Fizycy wykazali, że w niskich temperaturach woda zamienia się w dwie ciecze

Nowy rodzaj „przejścia fazowego” w wodzie po raz pierwszy zaproponowano 30 lat temu w badaniu przeprowadzonym przez naukowców z Uniwersytetu Bostońskiego.

Uniwersytet. Autorzy badania zasugerowali następnie, że po znacznym ochłodzeniu ciekła woda powinna rozdzielić się na dwie formy o różnych gęstościach.

Jednak eksperymentalne potwierdzenie tej hipotezyjeszcze się nie udało, ponieważ przejście musi nastąpić w temperaturach, w których w normalnych warunkach woda zamienia się w lód. W artykule opublikowanym w czasopiśmie Nature Physics naukowcy z Uniwersytetu Birmingham i Uniwersytetu Sapienza w Rzymie dostarczają dowodów na istnienie „gęstej wody”.

Fizycy zastosowali symulacje komputerowe,wyjaśnić, jakie cechy odróżniają te dwie ciecze na poziomie mikroskopowym. Odkryli, że cząsteczki wody w cieczy o dużej gęstości tworzą struktury uważane za „złożone topologicznie”, takie jak węzeł koniczyny (podobny do precla) lub łącznik Hopf (podobny do ogniw łańcucha). W przeciwieństwie do tego, cząsteczki w cieczy o małej gęstości tworzą w większości proste pierścienie, a zatem cząsteczki w cieczy o małej gęstości nie są splątane.

Komputerowy model stanu wody o dużej gęstości. Zdjęcie: Andreas Neophytou i in., Nature Physics

Naukowcy wykorzystali w swoich symulacjachkoloidalne i molekularne modele wody. Koloidy to cząstki, które mogą być tysiąc razy większe niż pojedyncza cząsteczka wody. Ze względu na ich stosunkowo większy rozmiar, a tym samym wolniejszy ruch, koloidy są wykorzystywane do obserwacji i wyjaśniania zjawisk fizycznych, które występują również w znacznie mniejszych skalach atomowych i molekularnych.

W tym artykule po raz pierwszy proponujemy przyjrzeć sięprzejście fazowe ciecz-ciecz w oparciu o idee splątania sieciowego. Jestem przekonany, że praca ta zainspiruje nowe modelowanie teoretyczne oparte na koncepcjach topologicznych.

Francesco Sciortino, profesor Uniwersytetu Sapienza i współautor badania

Naukowcy uważają, że się rozwinęlimodel pomoże zaprojektować warunki eksperymentalne potwierdzające przemianę fazową w cieczy. Ponadto uważają, że podobne stany można zaobserwować w innych substancjach, takich jak krzem.

Czytaj więcej:

Rekordowy koronalny wyrzut masy w Betelgeuse jest 400 miliardów razy większy niż Słońce

Megalodon zjadał jednorazowo zwierzę wielkości orki

Everest znalazł ślady DNA, których nie powinno tam być