Molecular origins of bulk viscosity in liquid water-Physical Chemistry Chemical Physics (RSC Publishing)

xmlns=”http://www.rsc.org/schema/rscart38 Le rapide fluttuazioni di equilibrio delle molecole d’acqua sono intimamente collegate alla risposta reologica; moti molecolari che ripristinano la struttura locale e le sollecitazioni viste come variazioni di flusso e volume. Nel caso di acqua o idrogeno che legano liquidi in generale, la relazione è una considerazione non banale a causa di forti interazioni direzionali che complicano i modelli teorici e richiedono una chiara osservazione della scala temporale e della nautre dei moti di equilibrio associati. Un recente lavoro ha illustrato una coincidenza di tempi per i moti sub-picosecondi a corto raggio e la scala temporale implicita per la risposta alla viscosità di taglio in acqua liquida. Qui, i metodi di dispersione dei neutroni e della luce vengono utilizzati per illustrare sperimentalmente la scala temporale della viscosità alla rinfusa e fornire una descrizione del rilassamento molecolare associato. Brillouin scattering è stato utilizzato per stabilire la scala temporale della viscosità di massa; e prendendo in prestito l’approccio di Maxwell, il rapporto tra la viscosità di massa, ζ, e il modulo di massa, K, produce un tempo di rilassamento, tB, che emerge nell’ordine di 1-2 ps nell’intervallo di temperatura da 280 K a 303 K. Lo scattering di neutroni anelastici viene successivamente utilizzato per descrivere i moti dell’acqua e dell’acqua pesante su scala molecolare, fornendo dati di scattering coerenti e incoerenti. Un movimento rotazionale (alternativamente descritto come localizzato) di protoni d’acqua sulla scala temporale 1-2 ps è evidente negli spettri di dispersione incoerenti dell’acqua, mentre gli spettri coerenti di D2O sulla scala di lunghezza del primo picco di diffrazione tagliente, descrivendo le fluttuazioni di densità microscopiche dell’acqua, conferma il rilassamento della struttura dell’acqua ad una scala temporale comparabile di 1-2 ps. La coincidenza di questi tre tempi fornisce una descrizione meccanicistica della risposta viscosa di massa, con il ripristino della struttura locale a causa di movimenti rotazionali/localizzati dell’ordine di 1-2 ps, circa tre volte più lento dei rilassamenti associati alla viscosità di taglio. In questo modo mostriamo che la risposta viscosa di taglio è più strettamente associata ai cambiamenti nella connettività della rete idrica, mentre la risposta viscosa di massa è associata a fluttuazioni di densità locale.

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