Учёные обнаружили у воды состояние между льдом и жидкостью

Ученые из Токийского университета наук в Японии подтвердили существование необычного состояния воды, при котором она одновременно проявляет свойства жидкости и твердого тела. Это явление, называемое состоянием предплавления, возникает, когда вода оказывается в крайне узких наноканалах.

На обычном уровне вода и лед отличаются: молекулы льда фиксированы в кристаллической решетке, а в жидкости свободно движутся, постоянно образуя и разрывая связи. Новое исследование показало, что в состоянии предплавления молекулы воды занимают стабильное положение, как в твердом теле, но вращаются и перемещаются, как в жидкости. Химик Макото Тадокоро объясняет, что предплавление возникает, когда молекулы, не полностью связанных водородными связями, начинают плавиться до того, как лед полностью растает. В этом состоянии сосуществуют замороженные слои и медленно движущиеся молекулы.

Для эксперимента использовалась тяжелая вода, в которой водород заменен дейтерием. Ее поместили в гидрофильные каналы шириной 1,6 нанометра внутри стержнеобразных кристаллов, заморозили и постепенно нагревали. Процесс контролировали с помощью ядерного магнитного резонанса на ядрах дейтерия. Метод показал, что молекулы образуют трехслойную структуру с разными типами движения и взаимодействия в каждом слое.

Простейший пример состояния предплавления — тонкая пленка воды на поверхности льда при отрицательных температурах. В условиях экстремального ограничения вода проявляет дополнительные аномалии: изменяются электрические свойства, она может не замерзать при температурах близких к абсолютному нулю или замерзать при значениях, близких к точке кипения.

Тадокоро отмечает, что такие свойства могут найти применение: создание ледяных сетчатых структур поможет хранить энергоемкие газы, такие как водород и метан, а также разрабатывать новые водные материалы, например искусственные газовые гидраты. Исследование опубликовано в Journal of the American Chemical Society.

Читайте также: