|
Обнаружено скрытое состояние воды
|
|
|
|
Вода делает возможной жизнь на Земле, поэтому, казалось бы, ученые должны знать все тонкости функционирования этой жизненно важной жидкости. Верно? Что ж, подумай еще раз. Начиная с работ немецкого физика Вильгельма Рентгена, проведенных в 1890-х годах, стало известно, что обычная вода - одна из самых странных жидкостей на планете. По данным Chemistry World, H2О обладает 66 свойствами, отличающими его от других жидкостей, включая высокое поверхностное натяжение, теплоемкость, температуру кипения и плотность.
|
|
|
|
“Если вы посмотрите на простые термодинамические и кинетические свойства жидкостей, то увидите, что при изменении давления и температуры все они ведут себя одинаково. За исключением воды”. Андерс Нильссон, исследователь из Стокгольмского университета, который более десяти лет тщательно изучал странные свойства воды, рассказал об этом журналу Chemistry World в 2020 году.
|
|
|
|
Чтобы попытаться понять, почему вода ведет себя таким образом, Нильссон был в поисках того, что называют жидкостно-жидкостной критическая точка, или LLCP. Мы давно знаем о высокой критической точке воды, которая составляет около 374 градусов по Цельсию и в 218 раз превышает атмосферное давление, при которой разница между жидкостью и газом исчезает. Но ученые предположили, что существует критическая точка, когда вода переохлаждается, а это означает, что она остается жидкой при температурах, значительно ниже ее нормальной точки замерзания. Одна из причин, по которой ученые ожидают существования этой критической точки, заключается в том, что вода достигает своей максимальной плотности при температуре 4 градуса Цельсия, прежде чем изменить направление движения — поведение, которое также объясняет, почему лед плавает. Эта аномалия в плотности воды может быть объяснена минусовой температурой, которая, как полагают, находится где-то между -40 и -70 градусами по Цельсию.
|
|
|
|
|
|
|
В 2020 году Нильссон был частью команды, которая обнаружила, что переохлажденная вода может существовать в виде двух различных фаз — жидкости с высокой плотностью и жидкости с низкой плотностью, что подтверждает идею о слиянии этих фаз на популярном предприятии LLCP. Однако определить точную точку замерзания непросто, поскольку вода замерзает быстрее, чем это возможно с помощью большинства методов измерения.
|
|
|
|
Большинство, но не все.
|
|
|
|
В новом исследовании, опубликованном в журнале Science, Нильссон и команда под руководством Кен Хван Кима из ускорительной лаборатории Пхохана использовали чрезвычайно быстрые вспышки рентгеновского лазера на свободных электронах, чтобы наблюдать за переохлаждением воды при ее превращении в лед. Ученые выяснили, что температура кипения воды составляет около 210 градусов Кельвина, или -63 градуса по Цельсию. Другими словами, первоначальные исследования Рентгена о странных свойствах воды, проведенные около 130 лет назад, были подтверждены с помощью другого его открытия, изменившего мир, - рентгеновских лучей.
|
|
|
|
“Особенным было то, что мы смогли сделать рентген с невообразимой скоростью до того, как лед замерз, и смогли наблюдать, как исчезает переход из жидкости в жидкость и возникает новое критическое состояние”, - сказал Нильссон в заявлении для прессы. “На протяжении десятилетий существовали предположения и различные теории, объясняющие эти замечательные свойства, и одной из теорий было существование критической точки. Теперь мы обнаружили, что такая точка существует”.
|
|
|
|
Так же, как и в случае с более высокой критической точкой воды, измерение LLCP воды возможно только при огромном давлении (примерно 1000 атмосфер), но по мере изменения условий две фазы в конечном итоге сливаются в одну. Интересно, что эти колебания, вероятно, распространяются на температуру и давление, в том числе на нормальные условия окружающей среды, что может объяснить, почему вода такая странная. Теперь, когда ученые точно определили эту критическую точку, это может иметь далеко идущие последствия в самых разных областях.
|
|
|
|
“Вот уже более ста лет, начиная с ранних работ Вольфганга Рентгена, ведутся интенсивные дебаты о происхождении странных свойств воды”, - сказал Нильссон в заявлении для прессы. “Следующим этапом является изучение последствий этих открытий для важности воды в физических, химических, биологических, геологических и климатических процессах. Это большая задача на ближайшие несколько лет”.
|
|
|
|
Источник
|
