Вода состоит из двух жидкостей, новое открытие ученых

Крайне низкие температуры очень необычным образом воздействуют на воду. Охлаждаясь до +3,98°С Цельсия, вода сжимается в минимальный объем, достигнув при этом максимальной плотности. Это свойство именуется аномалией плотности воды. При дальнейшем её охлаждении минуя аномальную отметку, происходит уже процесс расширения, что хорошо объясняет свойство плавучести льда. Интересно, что молекулы холодной воды сжимаются гораздо хуже, чем горячей. Кроме того, молекулы во время заморозки способны различным образом менять свое местоположение.

Учёные до сих пор не до конца изучили природу удивительных свойств воды. Существующие ныне теории вызывают огромный резонанс мнений среди исследователей. Около тридцати лет назад появилась гипотеза о том, что ледяная вода имеет две разные жидкие формы, различные по своей структуре. Иными словами, вода может существовать в виде двух форм жидкости, которые кардинально отличаются друг от друга. В лабораторных условиях воспроизвести данное явление и доказать истинность гипотезы крайне сложно, однако учёные из Италии сумели это сделать. Издание Science опубликовало все детали исследования.

Исследованием занимались учёные Пабло Дебенедетти (Pablo G. Debenedetti) и Гюль Х.Зерце (Gul H. Zerze) из Принстонского университета (Princeton University) и Франческо Шортико (Francesco Sciortico) из Ла Сапиенца (University of Rome La Sapienza) в Риме. Они предположили, что условная «вторая критическая точка воды» проявится при достижении температуры от -83°C до -100 °C и при давлении приблизительно в 2000 раз выше, чем при нормальном атмосферном давлении. Критическая точка это определённые показатели температуры и давления, при которых несколько фаз одного вещества уже не различаются, после чего оно меняет свою фазу. К примеру, критическая точка воды это точка кипения воды, при которой она переходит из одного агрегатного состояния в другое.

По словам Сортино, ученые очень обрадовались, когда обнаружили, что процесс колебания вещества при достижении критической точки проходит в точности так, как предполагалось. Исследователь бился над этой теорией более 25 лет, и вот, наконец, доказал её.

Читайте также:  Иммунные клетки имеют потенциал борьбы с инопланетными антигенами

Дебенедетти утверждает, что в большинстве случаев при сильном охлаждении вода просто превращается в лёд, именно поэтому эксперименты со второй критической точкой воды и её переохлаждением оказываются неудачными.

В результате множества неудачных экспериментов ученые решили не напрямую пытаться воспроизвести данное явление, а использовать его компьютерную модель. Однако даже её создание оказалось достаточно трудоёмким. Учёные потратили порядка 18 месяцев расчета необходимых вычислений и моделирования процессов на супермощных компьютерах.

Во время работы с компьютерными моделями учёные обнаружили, что температура ещё не приблизилась к точке замерзания, плотность воды начинала активно вибрировать. В конце концов, исследователи сумели зафиксировать критическую точку, обнаруженную в двух различных моделях воды. Стоит отметить, что в обоих случаях учёные часто прибегали к разнообразным вычислительным методам.

Так же, как и вода обычных температур может переходить в различные агрегатные состояния, ледяная вода тоже способна вступать в две различные фазы. Выбор фазы зависит от того, каким образом выстроились молекулы жидкости. К примеру, если речь идёт о воде с низкой плотностью, то при охлаждении её молекулы начинают перемещаться вокруг молекулы, расположенной прямо в центре. В итоге они образуют форму тетраэдра. Но если мы имеем дело о воде с высокой плотностью, то в этом случае появляется ещё одна молекула, которая значительно увеличивает плотности вещества.

В статье, посвящённой этому исследованию, ученые пишут, что при помощи новейших технологий было доказано, что вторая стабильная критическая точка воды существует и появляется во время сильного переохлаждения воды.

Само собой, даже на сегодняшний момент вычислительные возможности человечества весьма ограничены. Возможно, когда мы расширим свои познания в этой области, результаты этого исследования будет совсем иными.

 

Оценить статью:

 

Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (1 голосов, оценка 7,00)

 

ПОХОЖИЕ ПУБЛИКАЦИИ:

 

Добавить комментарий