Gli scienziati hanno scoperto nuove strutture nel cubo di ghiaccio più piccolo. Credito:Li Gang e Li Qinming
Il congelamento dell'acqua è uno dei processi più comuni. Però, comprendere la microstruttura del ghiaccio e le sue reti di legami a idrogeno è stata una sfida.
Si prevede che la struttura a bassa energia di un ottamero dell'acqua sia nominalmente cubica, con otto molecole d'acqua tri-coordinate agli otto angoli del cubo. Tali molecole d'acqua tri-coordinate sono state identificate sulla superficie del ghiaccio.
Sono stati realizzati solo pochi studi in fase gassosa per la caratterizzazione sperimentale dell'ottamero dell'acqua, e due strutture quasi isoenergetiche con D 2d e S 4 si trovano simmetrie.
Questa comprensione ora è cambiata. Un gruppo di ricerca guidato dal Prof. Jiang Ling e dal Prof. Yang Xueming del Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) dell'Accademia Cinese delle Scienze, in collaborazione con il Prof. Li Jun della Tsinghua University, ha rivelato la coesistenza di cinque isomeri cubici nel cubetto di ghiaccio più piccolo, di cui due con chiralità.
Lo studio è stato pubblicato su Comunicazioni sulla natura il 28 ottobre.
Il Prof. Jiang e il Prof. Yang hanno sviluppato un metodo di spettroscopia infrarossa di cluster neutri basato su un laser a elettroni liberi ultravioletti (VUV-FEL) sintonizzabile. Questo metodo ha creato un nuovo paradigma per lo studio degli spettri vibrazionali di un'ampia varietà di ammassi neutri che non potevano essere studiati prima.
"Abbiamo misurato gli spettri infrarossi dell'ottamero dell'acqua neutra selezionato per dimensione utilizzando lo schema a infrarossi basato su VUV-FEL, " ha detto il prof. Jiang.
"Abbiamo osservato le caratteristiche distinte negli spettri, e identificato ulteriori isomeri cubici con C 2 e C io simmetria, che coesisteva con il minimo globale D 2d e S 4 isomeri alla temperatura finita dell'esperimento, " ha detto il prof. Yang.
Il team del prof. Li ha condotto studi di chimica quantistica per comprendere la struttura elettronica dell'ottamero dell'acqua. Hanno scoperto che le energie relative di queste strutture riflettono la topologia dipendente, interazioni multicentriche di legame idrogeno delocalizzate.
Lo studio ha dimostrato che anche con un motivo strutturale comune, il grado di cooperatività tra la rete di legami idrogeno ha creato una gerarchia di specie distinte. Ha fornito informazioni cruciali per la comprensione fondamentale dei processi di formazione del cloud, aerosol, e ghiaccio, soprattutto in caso di raffreddamento rapido.
I loro risultati forniscono un punto di riferimento per una descrizione accurata dei potenziali intermolecolari dell'acqua per comprendere le proprietà macroscopiche dell'acqua, e stimolare ulteriori studi sulle strutture intermedie del ghiaccio formate nel processo di cristallizzazione del ghiaccio.
