Alin4kDoDo
Леди
Химики обнаружили новое состояние воды в замкнутом пространстве, и выяснили, что она является замороженной, но при этом имеет поведение жидкости. Данное состояние размывает границы между поведением льда и жидкой 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.
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.
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.
