Les scientifiques de Skoltech en collaboration avec des chercheurs de l'Université de Stuttgart ont montré que la concentration d'ions de courte durée (H 3 O ⁺ et OH ^- ) dans l'eau liquide pure est beaucoup plus élevé que celui supposé pour évaluer le pH, modifiant ainsi de manière significative notre compréhension de la structure dynamique de l'eau.

Les espèces ioniques intrinsèques de l'eau liquide jouent un rôle important dans les processus redox, réactions catalytiques et systèmes électrochimiques. Un tunnel à faible barrière d'atomes d'hydrogène entre le H 2 O molécules, causés par les effets quantiques nucléaires, devrait générer des états de protons en excès de courte durée. Cependant, à ce jour, il n'y a eu aucune information sur la concentration de ces états de protons en excès dans l'eau pure.

Les scientifiques de Skoltech, en collaboration avec des chercheurs allemands, ont mesuré la composition ion-moléculaire de l'eau liquide sur une échelle de temps sub-picoseconde. Le résultat a surpris les scientifiques car ils ont observé que jusqu'à plusieurs pour cent de H 2 Les molécules O ont été temporairement ionisées.

"Nous avons utilisé des isotopologues de l'eau :ordinaires (H 2 O), lourd (D 2 O), et eau semi-lourde (HDO), pour identifier les états en excès de protons. En substituant progressivement les atomes d'hydrogène (H) par du deutérium (D), nous avons modifié la concentration relative des espèces liées aux protons en excès, comme la HD 2 O ⁺ , DH 2 O ⁺ , H 3 O ⁺ et D 3 O ⁺ , et identifié leurs contributions à l'absorption infrarouge cumulée. Nous avons trouvé des caractéristiques spectrales dépendantes de la concentration près des modes de courbure moléculaire des spectres d'eau semi-lourde qu'aucun modèle connu n'était en mesure d'expliquer. Nous avons associé ces caractéristiques à des protons en excès qui pourraient exister à l'échelle de la picoseconde, " a déclaré l'un des co-auteurs, Prof. Henni Ouerdane du Skoltech Center for Energy Science and Technology (CEST).

"Alors que les études précédentes de la structure de l'eau étaient basées sur des expériences cristallographiques, et ne reflétait pas la dynamique de l'eau, notre recherche apporte de nouvelles connaissances sur la structure complexe de l'eau à une échelle de temps ultra-courte. La découverte anticipe de nouveaux effets de l'interaction du champ électrique avec l'eau, ainsi que d'autres propriétés anormales de l'eau, " a conclu l'auteur principal, Dr Vasily Artemov, Chercheur Sénior au CEST.