Опыт на атомном уровне: ученые создали молекулу воды в контролируемой среде (видео)

Фото: ScienceAlert

Ученым давно известно, что вода состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода, но теперь, впервые, исследователи непосредственно наблюдали за этим молекулярным процессом, как он происходит. Возглавляемая материаловедом Винаяком Дравидом (Vinayak Dravid) из Северо-Западного университета, команда зафиксировала образование микроскопического пузырька воды в режиме реального времени, предлагая беспрецедентный взгляд на эту фундаментальную реакцию, пишет Science Alert.

Прорыв был достигнут с помощью палладия — металла, известного своей способностью катализировать образование воды из водорода и кислорода. Используя уникальные свойства палладия, Дравид и его коллеги смогли наблюдать, как разворачивается взаимодействие. "Это немного похоже на то, что мы видели в фильме "Марсианин", где Марк Вотни сжигает ракетное топливо, чтобы добыть водород, — объясняет Дравид, — за исключением того, что в нашем случае нам не нужен огонь, мы просто смешали палладий и газы". Этот новый подход обеспечил более контролируемую и менее экстремальную среду для протекания процесса.

Исследователи столкнулись со значительными проблемами из-за сложности наблюдения за реакциями в таком малом масштабе. Однако они разработали мембрану, которая позволила им удерживать молекулы внутри крошечных гексагональных ячеек нанореактора, что позволило им зафиксировать процесс с помощью передовой электронной микроскопии. По словам Юкуна Лю, другого исследователя из Северо-Западного университета, визуализация генерации воды на атомном уровне была ключевым фактором для понимания механики, стоящей за этим процессом.

В их эксперименте атомы водорода и кислорода были введены на поверхность образца палладия шириной 20 нанометров. К своему удивлению, они успешно зафиксировали образование молекулы воды в режиме реального времени. "Это, возможно, самый маленький пузырь, который когда-либо наблюдали напрямую", — заметил Лю. Эксперимент показал, что процесс происходит в два этапа: сначала атомы водорода проникают в атомную решетку палладия, вызывая расширение поверхности. Затем, при добавлении кислорода, атомы водорода выходят наружу и соединяются с кислородом, образуя воду, а палладий возвращается к своему первоначальному состоянию. действий пригоден для вторичной переработки, то есть его можно использовать повторно после реакции, расходуя только газы водород и кислород.

Как отмечает Лю, "Палладий может быть дорогим, но его можно использовать повторно, а водород является самым распространенным газом во Вселенной". Этот простой, масштабируемый метод может иметь важные последствия для будущих космических исследований, обеспечивая надежный способ получения воды на Луне, Марсе и других космических средах, где воды не хватает.

Одним из ключевых преимуществ этого процесса является возможность его масштабирования. Сам палладий пригоден для вторичной переработки, то есть его можно использовать повторно после реакции, расходуя только газы водород и кислород. Как отмечает Лю, "Палладий может быть дорогим, но его можно использовать повторно, а водород является самым распространенным газом во Вселенной". Этот простой, масштабируемый метод может иметь важные последствия для будущих космических исследований, обеспечивая надежный способ получения воды на Луне, Марсе и других космических средах, где воды не хватает.

В контексте долгосрочных космических миссий способность создавать воду с помощью палладия может стать практическим решением для пополнения ограниченных запасов воды, что потенциально уменьшит зависимость от переработки сточных вод.

Ирина Скиба / Skibair
Журналист AOinform