Ученые доказали, что вода может иметь несколько жидких состояний

Аномалии фазовых состояний воды долгие годы изучают физики и химики всего мира.

Ученые экспериментально доказали, что переохлажденная вода может существовать в виде двух несмешивающихся жидких фаз с различной плотностью. Результаты исследований опубликованы в журнале Science.

Вода — одно из самых распространенных веществ. При этом она обладает уникальными физическими свойствами — при изменении давления и температуры ведет себя не так, как другие жидкости. Аномалии фазовых состояний воды долгие годы изучают физики и химики всего мира.

Всем знакомо обычное жидкое состояние воды при нормальной температуре. Однако еще тридцать лет назад ученые предположили, что при сверхнизких температурах у воды может быть несколько жидких состояний.

Исследователи из США, Канады, Швеции и Южной Кореи под руководством Николаса Джовамбаттиста (Nicolas Giovambattista), профессора Городского университета Нью-Йорка и заведующего кафедрой физики Бруклинского колледжа экспериментально доказали, что при минус 63 градусах Цельсия вода может при низком давлении существовать в виде жидкости с низкой плотностью, а при высоком — в виде жидкости с высокой плотностью.

Эти две жидкости имеют заметно разные свойства — отличаются по плотности на 20 процентов и при соответствующих условиях не смешиваются друг с другом, как нефть и вода.

"Эта противоречащая интуиции гипотеза с самого начала была одним из самых важных вопросов в химии и физике воды, — приводятся в пресс-релизе Городского университета Нью-Йорка слова Николаса Джовамбаттиста. — Это потому, что эксперименты, в которых можно получить два жидких состояния сразу, очень сложные из-за казалось бы неизбежного образования льда в условиях, когда теоретически должны существовать две жидкости".

Компьютерное моделирование осуществлялось в университетах США и Канады, а сами эксперименты — в Стокгольмском университете, Пхоханском университете науки и технологии в Южной Корее, а также на ускорителях PAL-XFEL в Корее и SLAC в Калифорнии.

"Остается открытым вопрос, как наличие двух жидких фаз может повлиять на поведение водных растворов в целом и биомолекул в водной среде в частности, — говорит Джовамбаттиста. — Это мотивирует нас на дальнейшие исследования".

Авторы считают, что доказанные ими необычные характеристики фазового поведения воды неизбежно потребуют внесения корректив в многочисленные научные и инженерные приложения в таких отраслях, как криоконсервация, криобиология и материаловедение.