Wasser, eine der bekanntesten Substanzen auf der Erde, birgt noch immer viele Geheimnisse.
Japanische Wissenschaftler haben eine neue Phase des Wassers entdeckt, den sogenannten „Vorschmelzzustand“, in dem die Wassermoleküle wie in einem Feststoff an festen Positionen verharren, sich aber wie in einer Flüssigkeit schnell drehen.
Die Forschung, durchgeführt von einem Team unter der Leitung von Professor Makoto Tadokoro (Tokyo University of Science), wurde im Journal of the American Chemical Society veröffentlicht.
Durch das Einschließen von schwerem Wasser (D₂O) in Nanokanälen mit einem Durchmesser von etwa 1,6 Nanometern innerhalb eines speziellen Kristalls nutzte das Team die Festkörper-Kernspinresonanz (NMR), um die Struktur und Dynamik des "eingeschlossenen" Wassers direkt zu beobachten.
Die Ergebnisse zeigten, dass Wasser in den Nanokanälen nicht wie üblich gefriert und schmilzt. Stattdessen bildet sich vor dem vollständigen Schmelzen des Eises eine Zwischenphase: Schichten aus gefrorenem Wasser wechseln sich mit Schichten langsam fließender Wassermoleküle ab und erzeugen so einen vorgeschmolzenen Zustand.
Die NMR-Daten zeigten außerdem, dass die Moleküle wie Feststoffe relativ stabil blieben, sich aber mit einer Geschwindigkeit drehten, die fast so hoch war wie die von flüssigem Wasser.
Laut Professor Tadokoro entsteht der „Vorschmelzzustand“, wenn Wassermoleküle mit unvollständigen Wasserstoffbrückenbindungen zu „schmelzen“ beginnen, bevor das Eis seine ursprüngliche Struktur beibehält, wodurch ein Zustand entsteht, der sowohl fest als auch flüssig ist.
Diese Entdeckung trägt dazu bei, das Verhalten von Wasser in extrem kleinen Räumen besser zu erklären, was für biologische Prozesse (wie den Ionentransport durch Zellmembranen) und für die Nanotechnologie von entscheidender Bedeutung ist.
Im Hinblick auf die Anwendungsmöglichkeiten glauben Wissenschaftler, dass die Kontrolle der Eisstruktur den Weg für neue Materialien wie künstliche, mit Gas gefüllte Kristalle (Gashydrate) ebnen könnte, um Wasserstoff oder Methan sicherer und kostengünstiger zu speichern.
Diese Entdeckung bestätigt, dass selbst beim Wasser – einer scheinbar vertrauten Substanz – noch immer grundlegende Geheimnisse unerforscht sind.
Quelle: https://www.vietnamplus.vn/cac-nha-khoa-hoc-lan-dau-ghi-nhan-trang-thai-an-cua-nuoc-post1063380.vnp
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