Ученые нашли самую горячую воду на Земле

Ученые из Германии и Новой Зеландии обнаружили самую горячую воду на планете. Температура так называемой сверхкритической жидкости в гидротермальных источниках на дне Атлантического океана составляет 407 градусов по Цельсию. Работа ученых опубликована в журнале Geology.

При увеличении давления и температуры вода переходит из жидкого состояния в газообразное. Однако при достижении определенных критических значений обоих параметров вода приобретет новые свойства, не характерные ни для газов, ни для жидкостей. Так, вещество в этом состоянии является более плотным, чем газ (и для него не соблюдаются газовые законы), но менее плотным, чем жидкость (и обладает иными свойствами).

Ученые умеют получать сверхкритическую жидкость в лабораторных условиях, однако в природе вода в таком состоянии до сих пор обнаружить не удавалось. Группа исследователей, ведущим из которых была Андрея Кочинскя (Andrea Koschinsky) обнаружила группу гидротермальных источников в Атлантическом океане к югу от экватора. Измеряя температуру воды, вырывающейся из источника, ученые получили значение 407 градусов по Цельсию. В короткие моменты после выброса (около 20 секунд) жидкость сохраняла температуру до 464 градусов по Цельсию.

Компьютерное моделирование показало, что перед тем, как выйти из-под поверхности, вода в этих источниках проходит по трещинам в морском дне, которые уходят достаточно глубоко и прогреваются от магмы. Именно в трещинах нагретая до 407 градусов вода, находясь под давлением в 300 бар (296 атмосфер), переходит в сверхкритическое состояние.

Вода таком состоянии вымывает металлы и другие элементы из горных пород гораздо лучше, чем в жидком. Вместе с водой из-под поверхности в океан вырываются золото, медь, железо, сера, марганец и некоторые другие. Из-за сульфидов (солей серы), оседающих вокруг источников, вода и камни окрашиваются в черный цвет. Поэтому такие гидротермальные источники получили название "черных курильщиков". В данной работе ученым удалось обнаружить самую горячую воду в "черных курильщиках" Две Лодки (Two Boats) и Сестринский Пик (Sisters Peak).

Ученые определили структуру незаряженных золотых наночастиц

Международная группа ученых впервые определила структуру наночастиц из незаряженных атомов золота. Как сообщается в пресс-релизе, опубликованном на сайте общества Макса Планка, исследователи смогли проанализировать структуру наночастиц, использовав необычную экспериментальную схему с применением масс-спектрометра и инфракрасного спектрометра. Работа опубликована в журнале Science.

Золото является катализатором многих важных для промышленности химических реакций. Золотые наночастицы, во-первых, содержат очень небольшое количество атомов дорогостоящего металла, а во-вторых, обладают более выраженным каталитическим эффектом, чем "куски" золота. При этом, в зависимости от структуры наночастиц, они могут быть более или менее сильными катализаторами.

Заряженные и незаряженные атомы золота формируют отличные по структуре наночастицы. До сих пор исследователи смогли определить только структуру наночастиц из заряженных атомов, так как кластеры, составленные из незаряженных атомов, нестабильны и их трудно получить в достаточном для изучения количестве. Чтобы преодолеть эту препятствие, химики под руководством Андре Филике (Andre Fielicke) решили получить трудноуловимые наночастицы в том же аппарате, где определяется их структура.

С помощью лазера ученые испаряли атомы с поверхности золотого слитка. Такое воздействие приводит к возникновению кластеров различной структуры. Чтобы отобрать из смеси наночастиц нужные, исследователи пропускали через нее мощный лазерный луч в инфракрасном диапазоне. Излучение определенной длины волны заставляет молекулы колебаться. В зависимости от их формы, молекулы совершают различные колебания при воздействии луча одной и той же длины волны. В данном случае ученые подобрали длину волны и интенсивность так, чтобы наиболее интенсивные колебания совершали заряженные наночастицы. Исследователи добились, что многие из заряженных кластеров распадались на отдельные атомы.

Таким образом исследователи обогатили смесь наночастиц кластерами из незаряженных атомов золота. На следующем этапе эксперимента они определяли структуру наночастиц, состоящих из 7, 19 и 20 атомов, на масс-спектрометре. Как показали ученые, самые крупные наночастицы представляют собой тетраэдр - пирамиду, в основании которой лежит треугольник. При "потере" одного атома пирамида "лишается" вершины. В наночастицах из семи атомов шесть образуют треугольник, а седьмой находится сбоку от него (смотри иллюстрацию к новости).

Структура наночастиц из 19 и 20 незаряженных атомов золота не отличается от структуры наночастиц из отрицательно заряженных атомов. Кластеры из 7 атомов формируют другую структуру в случае положительно заряженных атомов золота.

Структура золотых наночастиц различных размеров активно изучается в последнее время. Так, в начале июня в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences была опубликована статья, авторы которой показали, что стабильные наночастицы построены по принципу "суператомов". Атомы расположены таким образом, что у наночастицы нет свободных электронов, которые могли бы участвовать во внешних взаимодействиях и разрушать стабильную структуру.