Laser X-ray mengungkapkan tarian ultrafast dari air cair

Suspense: Tree of Life / The Will to Power / Overture in Two Keys (Juli 2019).

Anonim

Kurangnya warna, rasa, dan bau air membuatnya tampak sederhana - dan pada tingkat molekuler. Namun, ketika banyak molekul air bergabung, mereka membentuk jaringan ikatan hidrogen yang sangat kompleks. Jaringan ini diyakini bertanggung jawab untuk banyak sifat air cair yang aneh, tetapi perilakunya belum sepenuhnya dipahami.

Sekarang para peneliti telah menyelidiki pergerakan molekul dalam air cair yang terjadi dalam waktu kurang dari 100 juta detik, atau femtosekon. Sebuah tim internasional yang dipimpin oleh para peneliti di Universitas Stockholm melakukan percobaan dengan laser sinar-X Linac Coherent Light Source (LCLS) di Laboratorium Akselerator Nasional SLAC Departemen Energi. Mereka mempublikasikan laporan mereka minggu ini di Nature Communications.

Penelitian ini adalah yang pertama kali "memotret" molekul air pada skala waktu ini dengan teknik yang disebut spektroskopi korelasi sinar-X ultra-cepat, yang memantulkan sinar-X dari molekul untuk menghasilkan serangkaian pola difraksi. Memvariasikan durasi pulsa X-ray pada dasarnya bervariasi waktu paparan, dan setiap gerakan molekul air selama eksposur akan mengaburkan gambar yang dihasilkan. Dengan menganalisis kabur yang dihasilkan oleh waktu pemaparan yang berbeda, para ilmuwan mampu mengekstrak informasi tentang gerakan molekuler.

Pada skala waktu ini, diasumsikan bahwa molekul air bergerak secara acak karena panas, berperilaku lebih seperti gas daripada cairan. Namun, percobaan menunjukkan bahwa jaringan ikatan hidrogen memainkan peran bahkan pada skala waktu ultra cepat ini, mengoordinasikan gerakan molekul air dalam tarian yang rumit, yang menjadi lebih nyata ketika air "dingin" di bawah titik beku normal.

"Kunci untuk memahami air pada tingkat molekuler adalah mengamati perubahan jaringan ikatan hidrogen, yang dapat memainkan peran utama dalam aktivitas biologis dan kehidupan seperti yang kita ketahui, " kata Anders Nilsson, seorang profesor di Stockholm University dan mantan profesor di SLAC.

Menambahkan peneliti Stockholm University Fivos Perakis, "Ini adalah kemampuan baru untuk dapat menggunakan laser sinar-X untuk melihat gerakan molekul secara real time. Ini dapat membuka seluruh bidang penyelidikan baru pada skala waktu ini, dikombinasikan dengan sensitivitas struktural yang unik dari sinar-X. "

Hasil eksperimen yang direproduksi oleh simulasi komputer, yang menunjukkan bahwa tarian terkoordinasi molekul air adalah karena pembentukan struktur tetrahedral transien.

"Saya telah mempelajari dinamika cairan dan air super dingin untuk waktu yang lama menggunakan simulasi komputer, dan itu sangat menarik untuk akhirnya dapat secara langsung membandingkan dengan eksperimen, " kata Gaia Camisasca, peneliti pasca doktoral di Universitas Stockholm yang melakukan simulasi komputer. untuk penelitian ini. "Saya berharap untuk melihat hasil masa depan yang dapat keluar dari teknik ini, yang dapat membantu meningkatkan model komputer air saat ini."

menu
menu