Дослід на атомному рівні: вчені створили молекулу води у контрольованому середовищі

Вченим давно відомо, що вода складається з двох атомів водню і одного атома кисню, але тепер, вперше, дослідники безпосередньо спостерігали за цим молекулярним процесом, як він відбувається. Очолювана матеріалознавцем Вінаяком Дравідом (Vinayak Dravid) з Північно-Західного університету, команда зафіксувала утворення мікроскопічної бульбашки води в режимі реального часу, пропонуючи безпрецедентний погляд на цю фундаментальну реакцію, пише Science Alert.

У Фокус.Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтеся, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Прорив був досягнутий за допомогою паладію — металу, відомого своєю здатністю каталізувати утворення води з водню та кисню. Використовуючи унікальні властивості паладію, Дравід і його колеги змогли спостерігати, як розгортається взаємодія. "Це трохи схоже на те, що ми бачили у фільмі "Марсіанин", де Марк Вотні спалює ракетне паливо, щоб видобути водень, — пояснює Дравід. — "За винятком того, що в нашому випадку нам не потрібен вогонь, ми просто змішали паладій і гази". Цей новий підхід забезпечив більш контрольоване і менш екстремальне середовище для протікання процесу.

Дослідники зіткнулися зі значними проблемами через складність спостереження за реакціями в такому малому масштабі. Однак вони розробили мембрану, яка дозволила їм утримувати молекули всередині крихітних гексагональних комірок нанореактора, що дозволило їм зафіксувати процес за допомогою передової електронної мікроскопії. За словами Юкуна Лю, іншого дослідника з Північно-Західного університету, візуалізація генерації води на атомному рівні була ключовим фактором для розуміння механіки, що стоїть за цим процесом.

У їхньому експерименті атоми водню і кисню були введені на поверхню зразка паладію шириною 20 нанометрів. На свій подив, вони успішно зафіксували утворення молекули води в режимі реального часу. "Це, можливо, найменша бульбашка, яку коли-небудь спостерігали безпосередньо", — зауважив Лю. Експеримент показав, що процес відбувається у два етапи: спочатку атоми водню проникають в атомну решітку паладію, спричиняючи розширення поверхні. Потім, при додаванні кисню, атоми водню виходять назовні і з'єднуються з киснем, утворюючи воду, а паладій повертається до свого початкового стану.дій придатний для вторинної переробки, тобто його можна використовувати повторно після реакції, витрачаючи лише гази водень і кисень. Як зазначає Лю, "Паладій може бути дорогим, але його можна використовувати повторно, а водень є найпоширенішим газом у Всесвіті". Цей простий, масштабований метод може мати важливі наслідки для майбутніх космічних досліджень, забезпечуючи надійний спосіб отримання води на Місяці, Марсі та інших космічних середовищах, де води не вистачає.

Однією з ключових переваг цього процесу є можливість його масштабування. Сам паладій придатний для вторинної переробки, тобто його можна використовувати повторно після реакції, витрачаючи лише гази водень і кисень. Як зазначає Лю, "Паладій може бути дорогим, але його можна використовувати повторно, а водень є найпоширенішим газом у Всесвіті". Цей простий, масштабований метод може мати важливі наслідки для майбутніх космічних досліджень, забезпечуючи надійний спосіб отримання води на Місяці, Марсі та інших космічних середовищах, де води не вистачає.

У контексті довгострокових космічних місій здатність створювати воду за допомогою паладію може стати практичним рішенням для поповнення обмежених запасів води, що потенційно зменшить залежність від переробки стічних вод.

Раніше Фокус писав про пошуки останнього притулку неандертальців. Думки вчених схиляються до півдня Іберії, проте не всі з цим погоджуються.

Також ми розповідали про виявлення стародавніх мікробів у скелі віком 2 мільярди років. Це відкриття може вплинути не тільки на наше розуміння історії Землі, а й на весь світ.