Ученые подтвердили существование двух фазовых состояний жидкой воды
Физики впервые на практике продемонстрировали, что жидкая вода действительно существует в двух различных фазовых состояниях. Различия между этими состояниями исчезают при охлаждении до температуры от -58 до -66 градусов Цельсия и при сжатии до давления в 800-1000 атмосфер. Это открытие, сообщила пресс-служба Стокгольмского университета, помогает объяснить множество странностей в свойствах и поведении воды. Об этом пишет ТАСС.
Профессор Стокгольмского университета Андерс Нильссон отметил: "Аномалии в поведении воды вызывают ожесточенные споры уже больше века со времен первых опытов Вольфганга Рентгена. Открытие ранее неизвестной критической точки, характерной для сверхохлажденной воды, позволяет разрешить многие из этих диспутов. Теперь нам остается понять, как эти удивительные свойства жидкой воды влияют на разные физические, химические, биологические и геологические процессы."
Долгое время считалось, что вода может находиться лишь в одном жидком состоянии. Однако эксперименты 2020 года с сверхохлажденной водой указали на существование двух форм: "жидкости высокой плотности" и "жидкости низкой плотности", которые отличаются по плотности, теплоемкости и другим физическим свойствам.
Разделить эти две формы оказалось чрезвычайно сложно, что долгое время мешало физикам определить их характерные особенности и наличие критической точки. Эта точка — особая комбинация температуры и давления, при которой исчезают различия в свойствах различных фаз вещества.
Ученые впервые подтвердили существование этой критической точки для двух форм жидкой воды, экспериментируя с мощными рентгеновскими лазерами и аморфным льдом. В отличие от обычного льда, аморфный лед имеет беспорядочную структуру, что влияет на его физические характеристики.
Европейские, южнокорейские и канадские физики установили, что быстрый нагрев аморфного льда приводит к образованию уникальной фазовой формы воды, где различия между двумя жидкими формами исчезают. Это происходит при температуре от -58 до -63 градусов Цельсия и давлении около 800-1000 атмосфер. Даже небольшие изменения в температуре или давлении приводят к "перемешиванию" жидкостей высокой и низкой плотности.
Результаты замеров согласуются с теоретическими моделями и данными непрямых измерений характеристик жидкой воды. Это подтверждение помогает объяснить многие аномалии, включая необычные изменения плотности при охлаждении до 0-4 градусов Цельсия и низкую плотность льда, которые не наблюдаются у других жидкостей как на Земле, так и в космосе.