Podle článku zveřejněného v časopise Science Andrey Geim a Konstantin Novoselov přišli na to, jak zajistit, aby voda byla „mrtvá“a zbavena jejích jedinečných rozpouštěcích vlastností, experimentováním s těmi nejlepšími „sendviči“grafitu a nitridu boru.
„Mrtvá voda“není jen zajímavý vědecký fenomén, jeho objev má zcela specifická použití pro jiné vědy, zejména biologii. Pomůže nám pochopit, proč je voda tak důležitá pro existenci života. Když vezmeme v úvahu roli, kterou hraje voda při tvorbě molekul bílkovin, můžeme říci, že tenké vrstvy vody jsou sochaři života v doslovném i obrazném smyslu, “říká Andrey Geim z University of Manchester (UK).
Voda, jak vysvětlují vědci, dnes zůstává jednou z nejzáhadnějších látek na Zemi. Na rozdíl od „sousedů“v periodické tabulce má kombinace vodíku s kyslíkem neobvykle vysoký bod varu a bodu tuhnutí, neobvyklou tepelnou kapacitu a schopnost rozpouštět obrovské množství organických a anorganických sloučenin.
Tato „dovednost“vody je zase spojena s její další fyzikální vlastností - vysokým elektrickým dipólovým momentem. Tímto slovem vědci chápou, jak jsou kladné a záporné náboje rozloženy po celé molekule. Molekuly vody mají velmi vysoký dipólový moment, protože elektrony v něm jsou „přitahovány“k atomu kyslíku a kladně nabité atomy vodíku jsou z nich naopak odstraňovány.
Vědci dlouho přemýšleli, zda si tyto vlastnosti zachovává v případech, kdy jsou molekuly vody naskládány v několika vrstvách, nebo zda se změní na něco úplně jiného.
Game, Novoselov a jejich kolegové na univerzitě tento problém vyřešili experimentováním se zvláštními „sendviči“sestavenými z ultratenkých grafitových desek a dvourozměrných filmů z nitridu boru, strukturovaných podobně jako grafen, za jehož objev obdrželi Nobelovu cenu rusko-britští fyzici v roce 2010.
Pomocí „grafitu“jako „základu“vědci položili na něj nitridové filmy boru takovým způsobem, že dostali jakýsi „dům“s mnoha samostatnými „místnostmi“o šířce a výšce několika desítek nanometrů. Díky tomu se do takových slotů mohlo dostat velmi malé množství molekul vody, což umožnilo Geimovi a jeho týmu velmi přesně měřit jejich dielektrické a další fyzikální vlastnosti.
Vědci za tím účelem přinesli jehlu supersenzitivního mikroskopu atomové síly do každé takové „místnosti“a sledovali, jak dobře elektrické pole proniklo přes „sendvič“plochých polovodičových materiálů a vody, čímž změnilo výšku a šířku celé této struktury.
Propagační video:
Jak ukazují tato pozorování, vlastnosti kapaliny se dramaticky změnily, pokud se tloušťka její vrstvy přiblížila ke značce dvou nanometrů. V tomto případě se voda stala „mrtvou“, ztratila úžasné dielektrické vlastnosti a přestala být univerzálním rozpouštědlem.
Věděli jsme, že vlastnosti tenkých vrstev vody budou velmi odlišné od toho, jak se chová 'normální' kapalina, ale nevěděli jsme, jak. Byli jsme velmi překvapeni, že se opravdu lišili, ale ne ve směru, který jsme očekávali - malá množství vody měla extrémně nízkou, ne vysoký stupeň polarizace, “dodává Laura Fumagalli, kolegyně z Geimu.
Takový objev, jak poznamenal rusko-britský fyzik, je velmi důležitý v kontextu studia vývoje života a hledání bližních, protože tenké vrstvy vyrobené z vody by mohly hrát důležitou roli ve vývoji prvních komplexních chemických molekul, včetně DNA, a v životě prvních obyvatel. Země.