Американские ученые впервые получили переохлажденную воду. Об этом сообщили авторы эксперимента, исследователи Городского университета Нью-Йорка (CUNY), опубликовав статью в журнале Science.
Полученная жидкость не замерзает при температуре –68°С. Ее изучение позволило доказать, что вода на самом деле состоит как минимум из двух разных типов жидкости, обладающих разными физическими свойствами.
«Пытаясь объяснить некоторые аномальные свойства воды при помощи расчетов на суперкомпьютерах, теоретики еще 30 лет назад предположили, что жидкая вода может существовать в двух разных состояниях. Эта противоречивая гипотеза была одним из самых важных вопросов в химии и физике воды, который не удавалось долго решить», — заявил профессор CUNY Николас Джовамбаттиста, слова которого приводит пресс-служба вуза.
В течение долгого времени ученые считали, что вода может находиться в жидком виде лишь в одном состоянии. На рубеже веков исследователи обнаружили, что пространственная структура и некоторые физические свойства молекул воды зависят от направления спинов атомов водорода. Тогда были раскрыты различия в химических свойствах двух подобных пространственных форм молекул воды — их назвали «паравода» и «ортовода».
Трудности с отделением этих форм друг от друга породили массу споров в научной среде. При проведении экспериментов с водой, охлажденной до сверхнизких температур, возникло предположение, что вода может существовать в жидком виде в двух разных формах (или фазовых состояниях), которые обладают сравнительно низкой и высокой плотностью. Исследователи дискутировали, существуют ли эти состояния в реальности или только в теории.
В теории вода может оставаться жидкостью при температурах до —70°С, однако добиться этого крайне сложно. Как правило, воду можно удерживать в жидком состоянии при температурах, не превышающих —48°С, но из нее нужно удалить все примеси, а охлаждать ее необходимо очень быстро.
Сейчас физики решили эту проблему, не охлаждая воду, а особым образом нагревая аморфный лед высокой плотности при помощи инфракрасного лазера на очень мощных и при этом сверхкоротких импульсах теплового излучения. Под этим воздействием плотность образца воды не менялась при таянии, что впервые позволило ученым увидеть, как формируется вода высокой плотности, а также проследить за ее превращением (переходом в другое агрегатное состояние) в воду легкой плотности.
Наблюдения подтвердили теорию, что оба типа жидкостей обладают разными свойствами, а также установили разницу в плотности двух форм — масса «тяжелой» воды была примерно на 20% больше, чем ее легкой разновидности. Как показали расчеты профессора Джовамбаттисты и его коллег, обе формы переохлажденной воды не будут смешиваться друг с другом в покое.
