Mokslininkai seniai žino, kad lengvojo ir sunkiojo vandens struktūra yra panaši, bet ne identiška.
Į pagalbą pasitelkę kvantinę mechaniką visai neseniai tyrėjai aptiko kelis iki šiol nežinomus šių dviejų vandens izotopų skirtumus.
Alanas Soperis iš Rezerfordo Epltono laboratorijos (Jungtinė Karalystė) ir Chrisas Benmore`as iš Argono nacionalinės laboratorijos (JAV) savo darbą išspausdino paskutiniajame žurnalo „Physical Review Letters“ numeryje.
Sunkusis vanduo (D2O) yra įprastinio vandens (H2O) izotopas: kiekvienas deuterio atomas turi papildomą neutroną (vandenilio atomas neutronų neturi), todėl šie lemia didesnį sunkiojo vandens tankį (apie 10 proc.).
Tuo nesunku įsitikinti į stiklinę vandens įmetus sunkiojo vandens ledo kubelių, nes pastarieji tiesiog nusėstų ant dugno. Žvelgiant iš biologijos pusės, toks skirtumas reiškia, kad didelis sunkiojo vandens kiekis gali turėti neigiamą poveikį gyvūnams – pavyzdžiui, gerdamas vien tik sunkųjį vandenį žmogus numirtų per dvi savaites.
Savo darbe A. Soperis ir Ch. Benmore`as nagrinėja lengvojo ir sunkiojo vandens skirtumus taikydami kvantinę mechaniką. Mokslininkai panaudojo įvairius tyrimo metodus – nuo Rentgeno spindulių bei neutronų difrakcijos iki kompiuterinio modeliavimo.
„Suprasti vandens sandarą ir savybes yra sudėtinga užduotis, nes vanduo skiriasi nuo daugelio įprastinių skysčių, be to, nėra paprasta gauti patikimus duomenis. Mūsų rezultatai yra reikšmingi tuo, kad teoretikai galės pradėti mąstyti apie tikslesnius vandens modelius, nes iki šiol nėra sutariama, kaip iš tikųjų viskas turėtų atrodyti“, –teigia A. Soperis.
Mokslininkai išsiaiškino, kad įprastas vanduo turi ilgesnius vidinius OH ryšius, tačiau tarpmolekulinių ryšių ilgis yra pasiskirstęs priešingai.
Be to, kadangi vidinių ir tarpmolekulinių ryšių skirtumas nėra vienodas (atitinkamai 3 ir 4 proc.), skiriasi lengvojo ir sunkiojo vandens geometrinė sandara. A. Soperis ir Ch. Benmore`as išsiaiškino kelis konkrečius skirtumus, kurie prieštarauja ankstesnėms teorijoms.
Visų pirma, skiriasi gretimų molekulių vandenilio atomų tarpusavio atstumas (įprasto vandens yra 2 proc. didesnis už sunkiojo). Antra, įprastinis vanduo pasižymi mažesniu vandenilio ryšių skaičiumi (vienai įprasto vandens molekulei tenka 3,62, o vienai sunkiojo – 3,76).
Pasak A. Soperio, kai kuriuos netikėtus rezultatus gali gerokai pakoreguoti kompiuterinis modeliavimas. Mokslininkas teigia, kad vandenilio ryšio ilgį lemia nežymus elektronų judėjimas, šiek tiek paveikiantis protono (vandenilyje) arba deuterono padėtį. Kadangi protonas yra lengvesnis už deuteroną, jis užima aukštesnę padėtį kvantiniame potenciniame šulinyje.
„Jeigu potencinį šulinį paveikia priartėjusi vandens molekulė ir susidaro vandenilio ryšys, tuomet dėl aukštesnės protono padėties potenciniame šulinyje pastarąjį vandens molekulė paveiks kur kas labiau – jis bus labiau paslinktas deguonies atomo atžvilgiu, nes deuteronas nebus toks jautrus išoriniams poveikiams“, – aiškina mokslininkas.
Tyrėjai taip pat kalba apie tai, kad tikslus lengvojo ir sunkiojo vandens sandaros išaiškinimas iš karto neduos apčiuopiamų rezultatų, tačiau padės kitų sričių mokslininkams pakoreguoti savo tyrimus.
„Nors iš viso to iš karto negausime jokios apčiuopiamos naudos, mūsų tyrimai leis teoretikams įsigilinti į šiuos gana netikėtus rezultatus. Be jokios abejonės, vanduo žmogui yra pati svarbiausia medžiaga. Nors mes galime tyrinėti ir tyrinėjame daugybę kitų medžiagų, vis dėlto vanduo dėl savo milžiniškos svarbos susilaukia daugiausia dėmesio“, – pasakoja A. Soperis.
