Доказано существование двух различных форм жидкой воды | Популярный Университет

Доказано существование двух различных форм жидкой воды

Доказано существование двух различных форм жидкой воды

Учёные из Италии и США с помощью компьютерного моделирования нашли объяснение необычному поведению переохлаждëнной воды. В таком метастабильном состоянии она существует в двух формах — более плотной и менее плотной. О полученных результатах авторы сообщили в журнале Science. 

Вода — исключительное вещество, которое определяет саму возможность существования жизни на Земле. Она выполняет роль универсального растворителя, в котором происходят основные биохимические процессы живых организмов. Благодаря водородным связям между молекулами, вода обладает уникальными свойствами: остаëтся в жидком состоянии именно при такой температуре, которая широко представлена на нашей планете; обладает почти самым высоким (после ртути) поверхностным натяжением и самой высокой среди прочих жидкостей теплоёмкостью; расширяется при кристаллизации, поэтому её плотность выше плотности льда, по этой причине лёд не тонет, а всплывает на поверхность, препятствуя промерзанию водоёмов до дна и сохраняя в них жизнь.  

В 1976 году исследователи обнаружили ещё одно её необычное свойство. В процессе сильного переохлаждения воды они зафиксировали скачкообразное изменение сжимаемости и плотности жидкости. Однако внятного  объяснения этому дать не удалось. Быстрая кристаллизация препятствовала детальному изучению нового явления. 

В процессе компьютерного исследования учёные в 1992 году выдвинули интригующую гипотезу. Физики предположили, что если сильно охладить воду, увеличивая постепенно давление, то можно будет наблюдать две различные формы жидкой воды. Но из-за недостаточной вычислительной мощности компьютеров подтверждения эта теория так и не нашла. 

Спустя 28 лет на помощь учёным пришли новые — быстрые и мощные — компьютеры, а также более точные модели жидкой воды. Исследователи из Принстонского и Римского университетов провели компьютерную симуляцию замерзания воды, чтобы определить температуру и давление,  при которых одна жидкая форма переходит в другую. Используя два вычислительных метода и две современных и реалистичных модели, команда определила, что две разные по плотности фазы сосуществуют при температуре от -83 до -103 градусов по Цельсию и при давлении примерно в 2000 раз превышающем атмосферное на уровне моря. 

В менее плотном состоянии четыре молекулы воды группируются вокруг пятой таким образом, что образуют тетраэдр. В более тяжёлой форме жидкости к ним втискивается шестая молекула, в результате чего плотность увеличивается. 

Сделанное открытие носит фундаментальный характер. Однако в будущем учёные планируют определить точные условия перехода одной формы жидкости в другую. Это позволит решить некоторые вопросы о взаимодействии двух фаз между собой, а также даст возможность более тонкого проектирования эксперимента. 

Автор: Альберт Ахмадеев
Редактор: Анастасия Воротникова

Понравился наш материал? Подписывайся на «Популярный университет» в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Поделиться

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: