Все мы еще со школьной скамьи знаем, что вода бывает в трех состояниях — жидком, твердом и газообразном, то есть существует непосредственно в виде воды, в виде льда и пара. Однако у одного и того же вещества может быть несколько твердых состояний. Различие заключается только в том, как атомы расположены друг относительно друга. Причем это их расположение является решающим для таких свойств, как плотность, прочность, прозрачность, а порой даже стоимость. Лучшим тому примером служит алмаз и графит — оба этих вещества являются углеродом, но в разных состояниях. Спутать их, согласитесь, не получится так же, как не получится и превратить графит в алмаз или наоборот. У воды тоже существуют разные твердые состояния, причем их открыто уже 14. Причем во вселенной преобладает вода в необычных для Земли формах. Несколько десятков лет назад ученые предположили, что и у жидкой воды есть несколько состояний. И вот совсем недавно эта гипотеза получила научное подтверждение. Но, что представляет собой второе состояние воды и в каких условиях возникает?
Ученые обнаружили второе жидкое состояние воды, которое возникает при температуре -60 градусов
Второе состояние воды — откуда взялась гипотеза
Впервые ученые предположили, что жидкая вода может иметь второе состояние около тридцати лет назад. Основой для нее послужило компьютерное моделирование. Тогда ученые рассчитали, что второе состояние жидкой воды возникает при температуре -70 градусов. При этом давление должно составлять тысячи атмосфер. Соответственно, жидкость обладает более высокой плотностью, так как молекулы расположены ближе друг к другу.
По этой причине два состояния воды в одной емкости будут образовывать слои и никогда не смешаются между собой. Примерно так же, как масло и вода — растворить одно в другом не получится, так как масло имеет меньшую плотность, в результате чего всплывает на поверхность воды и распределяется тонкой пленкой.
Учитывая условия, при которых появляется второе состояние воды, ученые длительное время не могли подтвердить гипотезу. Ведь при температуре -60 градусов вода, независимо от ее состояния, почти моментально затвердевает. То есть исследователи долгое время просто не успевали уловить другое состояние.
Во втором жидком состоянии вода смогла просуществовать не более трех микросекунд
Как второе жидкое состояние воды удалось зафиксировать
Спустя 30 лет ученым-физикам наконец удалось доказать, что вода действительно может иметь, как минимум, два состояния. Результаты опытов опубликованы в журнале Science. Для эксперимента авторы использовали два фемтосекундных лазера. Один из них инфракрасный, который позволяет моментально нагревать лед и превращать его в воду. Второй, рентгеновский, использовался для зондирования образца, то есть позволял ученым отслеживать в каком состоянии находится вода в тот или иной момент времени.
В результате им удалось зафиксировать образование необычных пузырей, которые содержали воду во втором жидком состоянии. Правда, существовала она непродолжительное время — от 20 наносекунд до 3 микросекунд. Через несколько микросекунд вода переходила в твердое состояние. Но главное, что теория тридцатилетней давности была подтверждена.
Аномальные свойства воды и в чем практическая польза эксперимента
Вода — весьма загадочное вещество с точки зрения химии и физики. Она является отличным растворителем, и это свойство служит основой физиологии живых существ. К примеру, человек состоит из воды на 70-80%. Каждый из нас, по сути — большая вертикальная лужа. Но это не единственная ее интересная особенность.
Человек на 70-80% состоит из воды
Как известно, все вещества в твердом состоянии обладают более высокой плотностью, чем в жидком. Но только не вода! Замерзая, она увеличивается в объеме и становится легче. Если бы не это свойство, вся жизнь на Земле выглядела бы иначе, ведь водоемы промерзали бы до дна, а в полярных широтах не было бы плавучих льдов, так сильно влияющих на климат.
Поэтому, изучая свойства воды, ученые лучше понимают основы самых разных процессов, начиная от климатических, и заканчивая биохимическими. Конечно, на земле второе состояние воды, не встретить. Для этого требуется высокое давление, не говоря уже о том, что существует такая жидкость несколько мгновений. Однако выявленный феномен может возникать в результате определенных свойств, которые, возможно, проявляются и в нормальных земных условиях.
Напоследок еще несколько интересных фактов. Мало кто знает, что воздействие низких температур на воду приводит к самым неожиданным результатам. Так при температуре -120 градусов она из твердого состояния становится сверхвязкой и тягучей. А если ее продолжить охлаждать до -135 градусов, вода превратится в твердое вещество без кристаллической структуры, аналогично стеклу.
По материалам hi-news
