Milyen a hidrogénkötés a vízfelszínen?

A levegő-víz határfelület talán a legelterjedtebb a gáz-folyadék határfelületek között, bolygónk felszínének több mint 70 százaléka ilyen. Az óceánfelszínek viselkedése erősen befolyásolja a légkör állapotát, a benne levő aeroszol mennyiségét és a benne lejátszódó kémiai folyamatokat. Az elmélet szerint ez a réteg meglepően vékony, mindössze 3 Angström vastagságú (1 A = 0,1 nanométer). Ez mindössze néhány vízmolekula átmérője. Egy ilyen, Angström-nagyságrendű réteg profiljának kísérleti meghatározása nem könnyű feladat.

A víz legtöbb fizikai, kémiai és biológiai tulajdonsága, mint a viszkozitás, szolvatáció, nedvesedés és a hidrofób hatás a hidrogénkötésekkel magyarázható meg. Az oxigénatom és egy másik vízmolekula hidrogénatomja közötti kötés sokkal gyengébb, mint a vízmolekulán belüli kötések; erősségét a víz fizikai tulajdonságaiból, párolgáshőjéből, viszkozitásából lehet meghatározni. Ez azonban a víz belsejében levő molekulák közötti hidrogénkötésekre érvényes, a vízfelszín molekulái már gyengébben kapcsolódnak társaikhoz.

A kötés erőssége elméletileg a hozzá tartozó rezgés gerjesztéséhez tartozó sugárzásából is megállapítható. Minden molekulának vannak gerjesztett állapotai, melyekből egy adott energiájú foton kibocsátásával kerül alaphelyzetbe. Ha a molekula másodlagos kötést alakít ki egy szomszédjával, ez a sugárzás más energiájú lesz. A molekulák egymás közötti viselkedésének megváltozása az adott molekula felszínre érkezésekor a sugárzás frekvenciájának eltolódásából határozható meg.

A helyzet tisztázásához a kutatók nehézvíz (hidrogén helyett deutériumot tartalmazó) molekulákat juttattak a felszínre, és figyelték, hogy milyen gyorsan "illeszkedik be" az addig szabad molekula a víztömegbe. A szabad (hidrogénkötésben nem résztvevő) kötésre jellemző átmenet csak a víz felszínén alakul ki - a víz belsejében a molekulák "másodlagos vegyértékei" foglaltak. Sikerült kimérni, hogy egy felszínen levő molekula másodlagos kötése valóban egy kicsit gyengébb, mint a víz belsejében levő hidrogénkötések. Egy levegőből a vízbe érkező molekula rendkívül gyorsan kialakítja az őt a többi vízmolekulához kapcsoló hidrogénkötéseket.

Cikkajánló

Forrás: AFP		Forrás: Carl Crumley, Jim Foster		Forrás: Science/AAAS
Miért látjuk azt, ami nincs is ott?		Mitől lehet piros a hó?		Hologram, ahogy még nem láttuk