Физики впервые на практике продемонстрировали то, что жидкая вода действительно обладает двумя разными фазовыми состояниями, различия между которыми исчезают при ее охлаждении до температуры в минус 58−66 градусов Цельсия и при сжатии до давления в 800−1000 атмосфер — пишет « Hi-Tech_Mail.ru ».
Это открытие объясняет многие странности в свойствах и поведении жидкой воды, сообщила пресс-служба Стокгольмского университета. «Аномалии в поведении воды вызывают ожесточенные споры уже больше века со времен первых опытов Вольфганга Рентгена. Открытие ранее неизвестной критической точки, характерной для сверхохлажденной воды, позволяет разрешить многие из этих диспутов. Теперь нам остается понять, как эти удивительные свойства жидкой воды влияют на разные физические, химические, биологические и геологические процессы», — заявил профессор Стокгольмского университета (Швеция) Андерс Нильссон, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
Как отмечают ученые, долгое время ученые считали, что вода может находиться лишь в одном состоянии в жидком виде. Лишь в 2020 году эксперименты со сверхохлажденной водой указали на то, что она существует в жидком виде в двух формах, фазовых состояниях, обладающих сравнительно низкой и высокой плотностью, теплоемкостью и некоторыми другими физическими свойствами.
Разделить эти формы воды, которые физики назвали «жидкостью высокой плотности» и «жидкостью низкой плотности», оказалось невероятно сложно, из-за чего до настоящего времени физики не могли определить, как они формируются и характерна ли для них так называемая критическая точка. Так ученые называют особые комбинации температуры и давлений, при которых исчезают различия в свойствах разных фазовых состояний вещества: к примеру, между водяным паром и жидкостью или льдом и паром.
Новая «критическая точка» для воды
Ученые впервые подтвердили существование этой точки для двух форм жидкой воды и определили ее положение, экспериментируя со сверхмощными рентгеновскими лазерами и двумя формами твердой воды — аморфным льдом высокой и низкой плотности. В отличие от обычного льда, молекулы воды в котором организованы в кристаллы, аморфный лед имеет беспорядочное устройство, что особым образом влияет на его плотность, теплоемкость и другие свойства.
Европейские, южнокорейские и канадские физики обнаружили, что сверхбыстрый нагрев и того, и другого аморфного льда при помощи коротких вспышек рентгена приводит к формированию особой фазовой формы воды, в которой различия между ее двумя жидкими формами исчезают. Это происходит в тех случаях, если эта жидкость находится при температуре в минус 58−63 градуса Цельсия и при этом она сжата до давления примерно в 800−1000 атмосфер. Даже малейшие отклонения температуры и давления от этой точки приводят к спонтанному формированию и «перемешиванию» жидкостей высокой и низкой плотности.
Как отмечают ученые, результаты проведенных ими замеров в целом согласуются с теоретическими моделями и данными непрямых измерений характеристик жидкой воды высокой и низкой плотности. Подтверждение этих теорий позволяет объяснить многие аномалии в свойствах воды, в том числе необычные перемены в ее плотности при ее охлаждении до температуры в 0−4 градуса Цельсия, низкую плотность льда и прочие необычные черты, не характерные для всех остальных жидкостей на Земле и в космосе, подытожили ученые.
