Вода може розділятися на 2 різні рідини. Ми просто наблизилися до того, щоб дізнатися, чому

Рідка вода в різних станах (Андрій Онуфрієнко/Момент/Getty Images)

Сліпуча краса сніжинки є свідченням дивовижних форм, які може утворювати вода при температурі нижче точки замерзання.

Під тиском елегантний танець Х 2 Молекула O спотворюється у щось химерне при дуже низьких температурах, практично зв’язуючи себе у вузли, щоб уникнути перетворення на лід.

Дослідники з Бірмінгемського університету у Великій Британії та Sapienza Università di Roma в Італії досліджували поведінку молекул у рідкій воді під тиском, поміщеній в умови, які зазвичай викликають її кристалізацію.



На основі нового способу моделювання поведінки води як суспензії частинок вони визначили ключові характеристики двох різних рідких станів; один «топологічно складний», пов’язаний у верхній вузол, схожий на крендель, інший у більш низьку щільність утворення простіших кілець.

«Ця колоїдна модель води є збільшувальним склом для молекулярної води та дозволяє нам розгадати таємниці води, що стосуються історії двох рідин». говорить Хімік Бірмінгемського університету Двайпаян Чакрабарті.

Теорії закладений у 1990-х роках натякнули на типи молекулярних взаємодій, які можуть відбуватися, коли є вода переохолоджені – охолоджені до температур, нижчих за типову точку замерзання, без твердіння.

Вчені були розсуваючи межі на охолодженні води без її перетворення в твердий стан протягом багатьох років, зрештою вдалося втримати його у хаотичній рідкій формі при шалено холодній температурі –263 градуси за Цельсієм (–441 градус за Фаренгейтом) на мить, не перетворюючись на лід.

Оскільки було досягнуто прогресу в демонстрації цих станів у лабораторії, вчені все ще намагаються точно визначити, як виглядають переохолоджені рідини, позбавлені тепла.

Зрозуміло, що в критичних точках конкуруючі полярні притягнення між молекулами води перевищують термодинамічний шум погойдування частинок. Не маючи вільного місця для переходу в кристалічну форму, молекули повинні знайти інші зручні конфігурації.

З такою кількістю чинників дослідники зазвичай намагаються спростити те, що можуть, і зосередитися на важливих змінних. У цьому випадку розглядання «згустків» води так, ніби вони більші частинки, розчинені в рідині, допомагає краще зрозуміти переходи від одного розташування до іншого.

Комп’ютерні моделі, засновані на цій точці зору, вказали на тонку зміну між водою, що розштовхується, і формою, що складається з частинок, які осідають ближче одна до одної в більш щільній формі.

Цікаво, що форма – або топологія – молекулярних взаємодій у цьому водному ландшафті також виглядала зовсім по-іншому: молекули заплутувалися в заплутані мережі, коли вони збивалися, або мали простіші форми, коли вони розсовувалися.

«У цій роботі ми вперше пропонуємо погляд на фазовий перехід рідина-рідина на основі мережі заплутаність ідеї,' говорить Франческо Шортіно, фізик конденсованих систем з Римського університету Сапієнца.

«Я впевнений, що ця робота надихне нове теоретичне моделювання на основі топологічних концепцій».

Цей дивний простір мереж заплутаних частинок готовий для дослідження. Незважаючи на те, що вони не зовсім схожі на довгі ланцюги ковалентно зв’язаних молекул, такі вузли є тимчасовими, змінюючи члени, коли змінюється рідке середовище.

Враховуючи їхню заплутану взаємодію, природа рідкої води, що знаходиться в середовищах високого тиску та низької температури, має бути зовсім не схожою на те, що ми можемо знайти на поверхні Землі.

Знання більше про топологічну поведінку не лише води в цих умовах, але й інших рідин може дати нам уявлення про активність матеріалів у екстремальних або важкодоступних середовищах, таких як глибини далеких планет.

«Помрійте про те, як було б прекрасно, якби ми могли зазирнути всередину рідини й спостерігати за танцями молекул води, за тим, як вони мерехтять і як вони обмінюються партнерами, перебудовуючи мережу водневих зв’язків». говорить Шортіно.

«Реалізація колоїдної моделі води, яку ми пропонуємо, може здійснити цю мрію».

Це дослідження було опубліковано в Фізика природи .

Про Нас

Публікація Незалежних, Перевірених Фактів Звітів Про Здоров'Я, Космос, Природу, Технології Та Навколишнє Середовище.