Странните свойства на водата и леда са изяснени: Водата съществува като два различни вида течност
Ние обикновено приемаме течната вода като неструктурирана, като молекулите се преподреждат за кратък период около някакви структури.
Сега, учени от Стокхолмския университет са открили две фази на течността с голяма разлика по отношение на плътността и структурата ѝ. Резултатите са изведени на база експериментално проучване, чрез използването на рентгенови лъчи, които вече са изложени в Proceedings of the National Academy of Science.
Повечето от нас познават водата с нейната жизнено важна функция за съществуването ни на планетата Земя. По-малко известен е фактът, че водата има много странни или аномални способности и има много по-различно поведение от другите видове флуиди. Ето няколко примера за това: точката на топене, плътността, капацитетът при загряване и всички онези над 70 на брой свойства, които различават водата от другите течности. Тези аномални свойства на водата са предпоставка за живота, такъв, какъвто го познаваме.
„Новото забележително свойство е в откритието ни, че водата може да съществува в две различни течни форми при ниска температура, където ледът кристализира бавно“, казва Андърс Нилсън, професор по Химическа физика в Стокхолмския университет. Откритието е станало възможно, чрез комбинация от изследвания с използването на рентгенови лъчи в Argonne National Laboratory близо до Чикаго, където двете различни структури са доказани и в голямата рентгено-лъчева лаборатория DESY в Хамбург, където било възможно проследяването на динамиката на двете фази, която действително демонстрира, че и двете са в течно състояние. Водата може по този начин да съществува в две различни флуидни форми.
„Много е вълнуващо да имаш възможността да използваш рентгеновите лъчи, за да определиш относителната позиция между молекулите в различно време“, казва още Фивос Перакис от Стокхолмския Университет, който има опит в супер бързата оптична спектроскопия.
„Ние имахме възможността подробно да проследим трансформацията на пробата при ниска температура между двете фази и демонстрирахме, че има дифузия, която е типична за флуидите.“
Когато мислим за леда, то най-често го свързваме с подредена кристална форма, която вземаме от формата за лед, но най-основната форма на леда на нашата планетарна система е аморфната, която е „неподредена“ и представя лед в двете му форми с ниска и висока плътност. И двете форми може да се преобразуват и вследствие на това съществува спекулация, че те могат да бъдат свързани с ниската и висока плътност на водата в течното ѝ състояние. Голямото предизвикателство, експериментално да бъдат проучени тези хипотези, е вече преодоляно от групата учени на университета в Стокхолм.
„Аз изучавам аморфния лед от много време с цел да определя дали може да бъде дефиниран като стъкловиден/прозрачен, представлявайки замразена течност”, казва Катрин Аман-Винкел, изследовател по Химическа физика в Университета с Стокхолм. „Това е сбъдната мечта – да проследяваш в такива детайли как стъкловидното състояние на водата се трансформира във вискозна течност, която почти веднага се трансформира в дори по-гъста течност с много по-ниска плътност.“
„Възможността да правя нови открития за водата е изключително пленителна и е много вдъхновяващо за последващите ми проучвания“, казва Даниел Мариедал, докторант по Химическа физика в Стокхолмския университет. „Изключително вълнуващ е фактът, че бе осигурена нова информация, чрез рентгенови лъчи, а откривателят лъчението, Вилхелм Рьонтген, е допускал, че водата може да съществува в две различни форми и че взаимодействието между тях може да се окаже отговорно за техните странни свойства.“
„Новите резултати биват подкрепени от ситуация, при която водата при стайна температура не може да определи в коя от двете и форми да се намира, с висока или ниска плътност, което води до локални колебания между двете“, казва Ларс Г.М. Петерсон, професор по Теоретична физикохимия в Стокхолмския университет. „Накратко: водата не е сложен флуид, а две прости течности със сложна взаимовръзка.“
Тези нови резултати не само дават цялостно ново разбиране за водата при различна температура и налягане, но и показват как водата бива повлиявана от соли и важни за живота биомолекули. В допълнение, познанията за водата може да доведат до нови прозрения затова как да я пречистваме и обезсоляваме в бъдеще. Това ще бъде едно от важните бъдещи предизвикателства за човечеството, на фона на глобалните климатични промени.
Превод: Тодорка Станкова
Източник: Science Daily
