Există două stări lichide diferite ale apei, ambele formate din molecule H2O

Utilizând lasere cu raze X, cercetătorii de la Universitatea din Stockholm au reușit să urmărească transformarea dintre două stări lichide diferite ale apei, ambele formate din molecule H2O. La aproximativ -63 grade Celsius, cele două lichide există la regimuri de presiune diferite, cu o diferență de densitate de 20%. Prin variația rapidă a presiunii înainte ca proba să poată îngheța, un lichid ar putea fi observat schimbându-se în celălalt în timp real. Descoperirile sale sunt publicate în jurnal Ştiinţă.

Apa, obișnuită și necesară vieții pe Pământ, se comportă foarte ciudat în comparație cu alte substanțe. Modul în care proprietățile apei, cum ar fi densitatea, căldura specifică, vâscozitatea și compresibilitatea, răspund la schimbările de presiune și temperatură este complet opus celorlalte lichide pe care le cunoaștem. În consecință, apa este adesea numită „anormală”. Dacă apa s-ar fi comportat ca un „lichid normal” nu am exista, deoarece viața marină nu ar fi putut să se dezvolte. Totuși, rămâne o întrebare deschisă: ce cauzează aceste anomalii?

Au existat o serie de explicații pentru proprietățile ciudate ale apei și una dintre ele propune că apa are capacitatea de a exista ca două lichide diferite la presiuni diferite și la temperaturi scăzute. Dacă am putea păstra cele două lichide într-un pahar, acestea s-ar separa cu o interfață clară în mijloc, ca pentru apă și ulei (vezi figura). Apa obișnuită în condițiile noastre de mediu este doar un lichid și nicio interfață nu ar fi văzută într-un pahar, dar la nivel molecular, aceasta fluctuează creând regiuni locale mici de densitate similară celor două lichide, provocând un comportament ciudat al apei. Provocarea a fost că nu a fost posibil niciun experiment la temperaturi în care cele două lichide ar coexista, deoarece gheața s-ar forma aproape instantaneu. Până în prezent a fost posibilă investigarea apei în aceste condiții doar folosind diferite tipuri de simulări pe computer, ceea ce a condus la multe rezultate contradictorii în funcție de modelul utilizat.

„Ceea ce a fost special a fost că am putut face raze X inimaginabil înainte ca apa să înghețe și am putut observa cum un lichid s-a transformat în altul”, spune Anders Nilsson, profesor de fizică chimică la Universitate. din Stockholm. „De zeci de ani, au existat speculații și diferite teorii pentru a explica aceste proprietăți anormale și de ce sunt întărite atunci când apa se răcește. Am descoperit acum că cele două stări lichide sunt reale și pot explica ciudățenia apei.

„Am studiat diverse forme de înghețată dezordonată mult timp cu scopul de a determina dacă acestea pot fi considerate o stare de sticlă care reprezintă un lichid înghețat”, spune Katrin Amann-Winkel, cercetător principal în fizică chimică la Universitatea din Stockholm. . „Este un vis devenit realitate să vedem că ele reprezintă de fapt lichide reale și vedem transformarea dintre ele.”

„Am muncit foarte mult timp de câțiva ani pentru a face măsurători ale apei în condiții atât de scăzute, cât și de temperatură scăzută și este atât de plăcut să vedem rezultatul”, spune Harshad Pathak, cercetător în fizică chimică la Universitatea din Stockholm. „Au fost făcute multe încercări în întreaga lume pentru a căuta cele două lichide punând apă în compartimente mici sau amestecând-o cu alți compuși, dar aici am putea să o urmărim ca simplă apă pură”.

„Mă întreb dacă cele două stări lichide ca fluctuații ar putea fi un ingredient important pentru procesele biologice ale celulelor vii”, spune Fivos Perakis, profesor asistent de fizică chimică la Universitatea din Stockholm. “Noul rezultat poate deschide multe noi direcții de cercetare și asupra apei în științele biologice.”

„Poate că una dintre formele lichide este mai importantă pentru apa din membranele cu pori mici, care sunt folosite pentru desalinizarea apei”, spune Marjorie Ladd Parada, un coleg postdoctoral la Universitatea din Stockholm. „Cred că accesul la apă curată va fi una dintre principalele provocări ale schimbărilor climatice”.

„Au existat dezbateri intense cu privire la originea proprietăților ciudate ale apei de mai bine de un secol de la lucrările timpurii ale lui Wolfgang Röntgen”, explică Anders Nilsson. „Cercetătorii care studiază fizica apei se pot baza acum pe modelul că apa poate exista ca două lichide în regimul de răcire superioară. Următorul pas este de a afla dacă există un punct critic atunci când cele două lichide se încrucișează pentru a deveni un singur lichid, pe măsură ce presiunea și temperatura se schimbă. O mare provocare pentru următorii ani. “

Pentru mai multe informații despre această descoperire, citiți Cercetătorii arată că apa are mai multe stări lichide cu proprietăți semnificativ diferite.

Referință: „Observație experimentală a tranziției lichid-lichid în apă răcită în masă sub presiune” de Kyung Hwan Kim, Katrin Amann-Winkel, Nicolas Giovambattista, Alexander Späh, Fivos Perakis, Harshad Pathak, Marjorie Ladd Parada, Cheolhee Yang, Daniel Mariedahl, Tobias Eklund, Thomas. J. Lane, Seonju You, Sangmin Jeong, Matthew Weston, Jae Hyuk Lee, Intae Eom, Minseok Kim, Jaeku Park, Sae Hwan Chun, Peter H. Poole și Anders Nilsson, 20 noiembrie 2020, Ştiinţă.
DOI: 10.1126 / science.abb9385

Studiul a fost realizat în cooperare cu Universitatea POSTECH din Coreea, PAL-XFEL din Coreea, Laboratorul Național de Acceleratoare SLAC din California, Universitatea Brooklyn din New York City University din Statele Unite și Universitatea St. Louis. . Francis Xavier al Canadei. Alte persoane care au contribuit la studiu sunt foști membri ai grupului de fizică chimică a Universității din Stockholm: Kyung Hwan Kim, Alexander Späh, Daniel Mariedahl, Tobias Eklund și Matthew Weston.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Apneea obstructivă în somn este frecventă la persoanele cu tulburări cognitive – este tratabilă

O tulburare de somn tratabilă în mod obișnuit la persoanele cu probleme de gândire și memorie. Apnee obstructivă în somn - respirația se oprește de...

Oamenii de știință dezvăluie cheia creșterii musculare adecvate

Analiza imunofluorescenței unui grup de celule stem proliferante asociate cu fibre musculare (gri). Celulele stem produc Dll1 (roșu) și MyoD (verde). Două...

ExoMars Orbiter surprinde fermitatea la locul de aterizare al craterului Mars Jezero

ESA-Roscosmos Trace Gas Orbiter a observat vehiculul NASA Perseverance Mars 2020, împreună cu o parașută și o carapace spate, un scut termic și o...

Reglarea cuantică în grafen avansează era comunicațiilor fără fir Terahertz de mare viteză

Tunelare cuantică. Credit: Daria Sokol / Biroul de presă MIPT Oamenii de știință de la MIPT, Universitatea Pedagogică de Stat din Moscova și Universitatea...

Utilizarea moleculelor vibrante pentru a investiga proprietățile undelor materiei

Ionii moleculari HD + (perechi de puncte galbene și roșii) într-o capcană de ioni (gri) sunt iradiați de o undă laser (roșu). Acest...

Newsletter

Subscribe to stay updated.