Galėtų atrodyti, kad jei ir yra koks nors dalykas, dėl kurio mokslininkai sutaria, tai vanduo. Juk visi puikiai žino, kad vandens simbolis yra H2O, kad molekulėje du vandenilio atomai jungiasi prie vieno deguonies atomo. Argi gali būti kas nors paprastesnio?

 Ir visgi chemikai jau 40 metų neprieina vieningos nuomonės apie tai, kaip laše rikiuojasi vandens molekulės. Vienoje šio mokslinio ginčo barikadų pusėje stovi dviejų būsenų modelio šalininkai. Kitoje pusėje esantys mokslininkai mano, kad teisingesnis yra vadinamasis kontinuumo modelis. Tačiau dabar nauji svarūs įrodymai, pateikti JAV Nacionalinės L.Berkelio laboratorijos ir Kalifornijos universiteto Berkelyje (JAV) mokslininkų, atrodo, suteikė lemiamo pranašumo kontinuumo modelio šalininkams. Reklama Nors ir paprastos cheminės sudėties, vanduo anaiptol nėra paprasta medžiaga. Daugelis panašios molekulinės masės medžiagų tokiose pačiose sąlygose išgaruoja, o vanduo lieka skystas. Be to, skirtingai nei dauguma kitų medžiagų, vanduo šaldomas plečiasi, o ne traukiasi. Mokslininkai jau seniai suprato, kad unikalių vandens savybių priežastis – vandeniliniai ryšiai, jungiantys vieną vandens molekulę su kita. Viena vandens molekulė yra V raidės formos, bet deguonies atomas yra labiau elektroneigiamesnis už vandenilio atomus, todėl visi molekulės elektronai linkę būti arčiau deguonies atomo, tad aplink deguonį sukuriamas šiek tiek neigiamas polius, o vandenilio pusėje – šiek tiek teigiamas polius. Dėl kiekvienos vandens molekulės poliškumo tarp jų atsiranda nežymi tarpusavio trauka, vadinama vandeniliniu ryšiu. Yra žinoma, kad kiekviena vandens molekulė gali sudaryti vandenilinius ryšius atsukdama savo vandenilio atomus į gretimų molekulių deguonies atomus. Kai vanduo būna ledo būsenoje, tai vandeniliniai ryšiai suformuoja ištisus tinklus, kuriuose kiekviena molekulė tampa dviejų ryšių donoru ir dviejų ryšių akceptoriumi. Kai tas pats vandens kiekis ištirpsta ir tampa skysčiu, jame suyra apie 10 proc. vandenilinių ryšių. O minėtas chemikų ginčas kilo dėl to, kad nebuvo sutarta kokia yra trūkstamų vandenilinių ryšių prigimtis. Dviejų būsenų modelio šalininkai įsitikinę, kad vandens molekulės persijunginėja tarp panašios į esančią lede ir nutrūkusio vandenilinio ryšio struktūros. Kontinuumo modelio šalininkai tvirtina, kad trūkę vandeniliniai ryšiai ir lede esantys vandeniliniai ryšiai yra ne dvi skirtingos būsenos, o kraštutiniai galimų deformacijų tolygaus pasiskirstymo pavyzdžiai. Moksliniame darbe, kuris neseniai buvo publikuotas leidinyje „Proceedings of the National Academy of Sciences", L.Berkelio laboratorijos ir Kalifornijos universiteto mokslininkai paaiškina, kaip temperatūros pakitimai gali paveikti Ramano sklaidos spektroskopijos metodu gaunamus matavimo rezultatus. Šis metodas plačiai taikomas fizikiniuose ir cheminiuose tyrimuose siekiant apibūdinti medžiagas. Mokslininkai, remiantys skysto vandens dviejų būsenų modelį, kaip pagrindą savo argumentams pateikdavo Ramano spektroskopijos būdu gautus vandens temperatūrinės priklausomybės tyrimo duomenis. „Pasinaudoję teorinėmis ir eksperimentiniais būdais gautomis žiniomis parodėme, kad daugelis Ramano spektro bruožų, kurie, kaip manyta, yra dviejų būsenų sistemos įrodymas, iš tikrųjų yra tolydaus nesuardytų vandenilinių ryšių pasiskirstymo rezultatas", - sakė Berkelio laboratorijoje ir Kalifornijos universiteto Chemijos fakultete dirbantis žymus, daug apdovanojimų pelnęs chemikas Richardas Saykally. R.Saykally, didelę savo mokslinės karjeros dalį skyręs sunkiai nustatomų vandens savybių tyrimui, yra vienas iš pagrindinių publikuoto mokslinio darbo autorių. Jam padėjo L.Berkelio laboratorijos chemikas teoretikas Phillipas Geissleris bei kito mokslininkai. P.Geissleris pagilino skysčių spektroskopijos teorines žinias, todėl buvo įmanoma Ramano spektro bruožus interpretuoti taip, kad jie atitiktų kontinuumo modelį. Bet kuriuo laiko momentu dalis vandenilinių ryšių skystyje turi būti labai smarkiai iškreipti, nes priešingu atveju vanduo būtų ne skystoje, o kietoje būsenoje. Tačiau, pasak mokslinio darbo bendraautoriaus Jaredo Smitho, atlikusio pagrindinius eksperimentus, nauji detalesni Ramano spektroskopijos matavimai parodė, kad bet kokie nutrūkę vandeniliniai ryšiai vandens mėginyje persiformuoja taip greitai (maždaug per 200 femtosekundžių), kad jie jokios įtakos neturi. „Paplitusi nuomonė, kad skystyje egzistuoja stabili vandens molekulių dalis su nutrūkusiais vandeniliniais ryšiais, atrodo, yra neteisinga. Vandeniliniai ryšiai skystame vandenyje nuolat trūkinėja, persiformuoja ir juda. Mūsų eksperimento rezultatai ir skaičiavimai puikiai atitinka kontinuumo modelį" – sakė J.Smithas. Žinant, kad apie 90 proc. mūsų kraujo yra vanduo bei kad jis sudaro apie 60 proc. viso organizmo masės, svarbu, kad mokslininkai žinotų vandens mikroskopinę struktūrą. Šios žinios naudingos atliekant biologinius modeliavimus, būtinus įvairiems tyrimams – taip pat ir medicininiams.

www.DELFI.lt