Открыто новое состояние воды
Переохлажденная вода — это две жидкости в одной. К такому выводу пришли американские исследователи после проведения первых в истории измерений жидкой воды при температурах намного ниже ее обычной точки замерзания. Результаты исследования опубликованы в журнале Science, повідомляє РИА Новости.
Несмотря на чрезвычайно широкую распространенность, вода как химическое вещество до сих пор до конца не изучена. Ученые иногда называют ее самой загадочной субстанцией на Земле.
Дело в том, что вода не похожа на другие жидкости — при замерзании она расширяется, а не сжимается, как все остальные, ее плотность при этом уменьшается. Поэтому водяной лед не тонет, а плавает на поверхности. У воды высокая температура кипения и она прекрасный растворитель, поэтому в ней, при различных условиях, растворяется большинство органических и неорганических веществ. И, наконец, у нее огромный коэффициент поверхностного натяжения. Благодаря всем этим уникальным свойствам вода стала основой жизни на Земле.
Есть у воды еще одно интересное качество — она очень "неохотно" замерзает. Если другие жидкости начинают переходить в твердое состояние постепенно, сразу после того, как проходят точку замерзания, то вода "сопротивляется" до последнего. И для начала затвердевания ей всегда нужны ядра кристаллизации — взвешенные частицы минерального или органического происхождения.
Исследователи из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL) Министерства энергетики США решили проверить, если таких частиц не будет, до какой температуры вода останется жидкой.
Известно, что в облаках вода может присутствовать в виде переохлажденных капель даже при очень низких температурах, а потом, когда сверху, из более высоких и холодных слоев, в эти облака попадает мелкая ледяная пыль, капли моментально кристаллизуются и выпадают на землю в виде ледяной крупы или града.
Ученые в лаборатории разрушили лазером тонкую ледяную пленку, создав переохлажденную жидкую воду, а затем с помощью инфракрасной спектроскопии отследили все мельчайшие этапы ее преобразований в интервале температур от 135 до 245 кельвинов — от минус 138 до минус 28 градусов Цельсия.
На "стоп-кадрах" фазовых состояний ученые увидели, что при переохлаждении вода конденсируется в плотную жидкую фазу, которая продолжает сосуществовать с обычной жидкой фазой. При этом доля жидкости с высокой плотностью быстро уменьшается при повышении температуры от 190 до 245 кельвинов.
"Мы показали, что жидкая вода при очень низких температурах не только относительно стабильна, но и существует в двух структурных формах, — приводятся в пресс-релизе слова одного из авторов исследования Грега Киммела (Greg Kimmel). — Полученные данные позволяют разрешить давний спор о том, всегда ли глубоко переохлажденная вода кристаллизуется, прежде чем она уравновесится. Ответ — нет".
Авторы впервые экспериментально доказали, что переохлажденная вода может находиться в стабильном двухфазном жидко-жидком состоянии, а соотношение фаз варьирует в зависимости от температуры. Раньше считалось, что при переохлаждении вода неизбежно со временем переходит в твердое состояние.
Читайте также: Главный признак рекордного долголетия