L'acqua liquida sostiene la vita sulla terra, ma le sue proprietà fisiche rimangono misteriose tra i ricercatori scientifici. Recentemente, un team di ricercatori svizzeri ha utilizzato le tecniche di spettroscopia THz esistenti per misurare il legame idrogeno dell'acqua liquida. Sforzi futuri con questa tecnica potrebbero un giorno aiutare a spiegare le proprietà peculiari dell'acqua. Il team riporta i loro risultati in Il Giornale di Fisica Chimica .

"Ciò che rende speciale questa carta è l'aspetto della spettroscopia THz di un liquido. Nella gamma THz, facciamo la spettroscopia esplicitamente dei gradi di libertà intermolecolari del sistema nello studio, contrastarlo con i gradi di libertà intramolecolari, " ha detto Peter Hamm, un autore sulla carta. "Con la spettroscopia THz, possiamo guardare molto direttamente al legame idrogeno tra le varie molecole d'acqua."

I ricercatori usano la spettroscopia per misurare l'interazione della materia con la luce e dedurre la composizione fisica di qualcosa. In questo esperimento, i ricercatori hanno eccitato una molecola di colorante disciolta in acqua con un impulso laser visibile ultracorto, modificando la sua distribuzione di carica. Quindi, un impulso THz misurava la risposta delle molecole d'acqua circostanti in funzione del tempo dopo quel processo di eccitazione.

spettroscopia THz, che è una frequenza relativamente bassa, consente ai ricercatori di esaminare le forze che esistono tra le molecole d'acqua. L'osservazione di queste forze intermolecolari potrebbe aiutare i ricercatori a comprendere le anomalie dell'acqua, perché i legami idrogeno nelle molecole di acqua liquida costituiscono molte delle proprietà inaspettate dell'acqua, come la sua insolita densità massima a 4 gradi Celsius.

"La risposta che abbiamo trovato nella gamma di frequenze THz è stata sorprendentemente lenta. L'acqua è generalmente considerata un solvente molto veloce con una risposta nella gamma dei subpicosecondi, ma abbiamo trovato una scala temporale di circa 10 picosecondi nei THz, Hamm ha detto. Hanno attribuito la lentezza dei tempi alla natura collettiva della risposta dell'acqua che è stata sondata utilizzando la spettroscopia THz.

Hamm ha chiarito che i ricercatori utilizzano la spettroscopia THz da più di 20 anni e hanno messo in guardia sull'ottimismo sui risultati. "Il risultato è stato spesso un po' deludente perché gli spettri THz di liquidi come l'acqua sono estremamente ampi e sfocati, ed è molto difficile estrarre informazioni da questo, " disse. Tecniche risolte nel tempo, come in questo studio, potrebbe superare tale limite.

Prossimo, i ricercatori intendono utilizzare il loro metodo per esaminare la struttura e la dinamica dell'acqua quando è ancora liquida, ma al di sotto del punto di congelamento. Hamm ha spiegato, "Le proprietà speciali dell'acqua diventano significativamente più pronunciate se si va a temperature inferiori al punto di congelamento".