Los científicos descubrieron nuevas estructuras en el cubo de hielo más pequeño. Crédito:Li Gang y Li Qinming
La congelación del agua es uno de los procesos más habituales. Sin embargo, comprender la microestructura del hielo y sus redes de enlaces de hidrógeno ha sido un desafío.
Se predice que la estructura de baja energía de un octámero de agua será nominalmente cúbica, con ocho moléculas de agua tri-coordinadas en las ocho esquinas del cubo. Estas moléculas de agua tri-coordinadas se han identificado en la superficie del hielo.
Solo se han realizado unos pocos estudios en fase gaseosa para la caracterización experimental del octámero de agua, y dos estructuras casi isoenergéticas con D 2d y S 4 se encuentran la simetría.
Este entendimiento ahora ha cambiado. 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, reveló la coexistencia de cinco isómeros cúbicos en el cubo de hielo más pequeño, incluidos dos con quiralidad.
El estudio fue publicado en Comunicaciones de la naturaleza el 28 de octubre.
El profesor Jiang y el profesor Yang desarrollaron un método de espectroscopía infrarroja de grupos neutros basado en un láser de electrones libres ultravioleta al vacío sintonizable (VUV-FEL). Este método creó un nuevo paradigma para el estudio de los espectros vibracionales de una amplia variedad de cúmulos neutrales que no se podían estudiar antes.
"Medimos los espectros infrarrojos del octamero de agua neutral seleccionado por tamaño utilizando el esquema de infrarrojos basado en VUV-FEL, ", dijo el profesor Jiang.
"Observamos las distintas características en los espectros, e identificó isómeros cúbicos adicionales con C 2 y C I simetría, que coexistió con el mínimo global D 2d y S 4 isómeros a la temperatura finita del experimento, "dijo el profesor Yang.
El equipo del profesor Li realizó estudios de química cuántica para comprender la estructura electrónica del octámero de agua. Descubrieron que las energías relativas de estas estructuras reflejan dependientes de la topología, Interacciones de enlace de hidrógeno multicéntrico deslocalizadas.
El estudio demostró que incluso con un motivo estructural común, el grado de cooperación entre la red de enlaces de hidrógeno creó una jerarquía de especies distintas. Proporcionó información crucial para la comprensión fundamental de los procesos de formación de la nube, aerosol, y hielo, especialmente bajo enfriamiento rápido.
Sus hallazgos proporcionan un punto de referencia para una descripción precisa de los potenciales intermoleculares del agua para comprender las propiedades macroscópicas del agua. y estimular un mayor estudio de las estructuras de hielo intermedio formadas en el proceso de cristalización del hielo.
