Установлена подлинная сила водородных связей

У воды есть ряд особых свойств, о которых вам наверняка известно еще со школы. Самым примечательным является простая, но очень эффективная связь между молекулами жидкости. Благодаря водородным связям, этот «бисер» не рассыпается на части и даже может подниматься вверх по сосудистым системам растений. Теперь ученые наконец выяснили, насколько на самом деле велик потенциал водородных связей. 

Ученые сообщают, что количественно измерили водородные связи с помощью микроскопов невероятно высокого разрешения. Исследование молекул, которые полагаются на соединения такого типа, позволит узнать больше в том числе и о нашей ДНК, две цепи которой удерживаются вместе именно посредством водородных связей.

Обычно связь возникает тогда, когда атомы делят друг с другом электроны. Но атомы водорода — это положительно заряженные частицы с одним-единственным электроном, так что, когда они соединяются, получившаяся молекула обладает не закрытой «стороной», заряженной положительно. А раз так, то к ним могут присоединяться отрицательно заряженные частицы. Именно эта незамысловатая не первый взгляд технология и помогла измерить силу и особенности поведения этих связей.

«Потенциально эта технология может быть расширена для изучения геометрии и химии более сложных и крупных молекул, таких, как ДНК и полимеры», пишут ученые в статье, опубликованной в пятницу в журнале Science Advances.

Существует множество различных способов наблюдения за атомами, из которых состоят молекулы, с длинными и сложными названиями, к примеру «инфракрасная спектроскопия», «спектроскопия ядерного магнитного резонанса» и «рентгеновская кристаллография». Но при применении всех этих методов всегда очень сложно определить отдельные атомы водорода.

В этом и заключается инновация нового метода, «атомарной микроскопии» (atomic force microscopy). Ранее исследователи использовали ее для анализа отдельных атомов в молекулах, но не для водорода. Микроскоп, по сути, представляет собой зонд с молекулой на очень остром наконечнике, и в данном исследовании это была молекула CO (монооксид углерода). Исследователи установили, что сила самых прочных водородных связей составляет около 40 пико-ньютоновских максимумов, или примерно в 25 миллиардов раз меньше, чем один Ньютон, который в свою очередь является силой, необходимой для ускорения массы одного килограмма от 0 до 1 м/c за одну секунду. Другими словами, это невероятно крошечная сила, но именно такой результат ученые и ожидали.