Existují dva různé stavy kapalné vody, oba tvořené molekulami H2O

S pomocí rentgenových laserů byli vědci na Stockholmské univerzitě schopni sledovat transformaci mezi dvěma různými kapalnými skupinami vody, které se skládají z molekul H2O. Při teplotě kolem -63 stupňů Celsia jsou obě kapaliny v různých tlakových rozsazích s rozdílem hustoty 20%. Rychlou změnou tlaku před zamrznutím vzorku bylo možné sledovat změnu jedné kapaliny na druhou v reálném čase. Vaše výsledky budou zveřejněny v časopise Věda.

Voda, která je běžná a nezbytná pro život na Zemi, se ve srovnání s jinými látkami chová velmi podivně. To, jak vlastnosti vody, jako je hustota, měrné teplo, viskozita a stlačitelnost, reagují na změny tlaku a teploty, je zcela opačné než u jiných známých kapalin. Ve výsledku se voda často označuje jako „abnormální“. Kdyby se voda chovala jako „normální kapalina“, neexistovali bychom, protože by se nemohl vyvinout žádný mořský život. Stále však existuje otevřená otázka: co tyto anomálie způsobuje?

Existuje několik vysvětlení zvláštních vlastností vody a jedno z nich naznačuje, že voda může existovat jako dvě různé kapaliny při různých tlacích a při nízkých teplotách. Pokud bychom dokázali udržet obě kapaliny ve sklenici, oddělili by se s jasným rozhraním mezi nimi, jako je voda a olej (viz obrázek). Obyčejná voda za našich okolních podmínek je pouze kapalina a ve sklenici není vidět žádné rozhraní. Na molekulární úrovni však kolísá a vytváří malé lokální oblasti podobné hustoty jako obě kapaliny, což má za následek podivné chování ve vodě. Úkolem bylo, že při teplotách, při nichž by obě kapaliny koexistovaly, nebyl možný žádný experiment, protože led se formoval téměř okamžitě. Doposud bylo možné studovat vodu pouze za těchto podmínek pomocí různých typů počítačových simulací, což vedlo k mnoha protichůdným výsledkům v závislosti na použitém modelu.

“Zvláštní věcí bylo, že jsme byli schopni neuvěřitelně rychle rentgenovat, než byla voda zmrzlá, a mohli jsme sledovat, jak se jedna kapalina přeměňuje na druhou,” říká Anders Nilsson, profesor chemické fyziky na stockholmské univerzitě. “Po celá desetiletí existovaly spekulace a různé teorie, které by vysvětlovaly tyto anomální vlastnosti a proč se zesilují, jak voda chladne.” Nyní jsme zjistili, že dva kapalné stavy jsou skutečné a mohou vysvětlit podivnost vody. “

“Dlouho jsem studoval různé formy neuspořádaného ledu, abych zjistil, zda je lze považovat za skelný stav zmrzlé kapaliny,” říká Katrin Amann-Winkel, hlavní výzkumný pracovník v chemické fyzice na Stockholmské univerzitě. „Splněním snu je vidět, že ve skutečnosti představují skutečné tekutiny, a vidíme transformaci mezi nimi.“

“Již několik let jsme tvrdě pracovali na tom, abychom získali měření vody v tak nízkých teplotách bez zamrzání, a vidět výsledek je tak obohacující,” říká Harshad Pathak, výzkumník chemické fyziky na stockholmské univerzitě. „Po celém světě bylo učiněno mnoho pokusů hledat tyto dvě kapaliny přidáním vody do malých přihrádek nebo smícháním s jinými sloučeninami, ale zde bychom ji mohli sledovat jako čistou vodu.“

“Zajímalo by mě, zda výkyvy mezi těmito dvěma tekutými stavy mohou být důležitou součástí biologických procesů v živých buňkách,” říká Fivos Perakis, odborný asistent chemické fyziky na Stockholmské univerzitě. „Nový výsledek může otevřít mnoho nových směrů výzkumu, včetně vody v biologických vědách.“

“Možná je jedna z kapalných forem vody výraznější v malých pórech v membránách, které se používají k odsolování vody,” říká Marjorie Ladd Parada, postdoktorka na Stockholmské univerzitě. „Myslím, že přístup k čisté vodě bude jednou z největších výzev v oblasti změny klimatu.“

“Od raného díla Wolfganga Röntgena probíhají již více než století intenzivní debaty o původu zvláštních vlastností vody,” vysvětluje Anders Nilsson. “Vědci, kteří studují fyziku vody, se nyní mohou spolehnout na model, že voda může v podchlazeném režimu existovat jako dvě kapaliny.” Dalším krokem je zjistit, zda existuje kritický bod, kdy obě kapaliny při změně tlaku a teploty přejdou pouze do jedné tekutiny. Skvělá výzva pro příštích několik let. “

Další informace o tomto objevu najdete v článku Výzkumníci prokázali, že voda má několik stavů kapalin s výrazně odlišnými vlastnostmi.

Odkaz: „Experimentální pozorování přechodu kapalina-kapalina v podchlazené vodě pod tlakem“ autorů 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 a Anders Nilsson, 20. listopadu 2020, Věda.
DOI: 10.1126 / science.abb9385

Studie byla provedena ve spolupráci s POSTECH University v Koreji, PAL-XFEL v Koreji, národní laboratoří urychlovače SLAC v Kalifornii, Brooklyn College, City University v New Yorku v USA a St. Francis Xavier University v Kanadě. Mezi další lidi, kteří se na studii podíleli, patří bývalí členové skupiny chemické fyziky na Stockholmské univerzitě – Kyung Hwan Kim, Alexander Späh, Daniel Mariedahl, Tobias Eklund a Matthew Weston.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Lipidy na membráně mozkových buněk jsou kvůli léčbě Alzheimerovy choroby většinou přehlíženy

Byly vytvořeny vazby mezi lipidovou nerovnováhou a onemocněním, kdy změny lipidů zvyšují tvorbu amyloidových plaků, což je rys Alzheimerovy choroby. Tato nerovnováha inspirovala...

Astrofyzici jsou překvapeni neočekávanými účinky černých děr mimo jejich vlastní galaxie

Umělecká kompozice supermasivní černé díry, která reguluje vývoj jejího prostředí. Autor obrázku: Gabriel Pérez Díaz, SMM (IAC) a Dylan Nelson (Illustris-TNG) Ve středu téměř každé...

Největší australský dinosaurus – jižní titán – právě vstoupil do knih rekordů!

Australotitan cooperensis, „Southern Titan of the Cooper“. Fotografický kredit: Vlad Konstantinov, Scott Hocknull © Eromanga Natural History Museum Co je to basketbalové hřiště tak...

„Paralelní reaktory“ na bázi fotonických krystalových vláken odhalují kolektivní analogie hmotných a solitárních molekul

A. Schéma paralelních optických solitonových reaktorů založené na dutině prstencového vláknového laseru s režimem blokování. Časová optomechanická (OM) mříž umožněná fotonickými krystalovými...

Drsná kůra, která se v noci ozývá, vede k objevení nových druhů

V lesích západní a střední Afriky se v noci ozývají hlasitá volání hybridů stromů - malých, býložravých savců, ale jejich zvuk se liší podle...

Newsletter

Subscribe to stay updated.