalne skupke organiziranih molekul vode. Čeravno so te hipoteze stare že več sto let, je do dokončnih potrditev le-teh moralo preteči še kar nekaj vode.

Tako je znanstvenikom denimo šele leta 2013 uspelo dokončno potrditi, da je v povprečju vsaka molekula vode v tekoči vodi obdana s štirimi sosednjimi molekulami vode, s katerimi tvori vodikove vezi. Takšno razporeditev molekul v prostoru imenujemo kot tetraedrsko in si jo lahko predstavljamo kot nekakšno piramido, v kateri je opazovana molekula vode obkrožena s štirimi preostalimi, ki ležijo v ogliščih te piramide.

Britanski in japonski znanstveniki so v nedavni študiji, objavljeni v ugledni reviji Proceedings of the National Academy of Sciences, ugotovili, da je prav ta specifična organizacija molekul vode v tekoči vodi odgovorna za opažene anomalne lastnosti vode. Znanstveniki so poskušali z računalniškim modeliranjem molekulam vode vsiliti drugačne, nekoliko spremenjene razporeditve. Pri vsaki uvedeni spremembi so izračunali termodinamske lastnosti hipotetičnega sistema. Ugotovili so, da so lastnosti tega hipotetičnega sistema postajale zelo podobne tistim, ki jih opazimo pri vodi podobnih sistemih, a brez anomalnih lastnosti. Lahko bi dejali, da je voda z izgubo svojega tetraedrskega reda v računalniški simulaciji izgubila svoj anomalni značaj.

Tako je znanstvenikom uspelo dokazati, da je prav ta partikularna razporeditev molekul vode v obliko tetraedra v tekoči vodi odgovorna za opažene anomalne lastnosti vode, ki jo delajo tako edinstveno.

Vodnim anomalijam se rad predaja vajenec Uroš.

Vir: J. Russo, K. Akahane, and H. Tanaka, “Water-like anomalies as a function of tetrahedrality.”