Wprawdzie z punktu widzenia chemika woda jest bardzo prostym związkiem, to jej znaczenie w przyrodzie jest nie do przecenienia. Wystarczy powiedzieć, że stanowi aż 60% masy ludzkiego ciała, a jej niedobór jest jednym z największych problemów, jakie dotykają ludzkość. Mimo iż woda jest jedną z najczęściej badanych substancji jej właściwości nie przestają zaskakiwać.
Jednym z obecnie intensywnie eksplorowanych obszarów badań są substancje zdolne do kontrolowanego i odwracalnego pochłaniania, przechowywania i oddawania wody. Takie właściwości są szczególnie pożądane, np.: w formulacjach farmaceutycznych i w pochłaniaczach wody. Większość znanych związków tego typu uwalnia wodę w wyższej temperaturze, często przekraczającej temperaturę wrzenia wody, co czyni ten proces kosztownym i wymagającym użycia znacznych ilości energii. Aby pozyskiwanie wody z atmosfery było opłacalne, poszukuje się takich materiałów, w których proces uwalniania wody może być przeprowadzony w temperaturach niewiele wyższych niż temperatura pokojowa.
12 Kwietnia 2023 roku w czasopiśmie Nature został opublikowany artykuł zatytułowany „Dehydration of a crystal hydrate at subglacial temperatures”, w którym naukowcy z Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza i Uniwersytetu Stellenbosch wykazali, że kryształy chiralnego związku makrocyklicznego, nazywanego zwyczajowo triangliminą, wykazują zdolność do odwracalnego pochłaniania i uwalniania wody w temperaturach poniżej jej punktu zamarzania. Ściślej, najniższa temperatura, w której można zaobserwować ten cykliczny proces to -70 °C. Poniżej tej temperatury następuje zeszklenie wody zawartej w kryształach hydratu, co jest równoznaczne z zanikiem jej zdolności do przepływu.
Struktura kryształu przypomina tzw. cegłę dziurawkę, gdzie średnica kanału wynosi 1 nm a ściany zbudowane są z makrocykli. Proces pochłaniania i utraty wody można obserwować gołym okiem, bo wiąże się on ze zmianą barwy kryształu(z żółtej na czerwoną i odwrotnie), na skutek zmiany konfiguracji elektronowej w obrębie makrocykla związanej z odwracalnym przeniesieniem protonu. Pochłanianie i usuwanie wody nie zmieniają struktury kryształu, sam proces jest bardzo szybki i może przebiegać wielokrotnie bez znamion fizycznego zniszczenia próbki. Należy nadmienić, że tego typu zmiana barwy jest obserwowana tylko dla odpowiedniej fazy krystalicznej.
Prezentowane badania są istotnym krokiem w kierunku racjonalnego projektowania materiałów zdolnych do odwracalnego wychwytywania wody z atmosfery, nawet przy niskiej wilgotności. Jest to szczególnie ważne dla tzw. jałowych obszarów świata, takich jak obszary stepowe i pustynne. Innym obszarem zastosowań są wskaźniki wilgotności dla przemysłu spożywczego i farmaceutycznego, w tym transport i przechowywanie zamrożonej żywności i szczepionek.
Otwarty dostęp do artykułu jest dostępny dzięki programowi ID-UB.
A.J. & M.K.