Wetenschap
Watermoleculen worden geëxciteerd met röntgenlicht (blauw). Uit het uitgestraalde licht (paars) kan informatie over H-bindingen worden verkregen. Krediet:T. Splettstoesser/HZB
Om de bekende anomalieën in water te verklaren, sommige onderzoekers gaan ervan uit dat water bestaat uit een mengsel van twee fasen, zelfs onder omgevingsomstandigheden. Echter, nieuwe röntgenspectroscopische analyses bij BESSY II, ESRF en Swiss Light Source laten zien dat dit niet het geval is. Bij kamertemperatuur en normale druk, de watermoleculen vormen een fluctuerend netwerk met elk gemiddeld 1,74 ± 2,1 procent donor- en acceptorwaterstofbruggen per molecuul, waardoor tetraëdrische coördinatie tussen naaste buren mogelijk is.
Water bij omgevingscondities is de matrix van leven en chemie, en gedraagt zich abnormaal in veel van zijn eigenschappen. Sinds Wilhelm Conrad Röntgen, er is beweerd dat er twee verschillende afzonderlijke fasen naast elkaar bestaan in vloeibaar water, concurreren met de andere weergave van een enkelfasige vloeistof in een fluctuerend waterstofbindingsnetwerk - het continue distributiemodel. Overuren, Röntgenspectroscopische methoden zijn herhaaldelijk geïnterpreteerd ter ondersteuning van het postulaat van Röntgen.
Een internationaal team van onderzoekers, onder leiding van Prof. A. Föhlisch van Helmholtz-Zentrum Berlin en de Universiteit van Potsdam, kwantitatief en met hoge resolutie röntgenspectroscopisch onderzoek en analyse met meerdere methoden uitgevoerd om deze uiteenlopende opvattingen over de lichtbronnen BESSY II aan te pakken, European Synchrotron Radiation Facility ESRF en Swiss Light Source.
Ze stellen vast dat de röntgenspectroscopische waarnemingen volledig en consistent kunnen worden beschreven met continue distributiemodellen van bijna-tetraëdrisch vloeibaar water bij omgevingscondities met 1,74 ± 2,1% gedoneerde en geaccepteerde H-bindingen per molecuul. In aanvulling, over het volledige fasediagram van water, duidelijke correlaties met b.v. coördinatie van de tweede schil wordt vastgesteld en de invloed van ultrasnelle dynamiek geassocieerd met interactie met röntgenmaterie wordt gescheiden en gekwantificeerd.
Kunnen deze röntgenspectroscopische conclusies over water bij omgevingscondities nu ook de zwaar bediscussieerde kwestie van het bestaan van een tweede kritiek punt in het zogenaamde "niemandsland" van onderkoeld water oplossen? Dit gepostuleerde tweede kritieke punt is conceptueel gebaseerd op de uitbreiding van de gevestigde amorfe ijsfasen met lage en hoge dichtheid naar vermeende vloeibare fasen met lage en hoge dichtheid langs een Widom-lijn, waar het tweede kritieke punt wordt gevonden als de geëxtrapoleerde divergentie van stabiele en de thermodynamische respons van onderkoeld water functioneert rond -45°C bij atmosferische druk.
Uit de fysica van kritische fluctuaties, het is bekend, dat ver boven een kritisch punt men de toestand van de materie als homogeen zou moeten beschouwen. Beginnende en grote fluctuaties zijn toegestaan als men de fasegrens en het kritieke punt dicht nadert:hoe dicht men het in energie moet benaderen en op welke tijdschaal om de divergentie waar te nemen, wordt niet volledig beantwoord, maar de verwachtingen van observaties in de vastestoffysica zijn dat je dichtbij moet zijn om de 2-faseneffecten te realiseren.
Zelfs als het beweerde tweede kritieke punt bij -45°C en omgevingsdruk bestond, de omgevingsomstandigheden van vloeibaar water in evenwicht zouden hoe dan ook ver verwijderd zijn van temperatuur. Dus, het fluctuerende continue distributiemodel van bijna-tetraëdrisch vloeibaar water bij omgevingsomstandigheden geldt ongeacht of het tweede kritieke punt van water in het onderkoelde gebied bestaat of niet.
Wetenschap © https://nl.scienceaq.com