پژوهشگران مراحل بنیادین باردار کردن قطرات نانومقیاس آب را کشف کرده و پرده از راز چگونگی نشر هیدروژن از آبی که تحت تابش قرار دارد، برداشتند. در این تحقیق که توسط محققان موسسه فناوری جرجیا انجام شده، محققان دریافتند که اگر تعداد مولکول‌های خوشه‌ای آب از عدد ۸۳ تجاوز کند، دو الکترون مازاد با هم جفت شده و تشکیل یک نانوقطره باردار می‌دهد.
کشف جفت الکترون‌ها در نانوقطرات آب
پژوهشگران مراحل بنیادین باردار کردن قطرات نانومقیاس آب را کشف کرده و
پرده از راز چگونگی نشر هیدروژن از آبی که تحت تابش قرار دارد، برداشتند.
در این تحقیق که توسط محققان موسسه فناوری جرجیا انجام شده، محققان
دریافتند که اگر تعداد مولکول‌های خوشه‌ای آب از عدد ۸۳ تجاوز کند، دو
الکترون مازاد با هم جفت شده و تشکیل یک نانوقطره باردار می‌دهد.
از اوایل دهه ۱۹۸۰ مشخص شد که تک الکترون‌ها می‌توانند به خوشه‌های مولکول‌های
آبی متصل شوند که تعداد مولکول‌های خوشه در حدود ۲ مولکول باشد. تنها اگر
اندازه خوشه بزرگ شود تعداد الکترون‌های متصل شده به آنها نیز افزایش می‌یابد.
سال‌هاست که دانشمندان به‌دنبال درک طبیعت
الکترون‌های مازاد روی قطرات آب هستند زیرا الکترون‌های هیدراته عامل بسیار
مهمی در فرآیندهای زیستی محسوب می‌شود. از اوایل دهه ۶۰ میلادی که مشخص شد
با قرار دادن مولکول آب در معرض تابش‌های یونیزه کننده، گاز هیدروژن از آن
آزاد می‌شود، دانشمندان به‌دنبال مکانیسم این پدیده بودند. در کنار تولید
گاز هیدروژن، آنیون‌های هیدروکسید نیز تشکیل می‌شود که می‌تواند نقش بسزایی
در ایجاد جهش‌های دی‌ان‌ای ایفا کند که منشاء برخی بیماری‌ها است.
لاندمن رجنت، محقق موسسه جرجیا، می‌گوید اتصال چند الکترون به قطرات آب
توسط تعادل میان نیروی اتصال الکترون‌ها به مولکول قطبی و دافعه قوی میان
الکترون‌های دارای بار منفی کنترل می‌شود. همچنین اتصال یک الکترون به خوشه
موجب بهم خوردن چیدمان موازنه شده میان مولکول‌های آب متصل به هیدروژن
می‌شود و این مسئله باید بوسیله نیروی جاذبه اتصالی موازنه شود. لاندمن
رجنت می‌افزاید برای محاسبه الگو و قدرت قطرات نانومقیاس دارای یک یا دو
بار منفی، باید شبیه سازی دینامیک مولکولی مکانیک کوانتومی انجام شود. چنین
کاری پیش از این انجام نشده بود. با تحقیق روی خوشه‌های دارای ابعاد کنترل
شده می‌توان خواص ذاتی آنها را بررسی کرد و خواص وابسته به اندازه را نیز
در این مواد مطالعه کرد.
در دهه ۸۰ میلادی لاندمن رجنت و همکارانش دریافتند که دو راه برای اتصال
الکترون به خوشه‌های آب وجود دارد. یکی اتصال به سطح مولکول آب است و دیگری
قرار گرفتن در حفره داخلی مولکول آب است. آنها در ادامه به بررسی امکان
اتصال دو الکترون مازاد روی قطرات پرداختند و دریافتند که تنها در قطرات
نانومقیاس درشت این موضوع امکان پذیر است. در گام بعد آنها به بررسی
مکانیسم انتشار گاز هیدروژن از مولکول‌های آب پرداختند.
طیف سنجی جرمی نشان داد که در مولکول‌های آب با ابعاد ۶ تا چند صد مولکول،
خوشه‌های تک بار مشاهده می‌شود اما اگر تعداد مولکول‌ها از ۸۳ بیشتر شود
آنگاه خوشه‌های دو بار مضاعف مشاهده خواهد شد. اگر تعداد مولکول‌های آب بیش
از ۱۰۵ عدد شود، یک مولکول هیدروژن از سیستم خارج می‌شود.
نتایج این تحقیق در نشریه Journal of Physical Chemistry A به چاپ رسیده
است.
