Было обнаружено, что переохлажденная вода трансформируется между двумя формами

 

Новое исследование показывает, что переохлажденная вода уникальна.

Ученые давно подозревали, что вода при отрицательных температурах бывает двух различных разновидностей: жидкость высокой плотности, которая появляется при очень высоком давлении, и жидкость низкой плотности при более низком давлении. Теперь сверхбыстрые измерения обнаружили, что вода превращается из одного типа жидкости в другой, подтверждая это предположение. Об открытии, опубликованном 20 ноября. Наука, может помочь объяснить некоторые причуды воды.

 

Эксперимент «добавляет все больше и больше доказательств к идее о том, что вода на самом деле состоит из двух компонентов… и что именно по этой причине вода такая странная», – говорит физик Грег Киммел из Тихоокеанской Северо-Западной национальной лаборатории в Ричленде, штат Вашингтон. не участвовал в исследовании.

Без примесей вода может оставаться жидкой при температуре ниже своей типичной точки замерзания нуля градусов Цельсия, образуя так называемую переохлажденную жидкость. Но ожидалось, что двойная природа переохлажденной воды проявится в области температур, настолько трудной для изучения, что ее окрестили «нейтральной зоной». Ниже –40 ° C вода остается жидкой лишь на мгновение, прежде чем кристаллизуется в лед. Задача усложняется тем, что фаза с высокой плотностью появляется только при очень высоких давлениях. Тем не менее, «люди мечтали о том, как провести эксперимент», – говорит Андерс Нильссон из Стокгольмского университета.

Благодаря быстрым экспериментальным маневрам, Нильссон и его коллеги проникли на эту ничейную территорию, отслеживая свойства воды в масштабе наносекунд. «Это одно из главных достижений данной статьи, – говорит вычислительный химик Гюль Церце из Принстонского университета. «Я впечатлен их работой».

Ученые начали с создания типа льда высокой плотности. Затем импульс инфракрасного лазера нагрел лед, образуя жидкую воду под высоким давлением. Затем вода расширилась, и давление быстро упало. Между тем, исследователи использовали рентгеновский лазер, чтобы изучить, как изменилась структура воды, основываясь на том, как рассеиваются рентгеновские лучи. Когда давление уменьшалось, вода переходила из жидкости с высокой плотностью в жидкость с низкой плотностью, прежде чем кристаллизовалась в лед.

В предыдущих исследованиях использовались сверхбыстрые методы, чтобы найти намеки на двуличное поведение воды, но они проводились в основном при атмосферном давлении (SN: 28.09.20). В новой работе вода наблюдалась при давлении, примерно в 3000 раз превышающем атмосферное, и температуре –68 ° C. «Мы впервые имеем реальные экспериментальные данные при таких давлениях и температурах», – говорит физик Лони Крингл из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории, не участвовал в эксперименте.

Результат может указывать на то, что у переохлажденной воды есть «критическая точка» – определенное давление и температура, при которых две отдельные фазы сливаются в одну. В будущем Нильссон надеется точно определить это место.

Такая критическая точка может объяснить, почему вода – необычная жидкость. Для большинства жидкостей охлаждение делает их плотнее и труднее сжимать. Вода становится более плотной при охлаждении до 4 ° C, но становится менее плотной при дальнейшем охлаждении. Точно так же его сжимаемость увеличивается по мере охлаждения.

Если у переохлажденной воды есть критическая точка, это может указывать на то, что вода, с которой мы сталкиваемся в повседневной жизни, странная, потому что при типичных давлениях и температурах это сверхкритическая жидкость – странное состояние, которое возникает за пределами критической точки. Такая жидкость не будет иметь формы с высокой или низкой плотностью, но будет состоять из некоторых областей с высокой плотностью расположения молекул воды и других карманов с низкой плотностью. Относительные количества этих двух структур, которые являются результатом разного расположения водородных связей между молекулами, будут меняться при изменении температуры, что объясняет странное поведение воды при охлаждении.

Так что, несмотря на то, что эксперимент включал экстремальные давления и температуры, по словам Нильссона, «он влияет на воду в нашей обычной жизни».

Читать achtungpartisanen.ru в Telegram или Twitter
Оценить статью
( Пока оценок нет )
Поделиться
Последние новости, сводки, происшествия, ДТП, спорт онлайн