科学者は、固体と濡れたと同時に水の隠された状態を明らかにします

水は私たちの惑星で最もよく知られている物質の1つですが、それはまだ常識に逆らう謎を隠しています。からの新しい研究 東京科学大学 非常に小さなスペースに閉じ込められたとき、水は奇妙な「中間」状態になることができることを証明するようになります。 事前任命状態。この状態では、水分子は固体構造の安定性を維持しますが、同時に液体の容易さとともに移動します。

発表された発見 Journal of the American Chemical Society、極端な条件で水の挙動を理解するための新しい道を開きますが、その可能なアプリケーションにも開きます テクノロジー ピーク。

水が小さなスペースにあるとき – タンパク質、ミネラルまたは人工ナノーマのように – 私たちが知っているように、振る舞いをやめます。これらの制限条件は、細胞膜を通るイオンの流れや流体伝達ナンノサイトの機能など、多くの自然および技術プロセスで決定的です。

フェーズ 事前販売 それは何年も提案されていましたが、勉強することは困難でした。 X -rayなどの技術により、水素外の人々の位置を観察することができますが、2番目の兆-m -mのスケールでの水分子の急速な動きは観察できません。

教師のチーム Makoto Tadokoro、講師と協力して Fumiya Kobayashi 博士号候補 Tomoya Namiki、別のアプローチを開発しました。核磁気共鳴分光法を使用しました（NMR）「重水」の固体状態（D2O）分子結晶のナノピアンに閉じ込められた。これらの毛穴の直径はわずか1.6ナノメートルしかありませんでした – 人間の髪の厚さよりも1万倍少ないサイズです。

測定により、水分子の三重の階層的な組織が明らかになり、さまざまな層が水素結合を介して相互作用します。発見が印象的だったのは、分子が固体構造のように特定の位置に残っていたが、液相で観察された速度で軸を回転させたということでした。

彼らの発見を確認するために、 研究者 彼らは徐々に結晶を加熱し、凍結から液体の形までの道を見ていました。スペクトル NMR 彼らは、水が氷から液体に突然通過しなかったが、最初は中間状態に入ったことを明らかに示した。その中で、水素結合は部分的に変形し、 事前販売状態：分子の層とより自由に動いている氷水の層が共存する相。

グループは分子の緩和時間を測定し、動きに必要なエネルギーは通常の氷のエネルギーとは異なるが、分子の回転速度は液体水の速度のように見えることを示しています。

限られたスペースで水がどのように振る舞うかを理解することは、理論的な関心だけではありません。 生物学で決定的な役割を果たします、水とイオンがタンパク質と膜を通過する方法を説明した後、エネルギー輸送と貯蔵システムが設計されているナノテクノロジーでも。

によると Tadokoro、氷の構造を制御する能力は、水素やメタンなどのエネルギーガスを保存する新しい材料の作成につながる可能性があります。これにより、安全で安価で効率的な水ベースのエネルギーシステムへの道が開かれる可能性があります。

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