Неожиданно: вода состоит из двух жидкостей

Вода — привычная нам живительная жидкость, которая, казалось бы, изучена вдоль и поперёк, продолжает удивлять исследователей.

Не так давно химики открыли абсолютно новое состояние молекул H2O, а также впервые заморозили воду при температуре кипения. 

Но и это не все сюрпризы. Международная команда учёных выяснила, что вода, оказывается, ведёт двойную жизнь. Если более конкретно: у воды в жидком состоянии есть две различные фазы, заметно отличающиеся друг от друга по структуре и плотности вещества.

В целом известно более 70 различных свойств воды, которые отличают её от большинства жидкостей. В данном случае всё началось с понимания того факта, что лёд существует в двух формах: упорядоченной кристаллической и аморфной, причём лёд второго типа может иметь как высокую, так и низкую плотность. Более того, эти формы обладают взаимной конвертацией, то есть могут превращаться друг в друга.

Исследователи предполагали, что обе эти фазы могут быть связаны с низко- и высокоплотными формами жидкой воды, однако доказать это экспериментально до этого никому не удавалось. Пока не было проведено сразу два исследования: первое — с использованием рентгеновских лучей — в Аргоннской Национальной лаборатории близ Чикаго, а второе — в Исследовательском центре по физике частиц (DESY) в Гамбурге. В ходе первой работы были продемонстрированы различные структуры жидкости, во второй — динамика перехода. 

Как выяснилось, аморфный лёд — это стеклообразная форма воды. При низкой температуре (минус 163 градуса по Цельсию) учёные проследили за его переходом из этого состояния в вязкую плотную жидкость, которая при дальнейшем нагревании превратилась в ещё более вязкую жидкость меньшей плотности. Это происходит почти мгновенно, но при температуре минус 143 градуса по Цельсию скорость перехода заметно снизилась.

Хотя эксперименты проводились при низкой температуре, авторы работы полагают, что и при комнатной температуре вода представляет собой некое сочетание двух жидкостей и не может «выбрать», какую форму ей принять.

Авторы работы отмечают, что другим независимым группам теперь необходимо будет провести собственную проверку исследований, чтобы подтвердить открытие, прежде чем придётся переписывать школьные учебники.

«Никто не понимает воду, — признался редактор-консультант журнала Nature и автор книги „Биография воды” Филип Бол (Philip Ball).

— Неловко признаться в этом, но жидкость, которая покрывает две трети нашей планеты, по-прежнему остаётся загадкой. Хуже того, чем больше мы смотрим, тем больше накапливается вопросов».

«Особенно интересно, что новая информация была получена благодаря рентгеновским лучам, ведь пионер этого метода Вильгельм Рентген также предполагал, что вода может существовать в двух разных формах, а взаимодействие между ними может привести к проявлению её необычных свойств», — добавляет Даниэль Мариэдаль (Daniel Mariedahl) из Стокгольмского университета.

Научная работа по итогам исследования опубликована в журнале PNAS.

Читайте также: На Москву надвигается уникальный «штормовой удар»