Wetenschappers van Skoltech hebben in samenwerking met onderzoekers van de Universiteit van Stuttgart aangetoond dat de concentratie van kortlevende ionen (H ₃ O ⁺ en OH ^- ) in zuiver vloeibaar water is veel hoger dan wordt aangenomen om de pH te evalueren, vandaar dat ons begrip van de dynamische structuur van water aanzienlijk verandert.

Intrinsieke ionische soorten vloeibaar water spelen een belangrijke rol in de redoxprocessen, katalytische reacties en elektrochemische systemen. Een laagdrempelige tunneling van waterstofatomen tussen de H ₂ O moleculen, veroorzaakt door nucleaire kwantumeffecten, zal naar verwachting kortstondige overtollige protontoestanden genereren. Echter, daten, er is geen informatie over de concentratie van dergelijke overtollige protonentoestanden in zuiver water.

Skoltech-wetenschappers hebben in samenwerking met Duitse onderzoekers de ion-moleculaire samenstelling van vloeibaar water gemeten op de sub-picoseconde tijdschaal. Het resultaat verraste wetenschappers toen ze zagen dat tot enkele procenten van H ₂ O-moleculen werden tijdelijk geïoniseerd.

"We gebruikten waterisotopologen:gewone (H ₂ O), zwaar (D ₂ O), en halfzwaar (HDO) water, om overtollige protontoestanden te identificeren. Door de waterstofatomen (H) geleidelijk te vervangen door deuterium (D), we veranderden de relatieve concentratie van overtollige proton-gerelateerde soorten, zoals HD ₂ O ⁺ , DH ₂ O ⁺ , H ₃ O ⁺ en D ₃ O ⁺ , en identificeerden hun bijdragen aan de cumulatieve infraroodabsorptie. We vonden concentratieafhankelijke spectrale kenmerken in de buurt van moleculaire buigmodi van semi-zwaar waterspectra die geen enkel bekend model kon verklaren. We associeerden deze kenmerken met overtollige protonen die naar verwachting zullen bestaan ​​op de picoseconde tijdschaal, " zei een van de co-auteurs, Prof. Henni Ouerdane van het Skoltech Center for Energy Science and Technology (CEST).

"Terwijl eerdere studies naar de waterstructuur gebaseerd waren op kristallografische experimenten, en weerspiegelde niet de dynamiek van water, ons onderzoek brengt nieuwe inzichten in de ingewikkelde waterstructuur op ultrakorte tijdschaal. De bevinding anticipeert op nieuwe effecten van elektrische veldinteractie met water, evenals andere afwijkende eigenschappen van water, " concludeerde de hoofdauteur, Dr. Vasili Artemov, Senior onderzoekswetenschapper bij CEST.