Жидкая вода является не вполне жидкостью

Группа учёных из американской лаборатории Беркли (Berkeley Lab) и университета Калифорнии (UC Berkeley) нашли ответ на простой вопрос: как взаимодействуют между собой молекулы воды?

Видео дня

Кажется, что ответ можно найти в школьном учебнике: водородные связи, слабая поляризация каждой молекулы, имеющей форму буквы V и так далее, и тому подобное. Но, несмотря на кажущуюся простоту, до сих пор в точности не выяснено, что происходит с молекулами воды, когда она находится в жидком состоянии.

Среди учёных распространены две конкурирующие теории о взаимодействии молекул в жидкой воде.

По одной — водородные связи между ближайшими молекулами, которые и дают водяному льду его структуру — разрушаются (в данных условиях), позволяя молекулам свободно перемещаться. Это так называемая модель с двумя состояниями.

Вторая версия — версия непрерывного изменения состояний, континуума, говорит о сохранении водородных связей между соседними молекулами в жидкой воде, но связей — постоянно меняющихся и искажающихся.

В новой работе группа американских физиков подводит итоги многолетних трудов, экспериментов и вычислений, которые также венчает недавнее "просвечивание" жидкой воды при помощи так называемой Раман-спектроскопии (широко применяемой для анализа веществ).

Исследователи показали, что наблюдаемые особенности результатов этой спектроскопии говорят в пользу правоты модели континуума. То есть — при переходе изо льда в жидкость вода не разрывает водородные связи между соседними молекулами. Но взамен они становятся изменчивыми и подвижными. В чём-то даже "виртуальными".

В том смысле, что каждая такая связь в любой момент времени может вдруг взять и исчезнуть, однако она восстановится уже через какие-то 200 фемтосекунд (либо — с той же самой молекулой-соседкой, либо с другой). В результате эти эфемерно короткие разрывы позволяют молекулам перемещаться друг относительно друга. Мы бы сказали, что жидкая вода, в некотором роде, не жидкость вовсе, а необычайно пластичный лёд.

Если вы дочитали эту заметку до конца, вам наверняка понравится большой материал об исследовании в Беркли необычных водных структур, рождающихся на границе вода-твёрдая поверхность, а также сообщения об открытии принципиально новых состояний воды, одно из которых не является ни льдом, ни газом, ни жидкостью, а второе и вовсе экзотическое — нанотрубочное.