Моделирование подтвердило тетраэдрическую структуру воды

Ученые провели моделирование поведения водородных связей в воде и установили, что несмотря на недавно обнаруженные флуктуации, ее структура может по-прежнему считаться тетраэдрической. Работа опубликована в журнале Nature Communication, а ее краткое содержание приводит сайт университета Иоганна Гутенберга в Майнце.

Тетраэдрическая локальная структура воды была предложена более 100 лет назад. Она подразумевает связь каждой из молекул жидкости с четырьмя другими, при этом две водородные связи являются акцепторными (то есть молекула принимает электроны ), а две - донорными. Эти четыре связи образуют практически правильный тетраэдр, в центре которого находится молекула H₂O.

В 2004 году международная группа ученых опубликовала в журнале Science статью, в которой подвергла такую модель сомнению. Выводы исследователей были основаны на анализе воды в рентгеновском диапазоне, которые показали наличие только двух водородных связей вместо четырех.

В новой работе ученые провели компьютерное моделирование поведения водородных связей и обнаружили флуктуацию в их интенсивности. В среднем каждая молекула образовывала по две акцепторные и две донорные связи, но их сила в каждый момент времени была разной. Колебания возникали c характерным временем около 100-200 фемтосекунд (10^-15 секунд). что, по словам авторов, объясняет предыдущие результаты рентгеновского анализа.

Водородные связи объясняют многие уникальные свойства воды, например ее высокую температуру кипения. Они также крайне важны для биополимеров и обеспечивают поддержание их структуры. Помимо воды, среди простых веществ водородные связи образуют низкоатомные спирты, аммиак, фтороводород.