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El agua y sus interacciones con otras sustancias son esenciales para la vida humana. Sin embargo, comprender la estructura del agua líquida y sus redes de enlaces de hidrógeno ha sido un desafío.
Según estudios previos, todos los átomos de oxígeno en los trímeros de agua, tetrámeros, y los pentámeros con estructuras cíclicas de energía mínima existen en un plano bidimensional (2-D). A diferencia de, Los hexámeros de agua tienen estructuras tridimensionales (3-D) no cíclicas. Por lo tanto, Durante mucho tiempo se consideró que el hexámero de agua era la gota de agua más pequeña con una red de enlaces de hidrógeno 3-D.
Esta comprensión ahora ha cambiado debido al trabajo de los científicos chinos.
Un equipo de investigación dirigido por el profesor Jiang Ling y el profesor Yang Xueming del Instituto de Física Química de Dalian (DICP) de la Academia de Ciencias de China, en colaboración con el profesor Li Jun de la Universidad de Tsinghua, ahora ha revelado que la estructura tridimensional no cíclica de los grupos de agua comienza a existir con pentámeros a bajas temperaturas finitas.
El estudio fue publicado en procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias ( PNAS ) el 15 de junio.
Profs. Jiang y Yang desarrollaron un método de espectroscopia infrarroja de grupos neutros basado en un láser de electrones libres ultravioleta al vacío sintonizable (VUV-FEL). Este método crea un nuevo paradigma para el estudio de los espectros vibracionales de una amplia variedad de grupos neutrales que no se podían estudiar antes.
Midieron los espectros de infrarrojos de grupos de agua neutrales seleccionados por tamaño utilizando el esquema de infrarrojos basado en VUV-FEL. Distintos nuevos fundamentos vibratorios de estiramiento OH observados en los 3500-3600 cm -1 región de (H 2 O) 5 proporcionan firmas espectrales únicas que indican la formación de un pentámero no cíclico.
El equipo del profesor Li llevó a cabo estudios de química cuántica para comprender los cambios estructurales y espectrales en estos grupos. Se propuso un modelo de tres centros y dos electrones (3c2e) para describir la naturaleza de enlace de la red de enlaces de hidrógeno de los grupos de agua.
Los resultados revelaron que el sorprendente cambio espectral en la región de estiramiento OH podría atribuirse a la aparición de redes de enlaces de hidrógeno 3-D en pentámeros a temperatura finita, sugiriendo que los grupos de agua exhiben una estructura tridimensional no cíclica que comienza con pentámeros, no hexámeros, como se pensaba anteriormente.
Los hallazgos de los científicos brindan una imagen consistente de la diversidad estructural de las redes de enlaces de hidrógeno que son responsables de las principales características y propiedades estructurales del agua en la fase condensada.
