Физики впервые на практике доказали, что жидкая вода существует в двух разных фазовых состояниях. Различия между ними исчезают при охлаждении воды до минус 58–66 градусов Цельсия и одновременном сжатии до давления в 800–1000 атмосфер. Это открытие объясняет многие необычные свойства воды, о чём сообщила пресс-служба Стокгольмского университета.
«Аномалии в поведении воды вызывают ожесточённые споры уже больше века со времён первых опытов Вольфганга Рентгена. Открытие ранее неизвестной критической точки, характерной для сверхохлаждённой воды, позволяет разрешить многие из этих диспутов. Теперь нам остаётся понять, как эти удивительные свойства жидкой воды влияют на разные физические, химические, биологические и геологические процессы», — заявил профессор Стокгольмского университета Андерс Нильссон.
Долгое время считалось, что жидкая вода может существовать лишь в одном состоянии. Только в 2020 году опыты со сверхохлаждённой водой показали: она может существовать в двух жидких формах с разной плотностью, теплоёмкостью и другими физическими характеристиками. Эти формы учёные назвали «жидкостью высокой плотности» и «жидкостью низкой плотности».
Читайте также:
● Водителям грозят суровые штрафы при поездке на дачу в новом сезоне
Разделить два этих состояния оказалось крайне сложно, поэтому до последнего времени физики не могли точно установить, как они образуются и есть ли у них так называемая критическая точка. Этим термином обозначают особое сочетание температуры и давления, при котором различия между двумя фазовыми состояниями вещества исчезают, — например, между водяным паром и жидкостью или между льдом и паром.
Новая «критическая точка» для воды
Чтобы найти эту точку для двух форм жидкой воды, учёные использовали сверхмощные рентгеновские лазеры и два вида твёрдой воды — аморфный лёд высокой и низкой плотности. В отличие от обычного льда с упорядоченной кристаллической структурой, в аморфном льду молекулы расположены хаотично, что особым образом сказывается на его плотности, теплоёмкости и других свойствах.
Европейские, южнокорейские и канадские физики выяснили, что при сверхбыстром нагреве обоих видов аморфного льда короткими вспышками рентгеновского излучения образуется особое фазовое состояние воды, в котором её две жидкие формы становятся неразличимы. Это происходит при температуре от минус 58 до минус 63 градусов Цельсия и давлении около 800–1000 атмосфер. Любое, даже незначительное отклонение от этих условий приводит к тому, что жидкости высокой и низкой плотности снова спонтанно разделяются и «перемешиваются».
Полученные результаты в целом совпадают с теоретическими моделями и данными косвенных измерений характеристик обеих форм воды. Подтверждение этих теорий позволяет объяснить многие известные аномалии: в частности, необычное изменение плотности воды при охлаждении до 0–4 градусов Цельсия, малую плотность льда и другие особенности, которых нет ни у одной другой жидкости на Земле и в космосе.
Читайте также:
● Где Страдивари брал дерево для своих скрипок?
● Испанский египтолог заявил, что пирамиды Гизы построила суперцивилизация
● Ученые заявили о происхождении человека от древнего одноглазого циклопа
● Исследователи раскрыли причину оледенения Земли длиной в 56 миллионов лет