Замороженная и жидкая одновременно: ученые обнаружили скрытое состояние воды

Вода, заключенная в нанопорах, переходит в новое состояние, когда ее молекулы заморожены на месте, но вращаются, как жидкость. Это состояние называется предтаянием воды и химики смогли впервые его наблюдать. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of the American Chemical Society, пишет Interesting Engineering.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Несмотря на то, что вода является самым известным веществом на Земле, она все еще хранит тайны, над раскрытием которых работают ученые. Находясь в крайне малых объемах, например, внутри белков, минералов или искусственных наноматериалов, вода ведет себя совершенно иначе, чем в больших объемах. Эти эффекты ограничения имеют решающее значение в природе и технологиях. Они регулируют поток ионов через клеточные мембраны и определяют работу нанофлюидных систем. Понимание поведения воды в таких масштабах может открыть двери для инноваций в области биологии и материаловедения.

Одно состояние воды в замкнутом пространстве называется состоянием предтаяния. В этом необычном состоянии вода колеблется между состоянием льда и превращением в жидкость одновременно. В этом состоянии воду нельзя классифицировать как жидкость или твердое тело. До сих пор ученые не наблюдали напрямую это состояние. Теперь же химики сообщили о первом прямом наблюдении состояния предтаяния воды.

Для проведения экспериментов ученые создала гексагональные стержнеобразные кристаллы с каналами шириной около 1,6 нанометра. Затем они заполнили эти нанопоры тяжелой водой, то есть оксидом дейтерия (тяжелый изотоп водорода).

В результате ученые обнаружили трехслойную структуру из ограниченных молекул воды, каждый слой которой демонстрировал определенные движения и водородные связи. Данные показали, что вода внутри нанопор замерзает, образуя структуру, которая отличается структуры льда в большом объеме. Вода начинает таять из-за искаженной структуры водородных связей, что приводит к состоянию предтаяния.

Чтобы изучить это новое состояние воды, ученые нагревали кристалл. Это позволило проследить переход воды из твердого в жидкое состояние и подтвердить существование двух, казалось бы, противоречивых состояний одновременно: жидкого и твердого. По слова химиков, это новое состояние воды, в котором сосуществуют замороженные слои воды и медленно движущаяся вода. Ученые обнаружили, что молекулы воды были зафиксированы в твердом состоянии, но продолжали вращаться со скоростями, характерными для жидкости.

Результаты исследования дают важное представление о структурном и динамическом поведении воды в замкнутом пространстве. Помимо биологии, они могут определить будущее технологий.

Контроль над свойствами воды при замерзании и таянии может привести к созданию более безопасных и эффективных материалов, что потенциально может изменить нанотехнологии.

Исследование показывает, как даже самое распространенное вещество в мире продолжает удивлять ученых. Вода, несмотря на свою известность, все еще скрывает состояния фазы и свойства, ожидающие своего открытия.

Как уже писал Фокус, физики обнаружили новое состояние жидкой воды. Ученые выяснили, что вода имеет два разных жидких состояния.

Также Фокус писал о том, что физики считают, что частицы темной материи, возможно, уже обнаружены. Гипотетические частицы под названием аксионы считаются главными кандидатами на роль темной материи. Физики считают, что похожие на аксионы частицы уже были обнаружены и остаются скрытыми в данных экспериментов на Большом адронном коллайдере.