Вода может разделяться на две разные жидкости - ученые

Исследователи из Университета Бирмингема в Великобритании и Университета Сапиенца ди Рим в Италии изучили поведение молекул в жидкой воде под давлением, помещенной в условия, которые обычно вызывают ее кристаллизацию.

Работа ученых была опубликована в Nature Physics.

Основываясь на новом способе моделирования поведения воды как взвеси частиц, они определили ключевые особенности двух различных жидких состояний: один «топологически сложный», связанный узлом сверху, похожим на крендель, другой - более низкой плотностью образования более простых колец.

«Эта коллоидная модель воды представляет собой увеличительное стекло для молекулярной воды и позволяет нам разгадать секреты воды, связанные с рассказом о двух жидкостях», - говорит химик из Бирмингемского университета Двайпаян Чакрабарти.

Теории, сформулированные в 1990-х годах, намекнули на виды молекулярных взаимодействий, которые могут происходить, когда вода переохлаждается - охлаждается до температуры ниже ее типичной точки замерзания без затвердевания.

Ученые уже много лет раздвигают пределы возможностей охлаждающей воды, не превращая ее в твердое состояние, и в конечном итоге сумели удержать ее в хаотичном жидком состоянии при безумно низкой температуре -263 градуса по Цельсию на долю секунды без превращения ее в лед. Ученые все еще пытаются выяснить, как именно выглядят переохлажденные жидкости, лишенные тепла.

Понятно, что в критических точках конкурирующие полярные притяжения между молекулами воды превышают термодинамический жужжание трясущихся частиц. Молекулы должны найти другие удобные конфигурации без локтя, чтобы перейти в кристаллическую форму. При таком количестве факторов исследователи обычно пытаются упростить то, что могут, и сосредоточиться на важных переменных. В этом случае взгляд на «комки» воды как на более крупные частицы, растворенные в жидкости, помогает лучше понять переходы от одного расположения к другому.

Компьютерные модели, основанные на этой точке зрения, указывали на тонкое изменение между раздвигающейся водой и формой, состоящей из частиц, которые располагаются ближе друг к другу в более плотной форме. Интересно, что форма - или топология - молекулярных взаимодействий в этом водном ландшафте также выглядела совершенно по-другому: молекулы запутывались в сложные сети, когда они сбивались в кучу, или в более простые формы, когда они расходились.

«В этой работе мы впервые предлагаем взгляд на фазовый переход жидкость-жидкость, основанный на идеях сетевой запутанности. Я уверен, что эта работа вдохновит на новое теоретическое моделирование, основанное на топологических концепциях», - говорит Франческо Шортино, специалист по физике конденсированных сред из Университета Сапиенца в Риме.

Ученые отметили, что знание топологического поведения не только воды в этих условиях, но и других жидкостей может дать нам представление об активности материалов в экстремальных или труднодоступных средах, таких как глубины далеких планет.

Ранее Курсор писал, что ученые рассказали, как на Земле появилась вода. 6-летняя японская космическая миссия позволил ученым прийти к выводу, что появление воды на Земле может быть связано с астероидами из внешних краев Солнечной системы.

Наша редакция рассказывала, что на дне Атлантики обнаружили организмы, которые могут быть недостающим звеном эволюции.

Напомним, что ученые нашли странное морское существо, которое назвали в честь Дарта Вейдера.