Новое состояние воды обнаружили ученые

Впервые ученым удалось напрямую зафиксировать уникальное состояние воды, называемое предтаянием — фазу, при которой она существует одновременно в твердом виде, как лед, и в жидком состоянии.

Об этом сообщает ScienceAlert.

Вода оказывается куда более необычным веществом, чем принято считать. Исследователи выяснили, что в ограниченном пространстве ее молекулы способны проявлять свойства сразу двух состояний — твердого и жидкого. Различия между льдом и жидкой водой, заметные нам в повседневной жизни, зарождаются на микроуровне: во льду молекулы связаны в жесткую решетку, а в жидкости они свободно движутся, непрерывно образуя и разрывая связи.

В состоянии предтаяния молекулы воды сочетают оба этих поведения. Они остаются зафиксированными, как в твердом теле, но при этом вращаются с высокой скоростью, подобно молекулам в жидкости. Ранее ученым не удавалось наблюдать это необычное состояние напрямую, но теперь его существование подтверждено экспериментально.

По словам исследователей, состояние предтаяния представляет собой процесс частичного плавления воды, чьи молекулы еще не полностью связаны водородными связями. Это происходит до того момента, когда твердая ледяная структура начинает активно таять под воздействием тепла.

По сути, это новое, переходное состояние воды, при котором замороженные слои льда сосуществуют с медленно движущимися молекулами жидкости.

Для изучения этого необычного состояния потребовался сложный эксперимент. Вода, которую использовали ученые, отличалась от привычной — это была так называемая тяжелая вода, где атомы водорода заменены на дейтерий, изотоп с дополнительным нейтроном в ядре.

Исследователи поместили тяжелую воду в крайне ограниченное пространство, где проявляются редкие и экзотические свойства. Химики создали стержнеобразные кристаллы с крошечными каналами шириной всего 1,6 нанометра, заполнили их водой, заморозили и затем постепенно нагревали.

Эксперимент показал, что молекулы воды формируют иерархическую трехслойную структуру, в каждом из слоев наблюдаются разные типы движения и взаимодействий между молекулами.

Уже известно, что вода проявляет необычные свойства на микроуровне: ее электрические характеристики могут меняться, она способна оставаться жидкой даже при температурах, близких к абсолютному нулю, и замерзать при температурах, при которых должна кипеть.

Новое исследование дает ценное понимание структурного и динамического поведения воды в ограниченном пространстве. Управление её свойствами при замерзании и таянии открывает перспективы для создания более эффективных материалов и может оказать значительное влияние на развитие нанотехнологий, отмечают ученые.

Ранее "Курсор" писал, что впервые ученым удалось зафиксировать уникальное состояние воды в нанопорах: молекулы остаются зафиксированными в пространстве, но при этом вращаются, словно находятся в жидкой фазе.