Uma equipe de pesquisa internacional obteve novos insights sobre como as moléculas de água interagem. Um laser com brilho especialmente alto, como está disponível no laboratório FELIX na Radboud University, era necessário para os experimentos. Suas descobertas ajudam a entender melhor as propriedades estranhas da água e são publicadas em Angewandte Chemie .

Embora a água seja onipresente, a interação entre moléculas de água individuais ainda não é totalmente compreendida. Pela primeira vez, os pesquisadores foram capazes de observar completamente todos os movimentos entre as moléculas de água, conhecidas como vibrações intermoleculares. Um certo movimento de moléculas de água individuais umas contra as outras, chamadas rotações impedidas, é particularmente importante.

Interações desconhecidas

A água é o solvente mais importante em química e biologia e possui uma série de propriedades estranhas, por exemplo, atinge sua densidade máxima em quatro graus Celsius. Isso se deve às interações especiais entre as moléculas de água. "Descrever essas interações tem representado um desafio para a pesquisa por décadas, "diz Martina Havenith da Ruhr-Universität Bochum.

Experimentos em temperaturas extremamente baixas

A equipe investigou a interação concebível mais simples, ou seja, entre precisamente duas moléculas de água individuais, usando espectroscopia terahertz. Os pesquisadores enviam pulsos curtos de radiação na faixa de terahertz através da amostra, que absorve parte da radiação. O padrão de absorção revela informações sobre as interações atrativas entre as moléculas. Um laser com brilho especialmente alto, como está disponível no laboratório FELIX da Radboud University, era necessário para os experimentos.

Os pesquisadores analisaram as moléculas de água em temperaturas extremamente baixas. Para fazer isso, eles armazenaram sucessivamente moléculas de água individuais em uma pequena gota de hélio superfluido, que é tão frio quanto 0,4 Kelvin (ou -272,75 graus Celsius). As gotículas funcionam como um aspirador de pó que captura moléculas individuais de água. Devido à baixa temperatura, uma ligação estável ocorre entre duas moléculas de água, que não seria estável à temperatura ambiente.

Esta configuração experimental permitiu ao grupo registrar um espectro das rotações impedidas de duas moléculas de água pela primeira vez. "As moléculas de água estão se movendo constantemente, "explica Martina Havenith." Eles giram, abrir e fechar. "No entanto, uma molécula de água que tem uma segunda molécula de água em sua vizinhança não pode girar livremente - é por isso que é chamada de rotação impedida.

Um mapa de energia multidimensional

A interação das moléculas de água também pode ser representada na forma do que é conhecido como potencial da água. "Este é um tipo de mapa multidimensional que observa como a energia das moléculas de água muda quando as distâncias ou ângulos entre as moléculas mudam, "explica Martina Havenith. Todas as propriedades, como densidade, condutividade ou temperatura de evaporação, pode ser derivado do potencial da água. "Nossas medições agora permitem o melhor teste possível de todos os potenciais desenvolvidos até o momento, "diz o pesquisador.