Вчені-фізики визначили, чому вода може проводити струм

Відео: Вода. Фільм 3 | ЕХперіменти з Антоном Войцеховским

Вченими вперше був проїдений експеримент, в ході якого вони спостерігали за процесом передачі протона від однієї молекули води інший. На підставі цих спостережень вони розкрили секрет того, чому вода може пропускати струм, в той час, як схожі на неї речовини подібного властивості не мають.

За словами Марка Джонсона з Єльського університету, в той час, коли струм проходить через воду, атоми кисню майже не рухаються. Цей процес нагадує знамениту «колиска» Ньютона, набір підвішених кульок, які збудовані в лінію. Коли одна кулька підняти і вдарити їм по лінії з інших, то рухатися будуть тільки кінцеві кульки, а інші будуть залишатися на місці.

Відео: Робимо справжній світлофор Досліди з електрикою Уроки фізики від тата і Макса Електроенергія з солі

Майже не пропускає електричний струм дистильована вода, як і багато інших речовин, що складається з декількох неметалічних елементів. Вона є ізолятором. Але якщо в таку воду додати мале число іонів, вона перетворюється в повноцінний провідник і її електропровідність зростає. Вчені протягом декількох століть ведуть запеклі суперечки щодо того, чому все-таки вода проводить струм.

Німецьким хіміком Теодором Гротгуса на початку 19 століття була висунута теорія, за допомогою якої вчений спробував пояснити здатність води проводити електричний струм і здатність електрики розкладати воду на кисень і водень. Гротгус припустив, що молекули води можуть передавати один одному зайві захоплені протони за рахунок формування нових ковалентних і водневих зв`язків і їх відносно швидкого розпаду.

Відео: Галілео. Експеримент. провідність струму

За словами Джонсона, яким саме чином відбувається ця передача і який вигляд мають молекули води, які беруть участь в цій «естафеті», до недавнього часу вчені не уявляли, оскільки за цим процесом дуже складно простежити в силу вкрай невеликих масштабів і швидкоплинність процесів.

Хіміки з Єльського університету зуміли вирішити цю проблему, з`ясувавши, що такі реакції можуть сповільнюватися і їх можна простежити при наявності декількох умов: використання виключно «важкої» води (молекули, які складаються з дейтерію, важкого ізотопу водню і звичайного кисню) і охолодження молекул води практично до абсолютного нуля.

Відео: Наукове шоу. Досліди з електричними розрядами

Вчені підсвічують такі молекули за допомогою інфрачервоних променів і спостерігають за змінами в їх спектрі. Таким чином вони зуміли побачити, як до важкій воді приєднуються вільні іони дейтерію, і як вони ж потім переміщаються до іншої молекули.

Дані спостереження показали, що обмін іонами відбувається не між окремими молекулами, а між цілими групами молекул, які об`єднують в собі чотири молекули води. Отримані результати в цілому підтвердили припущення вчених, які були отримані на підставі комп`ютерних розрахунків, але на практиці довести не могли.

Вчені сподіваються, що подальше вивчення даного процесу дозволить пояснити інші таємниці води, зокрема, її вкрай високий поверхневий натяг, а також відшукати відповідь на питання - яким чином переміщення протонів від однієї молекули до іншої впливає на життя живих істот і людини.