Andrey Geim et Konstantin Novoselov ont compris comment rendre l'eau "morte" et la priver de ses propriétés de dissolution uniques, en expérimentant les meilleurs "sandwichs" de graphite et de nitrure de bore, selon un article publié dans la revue Science.
«L'eau morte» n'est pas seulement un phénomène scientifique intéressant, sa découverte a des applications assez spécifiques pour d'autres sciences, notamment la biologie. Cela nous aidera à comprendre pourquoi l'eau est si importante pour l'existence de la vie. Compte tenu du rôle que joue l'eau dans la formation des molécules de protéines, on peut dire que de fines couches d'eau sont des sculpteurs de la vie au sens littéral et figuré », explique Andrey Geim de l'Université de Manchester (Royaume-Uni).
L'eau, comme l'expliquent les scientifiques, reste aujourd'hui l'une des substances les plus mystérieuses sur Terre. Contrairement aux «voisins» du tableau périodique, la combinaison de l'hydrogène et de l'oxygène a un point d'ébullition et un point de congélation anormalement élevés, une capacité thermique inhabituelle et la capacité de dissoudre un grand nombre de composés organiques et inorganiques.
Cette «compétence» de l'eau, à son tour, est associée à son autre propriété physique - un moment dipolaire électrique élevé. Par ce mot, les scientifiques comprennent comment les charges positives et négatives sont réparties dans toute la molécule. Les molécules d'eau ont un moment dipolaire très élevé, car les électrons qu'elles contiennent sont "attirés" vers l'atome d'oxygène, tandis que les atomes d'hydrogène chargés positivement, au contraire, en sont retirés.
Les scientifiques se demandent depuis longtemps s'il conserve ces propriétés dans les cas où les molécules d'eau sont empilées en quelques couches, ou si elles se transforment en quelque chose de complètement différent.
Game, Novoselov et leurs collègues universitaires ont résolu ce problème en expérimentant avec des "sandwiches" particuliers assemblés à partir de plaques de graphite ultrafines et de films de nitrure de bore bidimensionnels, structurés à peu près de la même manière que le graphène, pour la découverte desquels les physiciens russo-britanniques ont reçu le prix Nobel en 2010.
Utilisant une feuille de graphite comme "fondation", les scientifiques ont posé dessus des films de nitrure de bore de telle manière qu'ils ont obtenu une sorte de "maison" avec de nombreuses "pièces" séparées en largeur et en hauteur de plusieurs dizaines de nanomètres. Grâce à cela, un très petit nombre de molécules d'eau pourraient pénétrer dans de telles fentes, ce qui a permis à Geim et à son équipe de mesurer très précisément leurs propriétés diélectriques et autres propriétés physiques.
Pour ce faire, les scientifiques ont apporté l'aiguille d'un microscope à force atomique supersensible dans chacune de ces "pièces" et ont observé à quel point le champ électrique pénétrait à travers le "sandwich" de matériaux semi-conducteurs plats et d'eau, changeant la hauteur et la largeur de toute cette structure.
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Comme ces observations l'ont montré, les propriétés du liquide changeaient considérablement si l'épaisseur de sa couche s'approchait de la marque de deux nanomètres. Dans ce cas, l'eau est devenue «morte» et a perdu ses étonnantes propriétés diélectriques et a cessé d'être un solvant universel.
«Nous savions que les propriétés des fines couches d'eau seraient très différentes du comportement d'un liquide« normal », mais nous ne savions pas comment. Nous avons été très surpris qu'ils soient vraiment différents, mais pas dans la direction que nous attendions - de petites quantités d'eau avaient un degré de polarisation extrêmement faible, pas élevé », ajoute Laura Fumagalli, une collègue de Geim.
Une telle découverte, comme le note le physicien russo-britannique, est très importante dans le contexte de l'étude de l'évolution de la vie et de la recherche de ses semblables, car des couches minces d'eau pourraient jouer un rôle important dans l'évolution des premières molécules chimiques complexes, dont l'ADN, et dans la vie des premiers habitants. Terre.
