Вода – звична багатьом цілюща рідина, яка, здавалося б, вивчена вздовж і впоперек, продовжує дивувати дослідників. Не так давно хіміки відкрили абсолютно новий стан молекул H2O, а також вперше заморозили воду при температурі кипіння.
Але і це не всі сюрпризи. Міжнародна команда вчених з’ясувала, що вода, виявляється, веде “подвійне життя”. Якщо більш конкретно: у води в рідкому стані є дві різні фази, які помітно відрізняються одна від одної по структурі і щільності речовини.
Загалом відомо понад 70 різних властивостей води, які відрізняють її від більшості рідин. В даному випадку все почалося з розуміння того факту, що лід існує у двох формах: впорядкованої кристалічної і аморфної, причому лід другого типу може мати як високу, так і низьку щільність. Більш того, ці форми мають взаємну конвертацію, тобто можуть перетворюватися один в одного.
Дослідники припускали, що обидві ці фази можуть бути пов’язані з низько – і високощільними формами рідкої води, однак довести це експериментально до цього нікому не вдавалося. Поки не було проведено одразу два дослідження: перше – з використанням рентгенівських променів – в Аргоннській Національній лабораторії поблизу Чикаго, а друге – Дослідному центрі з фізики частинок (DESY) в Гамбурзі. У ході першої роботи були продемонстровані різні структури рідини, у другій — динаміка переходу.
Як з’ясувалося, аморфний лід – це склоподібна форма води. При низькій температурі (мінус 163 градуси за Цельсієм) вчені простежили за його перетворенням з цього стану в щільну в’язку рідину, яка при подальшому нагріванні перетворилася у ще більш в’язку рідину меншої щільності. Це відбувається майже миттєво, але при температурі мінус 143 градуси за Цельсієм швидкість переходу помітно знизилася.
Хоча експерименти проводилися при низькій температурі, автори роботи вважають, що і при кімнатній температурі вода представляє з себе якесь поєднання двох рідин і “не може вибрати”, яку форму їй прийняти.
Автори роботи відзначають, що іншим незалежним групам тепер необхідно буде провести власну перевірку досліджень, щоб підтвердити відкриття, перш ніж доведеться переписувати шкільні підручники.
“Ніхто не розуміє воду, – зізнався редактор-консультант журналу Nature і автор книги “Біографія води” Філіп Бол (Philip Ball). – Ніяково зізнатися в цьому, але рідина, яка покриває дві третини нашої планети, як і раніше залишається загадкою. Гірше того, чим більше ми дивимося, тим більше накопичується питань”.
“Особливо цікаво, що нова інформація була отримана завдяки рентгенівським променям, адже піонер цього методу Вільгельм Рентген також припускав, що вода може існувати у двох різних формах, а взаємодія між ними може призвести до прояви її незвичайних властивостей”, — додає Даніель Маріедаль (Daniel Mariedahl) зі Стокгольмського університету.
Наукова робота за підсумками дослідження опублікована в журналі PNAS.