Обнаружены два ранее неизвестных жидких состояния воды

Согласно общепринятой теории, вода имеет три агрегатных состояния: твёрдое, жидкое и газообразное. Однако ещё тридцать лет назад учёные предположили, что может существовать несколько жидких состояний. В ходе новых экспериментов удалось доказать, что это действительно так, а сама плотность жидкостей отличается на 20%.

При комнатной температуре вода находится в привычной нам форме жидкости. Как выяснилось, при сверхнизкой температуре, составляющей примерно -63 градуса по Цельсию, вода может пребывать ещё в двух жидких состояниях. Первое — жидкость с низкой плотностью при низком давлении, второе — жидкость с высокой плотностью при высоком давлении. При этом разница в плотности между жидкостями составляет 20%.

Результаты эксперимента говорят о том, что вода будет пребывать в виде двух несмешивающихся жидкостей, разделённых тонкой границей. Это похоже на то, как не смешиваются нефть и вода. По словам учёных, подобная информация важна, поскольку вода играет огромную роль для всего живого на Земле. Новые данные позволят сделать ключевые выводы, которые найдут применение в таких областях, как биохимия, криоконсервация, криобиология, материаловедение и других.

Исследователи доказывают, что вода имеет несколько жидких состояний

Вода-это вездесущая жидкость со многими уникальными свойствами. То, как он реагирует на изменения давления и температуры, может полностью отличаться от других жидкостей, и эти свойства необходимы для многих практических применений и особенно для жизни, как мы ее знаем. То, что вызывает эти аномалии, долгое время было источником научных исследований, но теперь международная группа исследователей, в которую входит Николас Джовамбаттиста, профессор CUNY, доказала, что вода может существовать в двух различных жидких состояниях—открытие, которое может объяснить многие аномальные свойства воды. Их исследование опубликовано в статье, опубликованной в номере журнала от 20 ноября

"Возможность существования воды в двух различных жидких состояниях была предложена примерно 30 лет назад, основываясь на результатах компьютерного моделирования", - сказал Джовамбаттиста. "Эта парадоксальная гипотеза была одним из самых важных вопросов в химии и физике воды, и спорным сценарием с самого начала. Это связано с тем, что эксперименты, которые могут получить доступ к двум жидким состояниям в воде, были очень сложными из-за, по-видимому, неизбежного образования льда в условиях, где должны существовать две жидкости."

Обычное "жидкое" состояние воды, с которым мы все знакомы, соответствует жидкой воде при нормальной температуре (примерно 25 градусов по Цельсию). Однако в работе показано, что вода при низких температурах (приблизительно -63 ° С) существует в двух различных жидких состояниях: жидкость низкой плотности при низких давлениях и жидкость высокой плотности при высоких давлениях. Эти две жидкости имеют заметно отличающиеся свойства и отличаются плотностью на 20%. Из полученных результатов следует, что при соответствующих условиях вода должна существовать как две несмешивающиеся жидкости, разделенные тонкой границей раздела, аналогичной сосуществованию нефти и воды.

Поскольку вода является одним из самых важных веществ на Земле—растворителем жизни, как мы ее знаем,—ее фазовое поведение играет фундаментальную роль в различных областях, включая биохимию, климат, криоконсервацию, криобиологию, материаловедение и во многих промышленных процессах, где вода действует как растворитель, продукт, реагент или примесь. Из этого следует, что необычные характеристики в фазовом поведении воды, такие как наличие двух жидких состояний, могут повлиять на многочисленные научные и инженерные приложения.

"Остается открытым вопрос, как присутствие двух жидкостей может влиять на поведение водных растворов в целом и, в частности, как эти две жидкости могут влиять на биомолекулы в водной среде", - сказал Джовамбаттиста. "Это мотивирует дальнейшие исследования в поиске потенциальных применений."

Джовамбаттиста является членом докторской программы по физике и химии в CUNY.

Международная команда, возглавляемая профессором химической физики Стокгольмского университета Андерсом Нильссоном, использовала сложные эксперименты и компьютерное моделирование для доказательства этой теории. Эксперименты, описанные Джовамбаттистой как "научно-фантастические", были проведены коллегами из Стокгольмского университета в Швеции, университета POSTECH в Корее, PAL-XFEL в Корее и Национальной ускорительной лаборатории SLAC в Калифорнии. Компьютерное моделирование было выполнено Джовамбаттистой и Питером пулом, профессором Университета Святого Франциска Ксавьера в Канаде. Компьютерное моделирование сыграл важную роль в интерпретации экспериментов, так как эти эксперименты чрезвычайно сложны и некоторые наблюдаемые объекты недоступны во время экспериментов.

Источник: phys.org

Комментарии: