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A água e suas interações com outras substâncias são essenciais para a vida humana. Contudo, compreender a estrutura da água líquida e suas redes de ligações de hidrogênio tem sido um desafio.
De acordo com estudos anteriores, todos os átomos de oxigênio em trímeros de água, tetrâmeros, e pentâmeros com estruturas cíclicas de energia mínima existem em um plano bidimensional (2-D). Em contraste, hexâmeros de água têm estruturas tridimensionais (3-D) não cíclicas. Portanto, o hexâmero de água foi considerado por muito tempo a menor gota de água com uma rede de ligações de hidrogênio 3-D.
Esse entendimento agora mudou devido ao trabalho de cientistas chineses.
Uma equipe de pesquisa liderada pelo Prof. Jiang Ling e Prof. Yang Xueming do Instituto de Física Química de Dalian (DICP) da Academia Chinesa de Ciências, em colaboração com o Prof. Li Jun da Universidade de Tsinghua, revelou agora que a estrutura 3-D não cíclica de aglomerados de água começa a existir com pentâmeros em baixas temperaturas finitas.
O estudo foi publicado em Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ) em 15 de junho.
Profs. Jiang e Yang desenvolveram um método de espectroscopia de infravermelho de aglomerados neutros com base em um laser de elétron livre ultravioleta a vácuo sintonizável (VUV-FEL). Este método cria um novo paradigma para o estudo de espectros vibracionais de uma ampla variedade de aglomerados neutros que não podiam ser estudados antes.
Eles mediram os espectros de IV de aglomerados de água neutra de tamanho selecionado usando o esquema de IV baseado em VUV-FEL. Novos fundamentos vibracionais distintos do estiramento OH observados nos 3500-3600 cm -1 região de (H 2 O) 5 fornecem assinaturas espectrais únicas indicando a formação de um pentâmero não cíclico.
A equipe do Prof. Li realizou estudos de química quântica para entender as mudanças estruturais e espectrais nesses aglomerados. Um modelo de três centros de dois elétrons (3c2e) foi proposto para descrever a natureza da ligação da rede de ligações de hidrogênio de aglomerados de água.
Os resultados revelaram que a notável mudança espectral na região de estiramento OH pode ser atribuída ao aparecimento de redes de ligações de hidrogênio 3-D em pentâmeros em temperatura finita, sugerindo que os aglomerados de água exibem uma estrutura 3-D não cíclica começando com pentâmeros, não hexâmeros, como se pensava anteriormente.
As descobertas dos cientistas fornecem uma imagem consistente da diversidade estrutural das redes de ligações de hidrogênio que são responsáveis pelas principais características estruturais e propriedades da água na fase condensada.
