Ученые нашли новые формы воды

Ученые из Индии и Италии утверждают, что им удалось обнаружить две формы жидкой воды. Существование этих форм было предсказано теоретически, однако обнаружить их экспериментально пока никому не удавалось. Опубликованы ли результаты в каком-либо научном журнале, не сообщается. Коротко о работе пишет портал Nature News.

У воды наблюдается целый ряд необычных физических свойств. Так, в отличие от большинства других жидкостей, плотность воды при замерзании уменьшается, а не увеличивается. Максимальную плотность жидкая вода имеет при четырех градусах Цельсия. Если бы вода была "стандартной" жидкостью, то ее плотность была бы максимальной при нуле градусов Цельсия, непосредственно перед переходом в твердую фазу. Особенности воды объясняются наличием между ее молекулами водородных связей. Они являются относительно слабыми, но когда речь идет о большом (точнее, огромном) количестве молекул, они начинают играть существенную роль.

В 1992 году группа ученых под руководством Джина Стэнли (Gene Stanley) из Бостонского университета в Массачусетсе высказала предположение, что при низких температурах и высоком давлении водородные связи могут обеспечить существование двух форм воды. Первая форма получила название жидкости низкой плотности ("сеть" связанных водородными связями молекул рыхлая), а вторая — жидкости высокой плотности (часть водородных связей разрывается, и молекулы воды "сжимаются" плотнее). Между двумя формами воды возможны фазовые переходы, подобные переходам между твердой и жидкой фазами. Теория Стэнли и коллег объясняла особенности воды именно конкуренцией между двумя формами.

Свои выводы группа сделала только на основании компьютерной модели, без экспериментального подтверждения. Одной из трудностей, препятствующих проведению опытов, была невозможность сохранить воду в жидком состоянии при нужной температуре — ниже -75 градусов Цельсия. Авторы новой работы решили "запереть" жидкую воду в ячейки из льда.

При помощи технологии электронного парамагнитного резонанса ученые изучали подвижность молекул воды в крошечных ледяных ячейках при температуре около -183 градусов Цельсия. Исследователи наблюдали за перемещениями специального зонда, помещенного в ячейки и не способного проникать в ледяные стенки. "Плотная" фаза воды является более вязкой, соответственно движение зонда в ней должно замедляться. В "рыхлой" фазе он должен перемещаться быстрее.

По результатам экспериментов ученые заключили, что при температурах от -140 до 0 градусов Цельсия в ячейках присутствуют обе фазы воды. При изменении температуры соотношение "плотной" и "рыхлой" воды изменяется.

С выводами новой работы согласны не все специалисты. По мнению некоторых из них, приведенных экспериментальных данных недостаточно для однозначного утверждения, что в ячейках присутствуют именно вода в разных фазах. Также существует мнение, что замеченные авторами изменения в движении зонда объясняются тем, что при замерзании вода высвобождает в ячейки содержавшиеся в ней примеси (аналогично тому, как при испарении морской воды остается соль).

Совсем недавно появилась работа, авторы которой изучали новые формы твердой воды — льда. Они смогли получить его новый тип, который называется XV (пятнадцатый из уже известных).