Ученые доказали, что вода имеет несколько жидких состояний

Вода — это жидкость со многими уникальными свойствами. То, как она реагирует на изменения давления и температуры, может полностью отличаться от других жидкостей, и эти свойства важны для многих практических применений, особенно для жизни, какой мы ее знаем.

Причины этих аномалий долгое время оставались источником научных исследований, но теперь международная группа исследователей доказала, что вода может существовать в двух разных жидких состояниях — открытие, которое может объяснить многие аномальные свойства воды. Их исследования опубликованы в статье, опубликованной в номере журнала Science.

«Возможность того, что вода может существовать в двух различных жидких состояниях, была предложена примерно 30 лет назад на основе результатов компьютерного моделирования», — сказал Николас Джовамбаттиста, профессор CUNY.

«Эта противоречащая интуиции гипотеза была одним из самых важных вопросов в химии и физике воды и противоречивым сценарием с самого начала. Это потому, что эксперименты, которые могут получить доступ к двум жидким состояниям в воде, были очень сложными из-за очевидно неизбежного образование льда в условиях, когда должны существовать две жидкости».

Обычное «жидкое» состояние воды, с которым мы все знакомы, соответствует жидкой воде при нормальной температуре (примерно 25 градусов C). Однако в исследовании показано, что вода при низких температурах (примерно -63 ° C) существует в двух разных жидких состояниях: жидкость с низкой плотностью при низком давлении и жидкость с высокой плотностью при высоком давлении.

Эти две жидкости имеют заметно разные свойства и отличаются по плотности на 20%. Результаты предполагают, что при соответствующих условиях вода должна существовать в виде двух несмешивающихся жидкостей, разделенных тонкой границей раздела, подобно сосуществованию нефти и воды.

Поскольку вода является одним из важнейших веществ на Земле, прородителем жизни в том виде, в каком мы ее знаем, ее фазовое поведение играет фундаментальную роль в различных областях, включая биохимию, климат, криоконсервацию, криобиологию, материаловедение и во многих промышленных процессах, где вода действует как растворитель, продукт, реагент или примесь.

Отсюда следует, что необычные характеристики фазового поведения воды, такие как наличие двух жидких состояний, могут повлиять на многочисленные научные и инженерные приложения.

«Остается открытым вопрос, как присутствие двух жидкостей может повлиять на поведение водных растворов в целом, и, в частности, как две жидкости могут влиять на биомолекулы в водной среде», — говорят ученые. «Это мотивирует дальнейшие исследования в поисках потенциальных приложений».

Компьютерное моделирование сыграло важную роль в интерпретации проведенных экспериментов, так как эти эксперименты чрезвычайно сложны, и некоторые наблюдаемые данные недоступны во время экспериментов.

Experimental observation of the liquid-liquid transition in bulk supercooled water under pressure. Science (2020). science.sciencemag.org/lookup/ … 1126/science.abb9385