Voda je kletkasta tekočina

Statistično-mehanski model vode, ki sta ga razvila raziskovalca s Fakultete za kemijo in kemijsko tehnologijo Univerze v Ljubljani ter univerze State University of New York at Stony Brook, kaže na njeno kletkasto obliko ter dobro predvidi njene energetske in volumetrične lastnosti.

Lastnosti tekoče vode še niso v celoti dognane. Še vedno ne znamo dobro pojasniti, kako so lastnosti vode zakodirane v njeni molekulski strukturi. Raziskovalca s Fakultete za kemijo in kemijsko tehnologijo Univerze v Ljubljani (Tomaž Urbič) ter ameriške univerze State University of New York at Stony Brook (Ken A. Dill) sta razvila statistično-mehanski model vode, imenovan kletkasta voda (CageWater), s katerim sta opisala interakcije med molekulami vode z vodikovimi vezmi in Van der Waalsovim kontaktom.

Model dobro predvidi energetske in volumetrične lastnosti vode ter pravilno predvidi njene anomalne lastnosti, kot so maksimum gostote v tekoči fazi, visoka toplotna kapaciteta itd. Razvit je tako, da ne potrebuje veliko časa za izračun lastnosti vode. V primerjavi z računalniškimi simulacijami so izračuni narejeni v hipu. Z razvojem tega modela se je izboljšalo naše razumevanje vode.

Za vodo že dlje časa predvidevamo, da je tekočina dveh gostot, gostejše Lennard-Jonesove tekočine in redkejše tekočine, kjer prevladujejo vodikove vezi. Pri svojem modelu sta raziskovalca ugotovila, da stanje parskih vodikovih vezi vpliva na gostoto, sodelovanje vodikovih vezi v kletkastih strukturah pa povzroča odprte strukture vode. To ravnovesje se spreminja s temperaturo in gostoto. S pomočjo modela lahko tudi razložimo strukturne spremembe pri prehodu tekoče-tekoče v podhlajeni vodi.

Vir: Urbič T., Dill K. A. Water is a cagey liquid. J. Am. Chem. Soc., 140 (2019), 17106-17113.

Voda je kletkasta tekočina

Stanja vode v modelu: (a) parska vodikova vez, (b) parski kontakt brez vodikove vezi,  (c) brez interakcije, (d) kletkasta struktura.
Vir slike: Tomaž Urbič