Вода, и распространенная и необходимая для жизни на земле, ведет себя очень странно по сравнению с другими веществами. То, как плотность воды, удельная теплоемкость, вязкость и сжимаемость отвечают на изменения в давлении и температуре, полностью напротив других жидкостей, которые мы знаем.Все мы знаем, что весь вопрос сжимается, когда он охлажден, приведя к увеличению плотности. Мы поэтому ожидали бы, что у воды будет высокая плотность в температуре замерзания.
Однако, если мы смотрим на стакан воды со льдом, все перевернуто, так как мы ожидаем, что вода в 0°C, окружаемом льдом, должна быть у основания стакана, но конечно поскольку мы знаем плавание кубиков льда. Странно достаточно для жидкого состояния, вода является самой плотной на уровне 4 градусов по Цельсию, и поэтому это остается на основании, является ли это в стакане или в океане.
Если Вы охлаждаете воду ниже 4 градусов, она начинает расширяться снова. Если Вы продолжаете охлаждать чистую воду (где темп кристаллизации низкий) к ниже 0, это продолжает расширяться – расширение даже убыстряется, когда холодает.
Еще много свойств, таких как сжимаемость и теплоемкость становятся все более и более странными, поскольку вода охлаждена. Теперь исследователи в Стокгольмском университете, с помощью ультракоротких импульсов рентгена в лазерах рентгена в Японии и Южной Корее, преуспели в том, чтобы решить, что вода достигает пика своего странного поведения в-44°C.Вода уникальна, поскольку она может существовать в двух жидких состояниях, у которых есть различные способы соединить молекулы воды вместе. Вода колеблется между этими государствами, как будто она не может решиться, и эти колебания достигают максимума в-44°C.
Именно эта способность перейти от одного жидкого состояния в другого дает воде свои необычные свойства и так как колебания увеличиваются после охлаждения также увеличений странности.«Что было особенным, был то, что мы смогли сделать рентген невообразимо быстро, прежде чем лед заморозился и мог наблюдать, как он колебался между двумя государствами», говорит Андерс Нильсон, профессор Химической Физики в Стокгольмском университете. «В течение многих десятилетий были предположения и различные теории объяснить эти замечательные свойства и почему они стали более сильными, когда вода становится более холодной.
Теперь мы нашли такой максимум, что означает, что должна также быть критическая точка при более высоких давлениях».Другое замечательное открытие исследования состоит в том, что необычные свойства отличаются между нормальной и тяжелой водой и более расширены для более легкой. «Различия между этими двумя изотопами, H2O и D2O, данным здесь, показывают важность ядерных квантовых эффектов», говорит Кюнг Хван Ким, postdoc в Химической Физике в Стокгольмском университете. «Возможность сделать новые открытия в очень изученной теме, такие как вода полностью захватывающая и большое вдохновение для моих дальнейших исследований», говорит Александр Спа, студент доктора философии в Химической Физике в Стокгольмском университете.
«Это была мечта, осуществленная, чтобы быть в состоянии измерить воду при таком низком температурном условии, не замораживаясь,» говорит Хэршед Пэзэк, postdoc в Химической Физике в Стокгольмском университете. «Много попыток по миру были предприняты, чтобы искать этот максимум».«Были интенсивные дебаты о происхождении странных свойств воды больше века начиная с ранней работы Вольфганга Ронтгена», далее объясняет Андерса Нильсона. «Исследователи, изучающие физику воды, могут теперь обосноваться на модели, что у воды есть критическая точка в переохлажденном режиме. Следующая стадия должна найти местоположение критического с точки зрения давления и температуры.
Сложная задача за следующие несколько лет».