V članku, objavljenem v reviji Science, sta Andrey Geim in Konstantin Novoselov ugotovila, kako narediti vodo "mrtvo" in ji odvzeti njene edinstvene topljive lastnosti, eksperimentirajoč z najboljšimi "sendviči" z grafitom in borovim nitridom.
"Mrtva voda" ni le zanimiv znanstveni pojav, njegovo odkritje ima precej specifične aplikacije za druge vede, zlasti za biologijo. Pomagala nam bo razumeti, zakaj je voda tako pomembna za obstoj življenja. Glede na vlogo vode pri tvorbi beljakovinskih molekul lahko rečemo, da so tanke plasti vode kiparji življenja v dobesednem in prenesenem pomenu, «pravi Andrey Geim z Univerze v Manchestru (Velika Britanija).
Kot pojasnjujejo znanstveniki, voda danes ostaja ena najbolj skrivnostnih snovi na Zemlji. Za razliko od svojih "sosedov" v periodnem sistemu ima kombinacija vodika s kisikom nenormalno visoko vrelišče in ledišče, nenavadno toplotno sposobnost in sposobnost raztapljanja ogromnega števila organskih in anorganskih spojin.
Ta "spretnost" vode pa je povezana z njeno drugo fizično lastnostjo - visokim električnim dipolnim momentom. S to besedo znanstveniki razumejo, kako se pozitivni in negativni naboji porazdelijo po molekuli. Molekule vode imajo zelo visok dipolni moment, saj elektrone v njem "privlači" atom kisika, pozitivno nabiti atomi vodika pa se iz njih odstranijo.
Znanstveniki se že dolgo sprašujejo, ali ohranja te lastnosti v primerih, ko so molekule vode zložene v nekaj slojih, ali pa se spremenijo v nekaj povsem drugega.
Game, Novoselov in njihovi kolegi z univerze so to težavo rešili z eksperimentiranjem s posebnimi "sendviči", sestavljenimi iz ultratankih grafitnih plošč in dvodimenzionalnih filmov borovega nitrida, strukturiranih podobno kot grafen, za katerega odkritje so rusko-britanski fiziki prejeli Nobelovo nagrado leta 2010.
Z uporabo lista grafita kot "temelja" so znanstveniki nanj položili filme borovega nitrida tako, da so dobili nekakšno "hišo" s številnimi ločenimi "prostori" v širino in višino nekaj deset nanometrov. Zahvaljujoč temu bi lahko v takšne reže prišlo zelo majhno število molekul vode, kar je Geimu in njegovi ekipi omogočilo, da zelo natančno izmerijo svoje dielektrične in druge fizikalne lastnosti.
Da bi to naredili, so znanstveniki v vsako takšno "sobo" prinesli iglo preobčutljivega mikroskopa z atomsko silo in opazovali, kako dobro je električno polje prodiralo skozi "sendvič" ravnih polprevodniških materialov in vode ter spreminjalo višino in širino celotne te strukture.
Promocijski video:
Kot so pokazala ta opazovanja, so se lastnosti tekočine močno spremenile, če se je debelina njene plasti približala oznaki dveh nanometrov. V tem primeru je voda postala "mrtva", izgubila neverjetne dielektrične lastnosti in prenehala biti univerzalno topilo.
“Vedeli smo, da se lastnosti tankih plasti vode zelo razlikujejo od tega, kako se obnaša 'običajna' tekočina, vendar nismo vedeli, kako. Zelo smo bili presenečeni, da so si resnično različni, vendar ne v smeri, kot smo pričakovali - majhne količine vode so imele izredno nizko in ne visoko stopnjo polarizacije, «dodaja Laura Fumagalli, sodelavka iz Geima.
Takšno odkritje je, kot je ugotovil rusko-britanski fizik, zelo pomembno v okviru proučevanja evolucije življenja in iskanja soljudi, saj bi lahko tanki filmi iz vode igrali pomembno vlogo pri razvoju prvih zapletenih kemičnih molekul, vključno z DNK, in v življenju prvih prebivalcev. Zemlja.
