Ново Изследване

Учените установяват, че водата може да съществува в изцяло нов щат | Наука

Едно от най-елементарните неща, на които ни учат в часовете по природни науки, е, че водата може да съществува в три различни състояния, или като твърд лед, течна вода или изпарен газ. Но наскоро международен екип от учени откри признаци, че течната вода всъщност може да идва в две различни държави.

Писане в експериментална статия, публикувана в Международно списание за нанотехнологии , изследователите бяха изненадани да открият, че редица физически свойства на водата променят поведението си между 50 ℃ и 60 ℃. Този признак на потенциална промяна във второ течно състояние може да предизвика бурна дискусия в научната общност. И ако бъде потвърдено, това може да има последици за редица области, включително нанотехнологиите и биологията.

Състояния на материята , наричани още фази, са ключова концепция при изучаването на системи, направени от атоми и молекули. Грубо казано, система, образувана от много молекули, може да бъде подредена в определен брой конфигурации в зависимост от общата й енергия. При по-високи температури (и следователно по-високи енергии) молекулите имат по-възможни конфигурации и така са по-дезорганизирани и могат да се движат относително свободно (газовата фаза). При по-ниски температури молекулите имат по-ограничен брой конфигурации и така образуват по-подредена фаза (течност). Ако температурата спадне допълнително, те се подреждат в много специфична конфигурация, като произвеждат твърдо вещество.





има ли пустиня в Мейн

Тази картина е често срещана за относително прости молекули като въглероден диоксид или метан, които имат три ясни различни състояния (течно, твърдо и газово). Но за по-сложните молекули има по-голям брой възможни конфигурации и това поражда повече фази. Красива илюстрация на това е богатото поведение на течните кристали, които са образувани от сложни органични молекули и могат да текат като течности, но все пак имат твърда кристална структура

Тъй като фазата на дадено вещество се определя от начина, по който са конфигурирани неговите молекули, много физични свойства на това вещество ще се променят рязко, когато преминава от едно състояние в друго. В скорошната статия изследователите измерват няколко издайнически физични свойства на водата при температури между 0 ℃ и 100 ℃ при нормални атмосферни условия (което означава, че водата е течност). Изненадващо, те откриха пречупване в свойства като повърхностното напрежение на водата и нейния показател на пречупване (мярка за това как светлината преминава през нея) при около 50 ℃.



Как може да бъде това? Структурата на водната молекула, H2O, е много интересна и може да бъде представена като нещо като връх на стрелка, като двата водородни атома са фланкирали кислородния атом отгоре. Електроните в молекулата са склонни да бъдат разпределени по доста асиметричен начин, което прави кислородната страна отрицателно заредена спрямо водородната страна. Тази проста структурна характеристика води до един вид взаимодействие между водните молекули, известно като водородна връзка, при което противоположните заряди се привличат взаимно.

коя етническа група има най-неандерталската ДНК

Това дава свойства на водата, които в много случаи нарушават тенденциите, наблюдавани за други прости течности. Например, за разлика от повечето други вещества, фиксирана маса вода заема повече място като твърдо вещество (лед), отколкото като (течност) поради начина, по който молекулите образуват специфична правилна структура. Друг пример е повърхностното напрежение на течната вода, което е приблизително два пъти повече от това на други неполярни, по-прости, течности.

Водата е достатъчно проста, но не твърде проста. Това означава, че една от възможностите за обяснение на очевидната допълнителна фаза на водата е, че тя се държи малко като течен кристал. Водородните връзки между молекулите поддържат някакъв ред при ниски температури, но в крайна сметка може да отнеме втора, по-малко подредена течна фаза при по-високи температури. Това може да обясни изкривяванията, наблюдавани от изследователите в техните данни.



какво означават идеите на марша

Ако бъдат потвърдени, констатациите на авторите могат да имат много приложения. Например, ако промените в околната среда (като температурата) причиняват промени във физическите свойства на веществото, това потенциално може да се използва за сензорни приложения. Може би по-фундаментално, биологичните системи са предимно от вода. Как биологичните молекули (като протеини) взаимодействат помежду си, вероятно зависи от специфичния начин, по който водните молекули се подреждат, за да образуват течна фаза. Разбирането на това как водните молекули се подреждат средно при различни температури може да хвърли светлина върху функционирането на това как те взаимодействат в биологичните системи.

Откритието е вълнуваща възможност за теоретиците и експериментаторите и прекрасен пример за това как дори най-познатото вещество все още има тайни, скрити в себе си.


Тази статия първоначално е публикувана на Разговорът . Прочетете оригинална статия. Разговорът



^