Заморожена і рідка одночасно: вчені виявили прихований стан води

Вода, укладена в нанопорах, переходить у новий стан, коли її молекули заморожені на місці, але обертаються, як рідина. Цей стан називається передтанням води і хіміки змогли вперше його спостерігати. Результати дослідження опубліковані в журналі Journal of the American Chemical Society, пише Interesting Engineering.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Незважаючи на те, що вода є найвідомішою речовиною на Землі, вона все ще зберігає таємниці, над розкриттям яких працюють вчені. Перебуваючи у вкрай малих об'ємах, наприклад, усередині білків, мінералів або штучних наноматеріалів, вода поводиться зовсім інакше, ніж у великих об'ємах. Ці ефекти обмеження мають вирішальне значення в природі та технологіях. Вони регулюють потік іонів через клітинні мембрани і визначають роботу нанофлюїдних систем. Розуміння поведінки води в таких масштабах може відкрити двері для інновацій у галузі біології та матеріалознавства.

Один стан води в замкнутому просторі називається станом предтаяння. У цьому незвичайному стані вода коливається між станом льоду і перетворенням на рідину одночасно. У цьому стані воду не можна класифікувати як рідину або тверде тіло. Досі вчені не спостерігали безпосередньо цей стан. Тепер же хіміки повідомили про перше пряме спостереження стану передтаювання води.

Для проведення експериментів вчені створила гексагональні стрижнеподібні кристали з каналами шириною близько 1,6 нанометра. Потім вони заповнили ці нанопори важкою водою, тобто оксидом дейтерію (важкий ізотоп водню).

У результаті вчені виявили тришарову структуру з обмежених молекул води, кожен шар якої демонстрував певні рухи та водневі зв'язки. Дані показали, що вода всередині нанопор замерзає, утворюючи структуру, яка відрізняється від структури льоду у великому обсязі. Вода починає танути через спотворену структуру водневих зв'язків, що призводить до стану передтаювання.

Щоб вивчити цей новий стан води, вчені нагрівали кристал. Це дало змогу простежити перехід води з твердого в рідкий стан і підтвердити існування двох, здавалося б, суперечливих станів одночасно: рідкого і твердого. За словами хіміків, це новий стан води, в якому співіснують заморожені шари води і вода, що повільно рухається. Вчені виявили, що молекули води були зафіксовані в твердому стані, але продовжували обертатися зі швидкостями, характерними для рідини.

Результати дослідження дають важливе уявлення про структурну і динамічну поведінку води в замкнутому просторі. Крім біології, вони можуть визначити майбутнє технологій.

Контроль над властивостями води під час замерзання і танення може призвести до створення безпечніших і ефективніших матеріалів, що потенційно може змінити нанотехнології.

Дослідження показує, як навіть найпоширеніша речовина у світі продовжує дивувати вчених. Вода, незважаючи на свою популярність, все ще приховує стани фази і властивості, які очікують свого відкриття.

Як уже писав Фокус, фізики виявили новий стан рідкої води. Вчені з'ясували, що вода має два різних рідких стани.

Також Фокус писав про те, що фізики вважають, що частинки темної матерії, можливо, вже виявлені. Гіпотетичні частинки під назвою аксіони вважаються головними кандидатами на роль темної матерії. Фізики вважають, що схожі на аксіони частинки вже були виявлені і залишаються прихованими в даних експериментів на Великому адронному колайдері.