El agua es sin duda el líquido más conocido del mundo. Juega un papel crucial en todos los procesos biológicos y químicos. Las moléculas de agua en sí mismas apenas guardan secretos. En la escuela aprendemos que el agua consta de un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno. Incluso conocemos el típico ángulo obtuso que forman entre sí los dos catetos O-H. Además, sabemos cuándo hierve o se congela el agua y cómo se relacionan estas transiciones de fase con la presión.

Pero entre los hechos sobre moléculas individuales y una comprensión más profunda de los fenómenos macroscópicos, existe una amplia área de incertidumbre:solo se conoce información estadística sobre el comportamiento de las moléculas individuales en agua líquida normal. Las moléculas de agua en la fase líquida forman una red fluctuante de enlaces de hidrógeno, desordenados y densos, y sus interacciones no se entienden tan bien como en el estado gaseoso.

Agua líquida pura examinada

Ahora, un equipo dirigido por la física de HZB, la Dra. Annette Pietzsch, ha examinado más de cerca el agua líquida pura a temperatura ambiente y presión normal. Usando análisis de rayos X en la fuente de luz suiza del Instituto Paul Scherrer y modelos estadísticos, los científicos han logrado mapear las llamadas superficies de energía potencial de las moléculas de agua individuales en el estado fundamental, que vienen en una gran variedad de formas. dependiendo de su entorno.

Oscilaciones y vibraciones medidas

"Lo especial aquí es el método:estudiamos las moléculas de agua en la línea de luz ADRESS utilizando dispersión de rayos X inelástica resonante. En pocas palabras, empujamos las moléculas individuales con mucho cuidado y luego medimos cómo volvían a caer en el estado fundamental", dice Pietzsch. . Las excitaciones de baja energía dieron lugar a oscilaciones de estiramiento y otras vibraciones que, combinadas con los cálculos del modelo, produjeron una imagen detallada de las superficies potenciales.

"Esto nos brinda un método para determinar experimentalmente la energía de una molécula en función de su estructura", explica Pietzsch. "Los resultados ayudan a aclarar la química del agua, por ejemplo, para comprender mejor cómo se comporta el agua como disolvente".

Los resultados se publicaron en Proceedings of the National Academy of Sciences .

Perspectiva:METRIXS en BESSY II

Los próximos experimentos ya están planificados en la fuente de rayos X BESSY II en HZB. Allí, Annette Pietzsch y su equipo instalaron la estación de medición METRIXS, que está diseñada precisamente para investigar muestras líquidas con experimentos RIXS. "Después del cierre de verano debido a trabajos de mantenimiento en BESSY II, comenzaremos con las primeras pruebas de nuestros instrumentos. Y luego podremos continuar". + Explora más

Química de medición:Huella digital local de enlaces de hidrógeno capturada en experimentos