Ученые обнаружили у воды два жидких состояния

Когда вода становится очень холодной, молекулы могут группироваться в более крупные структуры, сохраняя при этом жидкое состояние. Они могут делать это двумя способами, что приводит к разделению жидкостей с разной плотностью. Новое исследование пролило свет на формы этих супермолекул.

Фото из открытых источников

Идея двух жидких фаз для воды значительно ниже точки замерзания была предложена более 30 лет назад, но в то время не могла быть доказана. Два года назад моделирование данного процесса подтвердило эту гипотезу. Статья на соответствующую тему была опубликована в журнале Nature  Physics.

Ученые заметили, что переохлажденная вода может образовывать жидкие фазы с высокой и низкой плотностью. Они отличаются от тяжелой воды, образующейся, когда атомы дейтерия заменяют часть обычного водорода в воде. Состав воды тот же, а плотность зависит от того, как молекулы располагаются сами по себе.

Согласно статье, в переохлажденной воде с высокой плотностью молекулы могут запутываться, как крендель (технически узел из трилистника) или связанные кольца, любимые фокусниками-любителями (ссылка Хопфа).

«Система способна одновременно минимизировать свой объем и максимизировать количество связей в сети, формируя узлы и связи», - отмечается в документе.

Между тем, как и предполагалось ранее, жидкая фаза низкой плотности включает в себя незапутанные кольца молекул воды, а пространство в середине способствует тому, насколько легкой может быть эта фаза.

«Это открытие дало нам совершенно новый взгляд на то, что в настоящее время является исследовательской проблемой 30-летней давности, и, надеюсь, это будет только началом», - заявил аспирант Бирмингемского университета Андреаса Неофиту.

К сожалению, мы все еще далеки от наблюдения молекул воды в реальном эксперименте, поэтому результаты все еще поступают из компьютерной модели. Чтобы сделать расчеты управляемыми, авторы использовали тот факт, что при этих температурах вода самоорганизуется в коллоиды, частицы, состоящие из тысяч молекул воды. Более медленное движение этих коллоидов облегчает их моделирование, чем отдельных молекул, которые даже при минусовых температурах перемещаются так быстро, что их трудно отследить.

«Эта коллоидная модель воды служит увеличительным стеклом для молекулярной воды и позволяет нам разгадать секреты воды, касающиеся истории двух жидкостей», - сказал Двайпаян Чакрабарти из Бирмингемского университета.