Дослідження на атомному рівні: науковці синтезували молекулу води в контрольованих умовах (відео)

Вперше науковці змогли спостерігати процес формування молекули води. У ході експерименту дослідники успішно з'єднали два атоми водню з одним атомом кисню, створивши таким чином мікроскопічну краплину.

Вченим давно відомо, що вода складається з двох атомів водню і одного атома кисню, але тепер, вперше, дослідники безпосередньо спостерігали за цим молекулярним процесом, як він відбувається. Очолювана матеріалознавцем Вінаяком Дравідом (Vinayak Dravid) з Північно-Західного університету, команда зафіксувала утворення мікроскопічної бульбашки води в режимі реального часу, пропонуючи безпрецедентний погляд на цю фундаментальну реакцію, пише Science Alert.

Фокус.Технології запускає власний Telegram-канал! Приєднуйтеся, щоб бути в курсі найновіших і найцікавіших новин з царини науки!

Прорив був здійснений завдяки використанню паладію — металу, який славиться своїми каталізаторними властивостями в реакціях утворення води з водню та кисню. Завдяки особливим характеристикам паладію, Дравід і його команда змогли спостерігати за розвитком цієї взаємодії. "Це нагадує сцену з фільму 'Марсіанин', де Марк Вотні спалює ракетне паливо для отримання водню," — коментує Дравід. "Проте в нашому випадку вогонь не потрібен, ми просто об'єднали паладій та гази." Цей новаторський підхід створив більш контрольовані та менш екстремальні умови для проведення процесу.

Вчені зіткнулися з серйозними труднощами через складність спостереження за реакціями на такому мікроскопічному рівні. Проте їм вдалося створити спеціальну мембрану, яка дозволила утримувати молекули всередині маленьких гексагональних комірок нанореактора. Це дало змогу зафіксувати процес за допомогою сучасної електронної мікроскопії. Як зазначив Юкун Лю, один з дослідників з Північно-Західного університету, візуалізація формування води на атомному рівні стала вирішальним елементом для розуміння механізмів, які лежать в основі цього процесу.

У їхньому дослідженні атоми водню та кисню були введені на поверхню зразка паладію, що має ширину 20 нанометрів. На здивування вчених, їм вдалося зафіксувати процес утворення молекули води в режимі реального часу. "Це, напевно, найменша бульбашка, яку коли-небудь вдалося спостерігати безпосередньо," - зазначив Лю. Дослід показав, що реакція проходить у два етапи: спочатку атоми водню проникають у кристалічну решітку паладію, що призводить до збільшення площі поверхні. Після цього, з добавленням кисню, атоми водню виходять на поверхню й об'єднуються з киснем, утворюючи воду, а паладій повертається до свого початкового стану. Цей процес є повторно придатним, тобто після реакції його можна знову використовувати, витрачаючи лише гази водень та кисень. Як зазначив Лю, "хоча паладій може бути дорогим, його можна повторно використовувати, а водень - це найпоширеніший газ у Всесвіті". Цей простий і масштабований підхід може мати значний вплив на майбутні космічні дослідження, забезпечуючи надійний спосіб отримання води на Місяці, Марсі та в інших космічних середовищах, де спостерігається нестача води.

Однією з основних переваг цього процесу є його здатність до масштабування. Паладій, зокрема, може бути повторно перероблений, що означає, що його можливо використовувати повторно після реакції, витрачаючи лише водень та кисень у газоподібній формі. Як зазначає Лю, "хоча паладій може бути дорогим, він має можливість повторного використання, а водень є найпоширенішим газом у Всесвіті". Цей ефективний і масштабований підхід може мати значний вплив на майбутні космічні дослідження, забезпечуючи надійний спосіб отримання води на Місяці, Марсі та в інших космічних середовищах, де спостерігається її недостача.

У рамках тривалих космічних експедицій вміння виробляти воду з використанням паладію може виявитися ефективним способом поповнення обмежених запасів води, що може суттєво знизити потребу в повторній обробці відпрацьованої води.

Нещодавно Фокус розглядав питання про те, де шукати останнє укриття неандертальців. Багато науковців висловлюють думку, що це могло статися на півдні Іберійського півострова, але не всі дослідники поділяють цю точку зору.

Ми також обговорювали виявлення давніх мікробів у 2-мільярдолітній скелі. Це знахідка може суттєво змінити наше сприйняття історії планети та мати значний вплив на глобальну науку.