Vedci potvrdili 30-ročnú teóriu: Voda môže mať ešte jedno kvapalné skupenstvo
Pri mimoriadne nízkych teplotách sa môžu molekuly rozdeliť, no dokázať to bolo až donedávna náročné.
Vedci z University of Birmingham vo svojej novej štúdii dokázali proces, ktorý sa po prvýkrát objavil ako teória pred 30 rokmi.
V novom výskume dokázali, že voda môže mať dve kvapalné skupenstvá. Hoci sa o tomto diskutovalo už niekoľko desaťročí, prechod na novú kvapalnú fázu môže nastať len pri špeciálnych podchladených podmienkach. Objaviť toto skupenstvo preto bolo pre výskumníkov náročné. Ako opisujú autori štúdie, pri teplotách umožňujúcich vznik tohto skupenstva voda „nechce“ byť vodou, namiesto toho hľadá spôsob, ako sa čo najrýchlejšie premeniť na ľad.
Nové štádium vody označujú vedci ako „kvapalno-kvapalné“. Na základe počítačových simulácií sa im podarilo objaviť štruktúry, ktoré prezrádzajú existenciu dvoch kvapalín na mikroskopickej úrovni. Jedna kvapalina má o niečo vyššiu hustotu a molekuly vody vykazujú vyššiu topologickú komplexnosť.
Sú totiž usporiadané spôsobom, ktorý pripomína praclík alebo dve prepojené oká reťaze. Vedci sa domnievajú, že molekuly v hustejšej vrstve sú viazané. Molekuly v redšej vrstve tvoria jednoduché kruhy a sú podľa štúdie neviazané.
„Naša práca prináša viac svetla do problému, ktorý pretrvával už 30 rokov. Veríme však v to, že naša práca je len začiatkom,“ vysvetľuje Andreas Neophytou, študent z University of Birmingham.
Nové chápanie vody
V simuláciách vedci využili takzvaný koloidný model vody. Koloid je druh častice, ktorý môže byť tisíckrát väčší ako jedna molekula vody. Koloidy sú väčšie a tým pádom sa pohybujú o niečo pomalšie. Vedci ich využívajú na pochopenie fyzikálnych fenoménov, ktoré sa odohrávajú v menších molekulárnych škálach.
Neprehliadnite
„Koloidný model vody nám poskytuje akúsi lupu, vďaka ktorej môžeme lepšie pochopiť správanie molekulárnej vody a odhaliť napríklad aj jej dve kvapalné vrstvy,“ vysvetľuje spoluautor štúdie, doktor Dwaipayan Chakrabarti.
V práci autori po prvýkrát v histórii predkladajú model prechodu vody do kvapalno-kvapalného skupenstva. Veria, že tento model inšpiruje aj ďalšie teoretické modely, na základe predstavených topologických konceptov. Tím, stojaci za objavom tvrdí, že sa im podarilo vydláždiť cestu k novým experimentom, ktoré nadviažu 30 rokov starú teóriu. Zároveň dúfajú v potvrdenie a rozšírenie konceptu previazaných kvapalín aj na iné látky, napríklad kremík.
Svetová špička v tomto odbore, Pablo Debenedetti opísal model ako „Nádhernú výpočtovú prácu.“ Podľa neho ide o prácu, ktorá odkrýva topologický základ pre existenciu odlišných kvapalných skupenstiev. Model by mohol priniesť lepšie chápanie pre tento ešte stále nie dobre preskúmaný fyzikálny fenomén.
„Práca prináša poznatky, ktoré rozširujú naše chápanie tej najdôležitejšej kvapaliny, akú poznáme – vody,“ dodáva Debenedetti.
Aj ďalší vedci, ktorí sa na model pozreli uznávajú jeho význam. Vysvetľujú, že voda odhaľuje svoje tajomstvá, jedno po druhom a v budúcnosti takmer s istotou prídu aj ďalšie fascinujúce objavy.
Komentáre