Исследование подтверждает, что вода может принимать две различные жидкие формы
Вода имеет три физических состояния: жидкое, твердое (лед) и газообразное (пар), в зависимости от температуры и давления окружающей среды. Знаете ли вы, что вода остается жидкой как минимум д о-48°C, но при охлаждении превращается в лед? Этот процесс может сопровождаться промежуточным состоянием, называемым гипотермией. В этом состоянии вода также может существовать в двух различных жидких формах, но это ограничение еще не до конца изучено. Новые исследования могут лучше охарактеризовать этот фазовый переход в жидкостях.
Содержание статьи:
Вода на самом деле очень странная по сравнению с другими жидкостями. Во-первых, водяной лед низкой плотности плавает в жидкой воде, которая имеет максимальную плотность при температуре 4°C (когда большинство твердых тел погружено в жидкость). В жидком состоянии он состоит из множества молекул воды (H2O), удерживаемых вместе водородными связями. В зависимости от температуры и давления водяной лед может принимать по меньшей мере 16 различных кристаллических форм. Самое интересное, что он может охлаждаться до температуры значительно ниже 0°C, не превращаясь в лед.
Как ни странно, когда температура опускается ниже нуля, вода остается в особенно нестабильной жидкой фазе: согласно исследованию, опубликованному в журнале Nature в 2011 году, холодная жидкая вода превращается в лед только при температур е-48°C. Молекулярная структура воды меняется, образуя ряд тетраэдров (каждая молекула воды связана с четырьмя другими молекулами воды). Новый тип фазового сдвига, объясняющий такое поведение, был впервые предложен 30 лет назад в исследовании ученых из Бостонского университета. Новое исследование предоставляет доказательства того, что фазовые переходы в жидкости происходят в условиях гипотермии.
Две более или менее плотные жидкие формы
Читайте также: Исследование подтверждает, что диабет 1 типа может быть вызван вирусной инфекцией
Более 50 лет ученые подозревали, что энтеровирусная инфекция может вызывать диабет первого типа. Эта гипотеза была подтверждена результатами..
Согласно теории, предложенной 30 лет назад для объяснения происхождения гидродинамических аномалий, во время гипотермии на фазовой диаграмме воды появляется линия, которая показывает первый тип фазового сдвига жидкости. Эта линия разделяет две жидкие фазы (жидкость низкой плотности (ЖНП) и жидкость высокой плотности (ЖВП)), образованные сетью переходных водородных связей, и заканчивается в критической точке, где жидкость-жидкость
В условиях гипотермии очень трудно экспериментально наблюдать, когда жидкость имеет два состояния. При таких низких температурах вода находится в обменном состоянии, и малейший захват может привести к затвердеванию. Поэтому команда использовала компьютерное моделирование для определения свойств, которые отличают эти две жидкости на микроскопическом уровне.
При моделировании исследователи использовали модель коллоидной воды, а затем две общие модели молекулярной воды. Коллоиды — это частицы, которые могут быть в 1000 раз больше, чем некоторые молекулы воды. В результате они движутся медленнее и поэтому часто используются для наблюдения и понимания физических явлений, происходящих на атомном и молекулярном уровне. Эта коллоидная модель воды может действовать как увеличительное стекло для наблюдения за молекулярной водой и раскрыть секреты воды по отношению к обеим жидкостям», — говорит доктор Випаян Чакрабарти, профессор химии Бирмингемского университета.
Запутывание, которое можно наблюдать в других жидкостях
Они обнаружили, например, что молекулы воды плотно упакованы в плотные жидкие соединения, которые считаются «топологически сложными» в виде бухты или двух звеньев железных цепей (хоп-связей). В этом случае, говорят они, молекулы плотной жидкости дезорганизованы. Напротив, молекулы менее плотной жидкости не являются неупорядоченными, главным образом потому, что они образуют единое кольцо.
Таким образом, недавно открытый фазовый переход в жидкости (LLPT) — это переход от «открытой» молекулярной сети к «неупорядоченной» сети, состоящей из сложного набора топологических узоров. Это похоже на молекулу воды при очень низкой температуре, которая скрутилась в узел и не превратилась в лед.
«В этой работе мы впервые представляем идею фазовых переходов в жидкостях, основанную на идее сетей сетей». Университет La Sapinette участвует в этой работе.Силутино был частью команды, которая впервые предложила существование LLPT в 1992 году.
Команда надеется, что разработанная ими модель проложит путь для новых экспериментов, которые популяризируют концепцию разрушения жидкости другими жидкостями, например, кремнием. Знание топологического поведения воды и других жидкостей в таких экстремальных условиях может также дать представление об активности материи на других планетах.
