Неймовірно: у води є два рідких стани

Звична вода таїть ще багато загадок. 

Фізики отримали дивний стан води.

Вода може існувати у вигляді двох різних рідин, які при певних умовах навіть не змішуються одна   з одною. Такий дивовижний результат отримали фізики, провівши найтонші експерименти.

Досягнення описано в науковій статті, опублікованій в журналі Science.

Кожному з нас зі шкільної лави відомо, що речовина може перебувати в трьох станах: твердому (як лід), рідкому (як вода при кімнатній температурі) або газоподібному (як водяна пара).

Але не все так просто. У однієї і тієї  ж речовини буває багато твердих станів. Вони відрізняються тим, як атоми розташовані один щодо одного. А вже звідси можуть виникати відмінності в самих різних властивостях: щільності, міцності, прозорості і ... ринковій вартості. Наприклад, графіт і алмаз - два різних твердих стани вуглецю, а тим часом їх дуже важко сплутати, і ще важче перетворити перше у друге.

У води теж є кілька твердих станів. Цих різновидів льоду більше десятка. Але лише одна модифікація утворюється на поверхні Землі природним чином. Решта виходять або в лабораторії, або в екзотичних куточках начебто земних надр.

Але кілька десятиліть тому теоретики висунули гіпотезу, що і рідких станів у цієї звичної нам речовини більше одного.

"Гіпотеза, що вода може існувати в двох різних рідких станах, була запропонована приблизно 30 років тому на основі результатів комп'ютерного моделювання", - розповідає співавтор статті Ніколас Джовамбаттіста (Nicolas Giovambattista) з Міського університету Нью-Йорка.

Фахівці розрахували, що "друга вода" виникає при температурі близько -70 ° C і тиску в тисячі атмосфер. Вона на 20% щільніше звичайної води через те, що молекули розташовуються тісніше один до одного. Тому ці дві рідини можуть утворювати шари, не змішуючись, як вода і олія.

Однак перевірити це припущення в експерименті виявилося надзвичайно складно. Адже в небезпечних  умовах вода (як звичайна, так і "аномальна") за частки секунди перетворюється на лід. До недавнього часу фізики просто не встигали виявити цей невловимий рідкий стан до того, як він перейде в тверде.

Автори нової роботи взяли цей бар'єр, застосувавши два фемтосекундних лазера. Один з них, інфрачервоний, вони використовували для моментального нагрівання льоду і перетворення його в рідку воду. Інший, рентгенівський, зондував зразок, щоб вчені могли дізнатися, в якому стані той знаходиться.

Дослідники зафіксували появу своєрідних бульбашок рідини, що містять "другу" воду. Вони існували недовго: від 20 наносекунд до 3 мікросекунд. При цьому вже через кілька мікросекунд речовина перетворювалася в лід.

Отже, експериментатори блискуче підтвердили теоретичний прогноз тридцятирічної давності. Кому і чим може бути корисно це досягнення?

Відзначимо, що вода взагалі дуже незвичайна  речовина з точки зору фізики і хімії. Наприклад, вода - разюче хороший розчинник. І це її властивість лежить в основі фізіології всіх живих істот. Нагадаємо, що і людина на 60-70% складається з води і в якомусь сенсі є великою вертикальною калюжею.

У води є і ще одна незвичайна якість. Майже всі речовини в твердому стані щільніші, ніж у рідкому, а вода - навпаки. Тому лід плаває у воді, і це велика удача для жителів водойм. Якби лід тонув, холодною зимою все річки і озера промерзали б до дна. Більш того, в полярних широтах не утворювалися б плавучі морські льоди - найважливіший фактор клімату. Все життя на Землі виглядало  б інакше, якби не було у звичній нам рідини такої дивної властивості.

Вивчаючи властивості води, вчені проникають в основи безлічі найважливіших процесів, від біохімічних до кліматичних.

Звичайно, в людському організмі або полярних шапках не зустріти "воду II", щойно відкриту експериментаторами. Адже для її існування (і то швидкоплинного) потрібні тиск в тисячі атмосфер. Але цей феномен виникає завдяки якимось властивостям води, які можуть проявлятися і в менш екзотичних умовах, а значить, впливати на наше життя.