Одинокая молекула воды может изменить форму супрамолекулы

Единичные изолированные молекулы воды в масляном растворе влияют на форму супрамолекулярных структур – крупных образований из большого числа молекул. К такому открытию ученые пришли случайно, неправильно настроив экспериментальную установку. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Супрамолекулярная химия – сравнительно новая область науки, которая описывает более сложные, чем молекулы, химические системы. Такие объекты самопроизвольно образуются из некоторого числа молекул и с помощью межмолекулярных связей образуют соединения различных геометрических форм. Одна из основных задач супрамолекулярной химии – научиться контролировать создание таких структур. Ученые из Технического университета Эйндховена занимались формированием супрамолекулярных спиралей и неожиданно для себя обнаружили, что единичные молекулы воды в экспериментальном растворе значительно влияют на то, какой получится спираль.

Проведя серию экспериментов, исследователи заметили, что всякий раз супрамолекулярная спираль закручивается то влево, то вправо. Авторы пробовали менять различные параметры эксперимента, но не смогли понять, что же управляет направлением спирали. Разгадать эту загадку помогла случайность – ученый не заметил, что герметичность установки была нарушена. В результате масляный раствор, в котором создавалась супрамолекула, контактировал с очень сухим воздухом, окружающим установку. Результаты эксперимента натолкнули ученых на мысль, что на то, в какую сторону закручивается спираль, может влиять «влажность» раствора, то есть количество молекул воды в нем.

Авторы исследования объяснили этот эффект особенностями структуры молекулы воды. Дело в том, что положительный и отрицательный заряды в ней распределены неравномерно, они располагаются как бы на двух полюсах. Два этих «полюса» стремятся соединиться друг с другом и образуют водородные связи, которые объясняют многие физические свойства воды (например, поверхностное натяжение). Однако если отдельные молекулы воды попадают в масляный раствор, они не могут соединиться друг с другом – гидрофобные молекулы раствора «разбрасывают» их на слишком большое расстояние. В результате водородная связь молекулы воды остается «неиспользованной», она и влияет на формирование межмолекулярных связей супрамолекулярной спирали.

Для того, чтобы подтвердить свою гипотезу, ученые провели новую серию экспериментов, изменяя «влажность» раствора и окружающей среды. Оказалось, что если «влажность» увеличить даже совсем незначительно, то результаты эксперимента меняются. Авторы исследования предполагают, что их открытие заставит пересмотреть многие ранее полученные результаты в области супрамолекулярной химии.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.