Andrey Geim en Konstantin Novoselov ontdekten hoe ze water "dood" konden maken en het zijn unieke oplossende eigenschappen konden ontnemen, door te experimenteren met de beste "sandwiches" van grafiet en boornitride, volgens een artikel gepubliceerd in het tijdschrift Science.
"Dood water" is niet alleen een interessant wetenschappelijk fenomeen, de ontdekking ervan heeft heel specifieke toepassingen voor andere wetenschappen, met name de biologie. Het zal ons helpen begrijpen waarom water zo belangrijk is voor het bestaan van leven. Gezien de rol die water speelt bij de vorming van eiwitmoleculen, kunnen we zeggen dat dunne waterlagen beeldhouwers zijn van het leven in letterlijke en figuurlijke zin”, zegt Andrey Geim van de Universiteit van Manchester (VK).
Water, zoals wetenschappers uitleggen, blijft vandaag een van de meest mysterieuze stoffen op aarde. In tegenstelling tot "buren" op het periodiek systeem heeft de combinatie van waterstof met zuurstof een abnormaal hoog kook- en vriespunt, een ongebruikelijke warmtecapaciteit en het vermogen om een groot aantal organische en anorganische verbindingen op te lossen.
Deze "vaardigheid" van water wordt op zijn beurt geassocieerd met zijn andere fysieke eigenschap - een hoog elektrisch dipoolmoment. Met dit woord begrijpen wetenschappers hoe de positieve en negatieve ladingen door het molecuul worden verdeeld. Watermoleculen hebben een zeer hoog dipoolmoment, aangezien de elektronen erin worden "aangetrokken" door het zuurstofatoom, en de positief geladen waterstofatomen daarentegen eruit worden verwijderd.
Wetenschappers hebben zich lang afgevraagd of het deze eigenschappen behoudt in gevallen waarin watermoleculen in een paar lagen zijn gestapeld, of dat ze veranderen in iets heel anders.
Game, hebben Novoselov en hun collega's aan de universiteit dit probleem opgelost door te experimenteren met eigenaardige 'sandwiches' samengesteld uit ultradunne grafietplaten en tweedimensionale boornitridefilms, op vrijwel dezelfde manier gestructureerd als grafeen, voor wiens ontdekking Russisch-Britse natuurkundigen de Nobelprijs ontvingen in 2010.
Met behulp van een plaat grafiet als "fundering" legden de wetenschappers de boornitridefilms er zo op dat ze een soort "huis" kregen met veel aparte "kamers" in de breedte en hoogte van enkele tientallen nanometers. Hierdoor kon een heel klein aantal watermoleculen in dergelijke sleuven komen, waardoor Geim en zijn team hun diëlektrische en andere fysische eigenschappen zeer nauwkeurig konden meten.
Om dit te doen, brachten wetenschappers de naald van een overgevoelige atoomkrachtmicroscoop naar elk van die "kamers" en observeerden hoe goed het elektrische veld doordrong door de "sandwich" van platte halfgeleidermaterialen en water, waardoor de hoogte en breedte van deze hele structuur veranderde.
Promotie video:
Zoals uit deze waarnemingen blijkt, veranderden de eigenschappen van de vloeistof drastisch als de dikte van de laag de markering van twee nanometer naderde. In dit geval werd het water "dood" en verloor het zijn verbazingwekkende diëlektrische eigenschappen en was het geen universeel oplosmiddel meer.
“We wisten dat de eigenschappen van dunne waterlagen heel anders zouden zijn dan hoe een 'normale' vloeistof zich gedraagt, maar we wisten niet hoe. We waren erg verrast dat ze echt anders waren, maar niet in de richting die we hadden verwacht - kleine hoeveelheden water hadden een extreem lage, geen hoge polarisatiegraad”, voegt Laura Fumagalli, een collega van Geim, toe.
Een dergelijke ontdekking, zoals opgemerkt door de Russisch-Britse natuurkundige, is erg belangrijk in de context van het bestuderen van de evolutie van het leven en het zoeken naar medemensen, aangezien dunne filmpjes gemaakt van water een belangrijke rol zouden kunnen spelen in de evolutie van de eerste complexe chemische moleculen, inclusief DNA, en in het leven van de eerste bewoners. Aarde.
