Ученые сделали фундаментальное открытие, обнаружив, что вода имеет два жидких состояния

Ученые сделали фундаментальное открытие, обнаружив, что вода имеет два жидких состояния
Владимир Медяник

Владимир Медяник

ноябрь 21, 2020

Международная команда исследователей сделала фундаментальное открытие, обнаружив, что вода может пребывать в двух различных жидких состояниях. Исследование опубликовано в журнале Science, передает Naked Sciece.

Вода, как известно, является одной из ключевых основ жизни, поэтому ее фазовое поведение имеет фундаментальное значение для самых разных областей науки и техники — от биохимии до материаловедения и промышленных процессов. Знание о ее состояниях может иметь большое значение для научных и инженерных достижений.

Привычное нам жидкое состояние воды соответствует температуре около 25 градусов Цельсия. Идею о том, что жидкая вода может находиться в двух разных состояниях, высказали около 30 лет назад на основании теоретических выкладок и компьютерного моделирования, которое показало: при сильном охлаждении она должна переходить в другое состояние жидкости.

Однако показать это экспериментальным путем пока не удавалось, поскольку при таком охлаждении кристаллизация льда происходит чрезвычайно быстро и «увидеть», что происходит с «жидкой» водой, крайне сложно. До этого момента воду в жидком состоянии могли «удержать» лишь при температурах, не ниже минус 48 градусов Цельсия. Международная группа исследователей смогла добиться жидкого состояния воды при более низких температурах.

Для этого ученые провели эксперимент с использованием инфракрасного фемтосекундного лазера и рентгена. То есть воду не охлаждали, а нагревали аморфный лед высокой плотности особым способом при помощи инфракрасного лазера, который вырабатывал сверхкороткие, но мощные импульсы тепла.

В результате воду удалось «догреть» до температуры в минус 63 градуса Цельсия, а затем подсветить рентгеном, наблюдая за ее состоянием. Выяснилось, что вода при этом может существовать в виде жидкости с низкой плотностью при низком давлении и в виде жидкости с высокой плотностью при высоком давлении.

У этих двух образцов воды оказались разные свойства, а плотность различалась на 20 процентов. Таким образом, ученые предполагают, что в таких состояниях две жидкости не будут смешиваться друг с другом, сосуществуя примерно так же, как нефть и вода.