Вода оказалась двумя различными жидкостями

Международная группа ученых из Германии, Швеции и Австрии обнаружила, что вода при комнатной температуре состоит из двух жидкостей, различных по плотности и вязкости. При быстром охлаждении они переходят в две формы аморфного льда. Статья физиков опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

В предыдущих исследованиях теоретические модели, имитирующие поведение воды на молекулярном уровне, продемонстрировали, что оксид водорода может находиться в двух жидких формах, способных переходить друг в друга. В пользу этой гипотезы свидетельствовал тот факт, что аморфный лед, в котором молекулы воды расположены случайным образом (как атомы в стекле), может также принимать состояния с высокой (HDA) и низкой (LDA) плотностью. Однако экспериментальных подтверждений связи этих форм льда с переохлажденной водой до сих пор получено не было.

Для изучения структурных изменений, происходящих при переходе аморфного льда из более плотного состояния в менее плотное при давлении в одну атмосферу, физики воспользовались методом рентгеновской спектроскопии, основанным как на малоугловом рентгеновском рассеянии (SAXS), так и на широкоугловом (WAXS). В результате высокоэнергетические фотоны при взаимодействии с молекулами воды отклонялись на малые и больше углы соответственно. С помощью WAXS ученые смогли определить плотность молекул, а с помощью SAXS — их динамику.

Исследователи выяснили, что при температуре выше 110 кельвинов (минус 163 градуса Цельсия) плотный аморфный лед начинает переходить в плотную жидкость (HDL). При дальнейшем нагревании также появляется и вторая, менее плотная форма воды (LDL), однако при 130 кельвинах скорость перехода из HDL в LDL снижается. На основе этих результатов физики пришли к выводу, что при комнатной температуре вода состоит из двух форм жидкости.