Вода необходима для всех химических процессов и жизни, однако ученые долго не могли объяснить, как она взаимодействует с растворенными ионами (натрием и магнием). Ученые Уппсальского университета и Университета Тохоку разработали рентгеновский метод, способный напрямую фиксировать электронные изменения в первой сольватной оболочке — тонком кольце молекул воды, ближайших к иону. В ходе экспериментов им впервые удалось увидеть в жидкой среде редкий процесс — межмолекулярный радиационный распад. Он запускается, когда рентгеновское излучение выбивает электрон из внутренней оболочки иона — соседняя молекула воды спешит занять его место, а высвобождающаяся энергия уходит в виде рентгеновского фотона. Такой фотон несет четкую подпись локального окружения и позволяет изучать раствор «изнутри».
Эксперименты провели на синхротроне MAX IV в Лунде, исследуя растворы с ионами натрия и магния. Детальный анализ фотонов показал отчетливые спектральные сигналы, которые исходят именно от ближайших молекул воды. Моделирование подтвердило, что эффект связан с тонкой гибридизацией орбиталей между ионом и его водяным «поясом». Особенно важно, что явление чувствительно только к первой сольватной оболочке, что превращает его в уникальный селективный датчик локальной химии в жидкостях.
Новый механизм — радиационный родственник кулоновского межмолекулярного распада, но более удобный для исследования жидкостей. В отличие от электронных методов, рентгеновские фотоны свободно выходят из глубины раствора и позволяют изучать свойства объема, а не только поверхности. Более того, эффект обнаружен не только у натрия и магния — он проявляется и в системах с ионами переходных металлов, а значит, может оказаться универсальным.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что разработано устройство, производящее воду из воздуха буквально за минуты.
