Woda dziwnie zachowuje się w niskich temperaturach. Z czego to wynika?

Najnowsze badania wskazują, że woda w niskich temperaturach rozdziela się na dwie różne ciecze. Jedna z nich zachowuje się jak koloid, a druga wręcz przeciwnie. Z czego to wynika?
Cząsteczki wody wykazują niezwykłe właściwości. Ale tak naprawdę dlaczego?
Cząsteczki wody wykazują niezwykłe właściwości. Ale tak naprawdę dlaczego?

Nowy rodzaj przejścia fazowego w wodzie zaproponowano po raz pierwszy 30 lat temu przez naukowców z Uniwersytetu Bostońskiego. Przewidywano, że przejście to zachodzi w warunkach superchłodzenia, ale potwierdzenie tego zjawiska było wyzwaniem. To dlatego, że w warunkach niskich temperatur woda “nie chce” być cieczą, a zamiast tego przemienia się w lód.

Teraz naukowcy z Uniwersytetu w Birmingham znaleźli dowód na przejście fazowe ciecz-ciecz, zaproponowane w 1992 r. przez prof. Francesco Sciortino. Wykorzystano symulacje komputerowe, aby pomóc wyjaśnić, jakie cechy odróżniają te ciecze na poziomie mikroskopowym. Odkryli, że cząsteczki wody w cieczy o dużej gęstości tworzą układy, które są uważane za “topologicznie złożone”, takie jak węzeł trefla (cząsteczki ułożone w taki sposób, że przypominają precla) lub ogniwo Hopfa (dwa ogniwa stalowego łańcucha).

Czytaj też: Jedno kliknięcie wystarczy, by morska woda zamieniła się w pitną

Cząsteczki w cieczy o dużej gęstości są splątane, natomiast cząsteczki w cieczy o małej gęstości tworzą przeważnie proste pierścienie, a więc cząsteczki w cieczy o małej gęstości nie są splątane. Szczegóły opisano w Nature Physics.

To badanie zapewnia nam nowe spojrzenie na to, co jest teraz 30-letnim problemem badawczym – miejmy nadzieję, że to dopiero początek.Andreas Neophytou z Uniwersytetu Birmingham

Woda o dwóch twarzach

Naukowcy wykorzystali w symulacji koloidalny model wody, a także dwa powszechnie stosowane molekularne modele wody. Koloidy to cząstki, które mogą mieć rozmiar tysiąc razy większy od pojedynczej cząsteczki wody. Koloidy są wykorzystywane do obserwacji i zrozumienia zjawisk fizycznych, które zachodzą również w znacznie mniejszych atomowych i molekularnych skalach długości.

W tej pracy po raz pierwszy proponujemy spojrzenie na przejście fazowe ciecz-ciecz oparte na idei splątania sieciowego. Jestem pewien, że ta praca zainspiruje nowatorskie modelowanie teoretyczne oparte na koncepcjach topologicznych.Prof. Francesco Sciortino z Uniwersytetu w Birmingham

Uczeni oczekują, że opracowany przez nich model utoruje drogę nowym eksperymentom, które potwierdzą teorię i rozszerzą koncepcję “splątanych” cieczy na inne ciecze.