Почему вода отличается от всех других жидкостей

Вода ведет себя по-другому в отличие от всех других жидкостей — и это связано со своеобразным расположением ее молекул.

Один из самых странных аспектов воды — необычная плотность. Обычно жидкости становятся все более плотными по мере их охлаждения, но вода достигает максимальной плотности при температуре около 4 градусов по Цельсию.

Ниже этой точки она менее плотная, поэтому, когда она замерзает и становится льдом при 0 градусах Цельсия, получается лед — менее плотный, чем вода. Вот почему водяной лед плавает, а масса воды всегда замерзает сверху вниз.

Но это не все. У воды также очень высокое поверхностное натяжение — помимо ртути, она имеет самое высокое поверхностное натяжение среди всех жидкостей. Это то, что позволяет водным паукам и водомеркам скользить по ее поверхности.

В довершение всего, у воды также необычно высокая температура кипения, и тот факт, что в ней растворяется очень много химических веществ, также очень свойственен воде — она прекрасный растворитель.

Чтобы погрузиться в некоторые из этих причудливых свойств, ученые должны перейти к молекулярному уровню. При комнатной температуре и в виде льда вода имеет тетраэдрическое расположение молекул, что означает, что каждая молекула воды связана с четырьмя другими в грубой форме пирамиды.

Исследователи из Университета Бристоля и Токийского университета использовали суперкомпьютер и компьютерное моделирование для внесения изменений в эту пирамидальную природу молекул воды.

Сделав эти корректировки, они могут заставить воду вести себя как другие жидкости, например, делая лед более плотным, чем жидкая вода, что заставляет его опускается на дно.

Все это, по словам команды, воздействовало на все особенности воды, что указывает на то, что аномальные свойства воды являются прямым следствием ее специальной молекулярной структуры.

«С помощью проделанной процедуры мы обнаружили, что то, что заставляет воду вести себя аномально, — это наличие определенного расположения молекул воды, таких как тетраэдрическая компоновка», — пояснил ведущий автор исследования Джон Руссо.

«Четыре из таких тетраэдральных построений могут организовываться таким образом, что они разделяют общую молекулу воды в центре без перекрытия. Именно наличие этого высокоупорядоченного расположения молекул воды, смешанного с другими неупорядоченными построениями, дает воде ее своеобразные свойства».

Без воды, такой, какой она есть, жизнь, как мы ее знаем, будет невозможной. Она не сжимается легко, а это значит, что его можно протолкнуть — например, через наши вены, несущие наши клетки крови.

И поскольку вода хороший растворитель, вода в наших телах может растворять питательные вещества, которые нам нужно перерабатывать. Даже низкая плотность водяного льда помогает жизни — если бы озера застыли со дна, жизнь внутри них погибла бы.

И та же самая низкая плотность также является причиной того, что вода расширяется, когда она замерзает, что в свою очередь помогло сформировать нашу планету, когда вода просачивается в скалы, замерзает, расширяется и разрывает камни .

Исследование было опубликовано в PNAS.