Ученые открыли четвертое состояние воды
Вода – самая распространенная и, казалось бы, самая изученная на земле жидкость. Однако она не спешит раскрывать свои тайны. В сентябре 2020 г. ученые представили доказательства существования неизвестного ранее стабильного двухфазного состояния воды.
Привычное для человека агрегатное состояние воды на Земле – жидкость, но при изменении физических параметров загадочная субстанция ведет себя совсем не как другие жидкости. При замерзании она расширяется, плотность твердого льда становится меньше плотности жидкой воды. Именно поэтому льдинки не тонут, а плавают по поверхности до своего полного таяния.
Высокий коэффициент поверхностного натяжения позволяет воде структурировать капли большого размера, а некоторые насекомые скользят по водной глади как по твердому льду. Большинство органических веществ в воде растворяется и, наконец, температура кипения и перехода воды в газообразное состояние по земным меркам достаточно высока.
Еще одну особенность H2O раскрыли ученые Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (США). При достижении температуры замерзания вода «сопротивляется», не желая переходить в твердое состояние. Этот процесс можно наблюдать в облаках, где при очень низких температурах она находится в форме капель. И только тогда, когда в облака попадает мельчайшая ледяная пыль, капли превращаются в град или крупу и устремляются к земле. Иными словами, для затвердевания жидкости нужны ядра кристаллизации.
Команде ученых под руководством Грега Киммела удалось отследить, как изменяется структура воды при температуре от –138 до – 28 градусов С. Все метаморфозы переохлажденной воды отслеживали с помощью инфракрасной спектроскопии. Оказалось, что в указанном температурном диапазоне вода находится в двух структурных формах – плотной и обычной жидкой фазе. С изменением температуры изменяется соотношение долей разных форм жидкости.
Это исследование позволило доказать, что утверждение о неизбежном переходе жидкой воды в твердое состояние при переохлаждении неверное. При отсутствии ядра кристаллизации вода неопределенное время может пребывать в стабильном двухфазном жидком состоянии.