Новое открытие о состоянии воды совершили ученые

Ученые впервые наблюдали уникальное состояние воды в нанопорах: молекулы заморожены в пространстве, но при этом продолжают вращаться, как в жидкой фазе. Такое явление получило название "предтаяние воды".

Об этом сообщает портал Interesting Engineering.

Хотя вода является самым известным веществом на Земле, она все еще таит множество загадок, которые учёные пытаются раскрыть. В крайне малых объемах — например, внутри белков, минералов или искусственных наноматериалов — вода ведет себя совсем иначе, чем в больших массах.

Эти эффекты ограничения играют ключевую роль в природе и технологиях: они контролируют поток ионов через клеточные мембраны и определяют работу нанофлюидных систем. Изучение поведения воды в таких масштабах может стать источником новых открытий в биологии и материаловедении.

Одно из необычных состояний воды в замкнутом пространстве называется предтаянием. В этом состоянии молекулы воды одновременно колеблются между ледяной структурой и жидкой фазой, что делает невозможным однозначное определение ее как жидкости или твердого тела. До недавнего времени это явление не наблюдалось напрямую, однако химики впервые сообщили о его прямом наблюдении.

Для экспериментов учёные создали гексагональные стержнеобразные кристаллы с каналами диаметром около 1,6 нанометра, которые затем заполнили тяжёлой водой — оксидом дейтерия, содержащим тяжёлый изотоп водорода.

Ученые выявили трёхслойную структуру ограниченных молекул воды внутри нанопор, при этом каждый слой демонстрировал свои особенности движения и водородных связей. Исследование показало, что вода внутри нанопор замерзает, образуя структуру, отличную от привычного льда в больших объемах. Из-за искажений в водородных связях вода частично начинает таять, формируя состояние предтаяния.

Для изучения этого явления кристалл постепенно нагревали, что позволило проследить переход воды из твёрдого состояния в жидкое и подтвердить сосуществование двух фаз одновременно — твердой и жидкой. По словам химиков, в этом уникальном состоянии замороженные слои воды соседствуют с медленно движущейся жидкостью, причем молекулы остаются зафиксированными в пространстве, но продолжают вращаться с характерной для жидкости скоростью.

Исследование раскрывает новые аспекты поведения воды в замкнутом пространстве, что важно не только для биологии, но и для технологий. Контроль ее свойств при замерзании и таянии может привести к созданию безопасных и эффективных материалов, открывая новые возможности в нанотехнологиях. Даже такое привычное вещество, как вода, продолжает удивлять ученых своими скрытыми фазами и свойствами

Ранее "Курсор" писал, что старший научный сотрудник Туфтского университета и Центра по изучению питания человека при Минсельхозе США, нет научных оснований полагать, что специализированные виды воды дают какие-либо метаболические преимущества по сравнению с обычной питьевой водой.