Существуют два совершенно разных жидких состояния воды, оба состоящие из молекул H2O

Используя рентгеновские лазеры, исследователи Стокгольмского университета смогли проследить за трансформацией между двумя различными жидкостными состояниями воды, оба из которых состоят из молекул H2O.

При температуре около -63 °C эти две жидкости существуют при различных режимах давления с разницей плотности в 20%. Быстро изменяя давление до замерзания образца, можно было наблюдать, как одна жидкость переходит в другую в режиме реального времени. Их результаты опубликованы в журнале Science.

Аномальная вода

Вода, как обычная, так и необходимая для жизни на Земле, ведет себя очень странно по сравнению с другими веществами. То, как свойства воды, такие как плотность, удельная теплота, вязкость и сжимаемость, реагируют на изменение давления и температуры, совершенно противоположно другим жидкостям, которые мы знаем. Следовательно, воду часто называют "аномальной". Если бы вода вела себя как "нормальная жидкость", нас бы не существовало, поскольку морская флора и фауна не могла бы развиваться. Однако остается открытым вопрос: что вызывает эти аномалии?

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Существует ряд объяснений странным свойствам воды, и одно из них предполагает, что вода способна существовать как две разные жидкости при разных давлениях и низких температурах. Если бы мы могли хранить эти две жидкости в стакане, они бы отделялись друг от друга с четкой границей раздела, как в случае воды и нефти (см. рисунок). Обычная вода в наших условиях окружающей среды - это только одна жидкость, и в стакане не было бы видно никакой границы раздела - но на молекулярном уровне она колеблется, создавая небольшие локальные области сходной плотности с двумя жидкостями, что приводит к странному поведению воды. Проблема заключается в том, что при температурах, при которых две жидкости будут сосуществовать, эксперименты невозможны, поскольку лед будет образовываться почти мгновенно. До сих пор было возможно исследовать воду в этих условиях только с помощью различных видов компьютерного моделирования, что привело к множеству противоречивых результатов в зависимости от используемой модели.

"Особенностью было то, что мы смогли сделать рентгеновский снимок невообразимо быстро, до того как вода замерзла, и могли наблюдать, как одна жидкость превращается в другую", - говорит Андерс Нильссон, профессор кафедры химической физики Стокгольмского университета. "В течение десятилетий существовали домыслы и различные теории, объясняющие эти аномальные свойства и почему они становятся сильнее, когда вода становится холоднее. Теперь мы обнаружили, что два жидких состояния реальны и могут объяснить странность воды".

"Я долгое время изучал несколько форм неупорядоченных льдов с целью определить, можно ли считать их стеклообразным состоянием, представляющим собой замороженную жидкость", - говорит Катрин Аманн-Винкель, старший научный сотрудник по химической физике Стокгольмского университета. "Сбылась мечта - увидеть, что они действительно представляют собой настоящие жидкости, и мы видим трансформацию между ними".

"Мы так много работали в течение нескольких лет, чтобы проводить измерения воды в таких низкотемпературных условиях без замерзания, и так приятно видеть результат", - говорит Харшад Патхак, научный сотрудник в области химической физики Стокгольмского университета. "Во всем мире было предпринято много попыток найти эти две жидкости, поместив воду в крошечные отделения или смешивая ее с другими соединениями, но здесь мы могли бы следовать за ней как за простой чистой водой".

"Интересно, могут ли эти два жидких состояния, как колебания, быть важным ингредиентом биологических процессов в живых клетках", - говорит Фивос Перакис (Fivos Perakis), доцент кафедры физической химии Стокгольмского университета. "Новый результат может открыть много новых направлений исследований и в области воды в биологических науках".

"Может быть, одна из жидких форм более характерна для воды в маленьких порах внутри мембран, используемых для опреснения воды", - говорит Марджори Ладд Парада (Marjorie Ladd Parada), специалист по постдокам Стокгольмского университета. "Я думаю, что доступ к чистой воде будет одной из основных проблем, связанных с изменением климата".

"Уже более ста лет, начиная с ранней работы Вольфганга Рентгена, ведутся интенсивные дебаты о происхождении странных свойств воды", - объясняет далее Андерс Нильссон. "Исследователи, изучающие физику воды, могут теперь остановиться на модели, что вода может существовать как две жидкости в режиме переохлаждения. Следующий этап заключается в том, чтобы выяснить, существует ли критическая точка, когда две жидкости пересекаются, чтобы стать только одной жидкостью, по мере изменения давления и температуры. Большая проблема на ближайшие несколько лет". опубликовано econet.ru по материалам scitechdaily.com

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet