Доказана двойственная природа воды
Обычно вода замерзает при температурах ниже 0 градусов по Цельсию. Происходит это из-за примесей, таких как пыль, на которых образуются кристаллы льда. Но чистая вода, в которой нет подобных пусковых механизмов кристаллизации, может оставаться жидкой при очень низких температурах — это называется переохлаждением.
В 1990-х годах группа физиков предположила, что при высоких давлениях и очень низких температурах переохлажденная вода распадается на две отдельные жидкости разной плотности. При атмосферном давлении переохлажденная вода временно меняет расположение молекул, образуя структуры высокой и низкой плотности, но ученые не смогли четко определить эти изменения. «Есть температурный диапазон, в котором [переохлажденную воду] очень трудно изучать, ставя над ней эксперименты», — говорит Лони Крингл из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории в Ричленде (штат Вашингтон, США).
При температуре от -113 до -38 градусов по Цельсию вода кристаллизуется очень быстро, даже если она абсолютно чистая. Это затрудняет определение ее свойств, поскольку измерения должны проводиться за доли секунды до того, как вода замерзнет.
Но Крингл и его коллеги поставили эксперимент, который чем-то напоминает покадровый просмотр фильма. Они нагрели тонкую пленку воды с помощью лазера, а затем быстро охладили жидкость. В инфракрасном свете ученые наблюдали за движением молекул воды. Затем они повторяли этот процесс, делая снимки изменений структуры вещества. Это позволило исследователям определить свойства жидкости при разных температурах, до того, как вода замерзала.
Экспериментаторы пришли к выводу, что поведение воды при нагревании и охлаждении можно объяснить сосуществованием в ней двух различных молекулярных структур, как и предсказывалось ранее. Однако команда не измерила плотность этих структур, а значит потребуются дополнительные эксперименты, которые подтвердят правильность теории.
Понимание таких странных свойств переохлажденной воды поможет раскрыть причины причуд воды, которая, в отличие от большинства веществ, при замерзании расширяется, становясь менее плотной, чем в жидком состоянии. Именно поэтому лед плавает на поверхности воды и не тонет.
