Există apă descoperită de două lichide

Descoperire descoperitoare: Oamenii de stiinta au reusit sa demonstreze ca apa lichida consta din doua lichide diferite. Acestea ar interacționa între ele. Până în prezent, cele două tipuri de apă au fost detectate la temperaturi foarte scăzute. Fizicienii cred că este foarte probabil să existe ca temperatură în cameră.

Apa lichidă există în două variante: lichid de înaltă densitate (HDL) și lichid de joasă densitate (LDL), care au fost acum detectate la temperaturi foarte scăzute - dar nu pot fi îmbuteliate. Acest lucru este demonstrat prin examinările cu raze X la DESY și Laboratorul Național Argonne din SUA. O echipă internațională de cercetare condusă de Universitatea din Stockholm prezintă acum descoperirea sa în Proceedings of the American Academy of Sciences (PNAS).

Apa este alcătuită din două lichide diferite (Imagine: GianlucaCiroTancredi / fotolia.com)

Cercetătorii din jurul lui Anders Nilsson au investigat așa-numita gheață amorfă. Această formă de gheață de apă este cunoscută de zeci de ani. Este rară pe pământ și nu apare în viața de zi cu zi, dar cea mai mare parte a gheții de apă din sistemul solar există în această formă amorfă. În loc de un cristal solid - cum ar fi un cub de gheață din compartimentul congelator - gheața este sub formă de lanțuri moleculare dezordonate, care corespunde mai mult structurii interne a unui geam. De exemplu, gheața amorfă poate fi făcută prin răcirea apei lichide atât de repede încât moleculele nu au timp să formeze o structură cristalină ordonată.

"Gheața amorfă există în două variante, una cu densitate mare și una cu densitate mai mică", explică fizicianul DESY Felix Lehmkühler de la echipa de cercetare. Cele două variante se numesc gheață amorfă cu înaltă densitate (HDA) și gheață amorfă cu densitate scăzută (LDA). "Gheața HDA are o densitate cu aproximativ 25% mai mare decât gheața LDA", spune Lehmkühler. "Oamenii de știință s-au întrebat de mult timp dacă aceste două tipuri de înghețată nu au variante corespunzătoare în apa lichidă. Acest lucru este foarte greu de măsurat. Chiar dacă există ambele variante în apa lichidă, ele se amestecă în mod constant, se transformă unul în celălalt și nu există nici o cale de a separa cele două. "

Când se transformă gheața HDA în gheață LDA, volumul gheții crește spontan cu aproximativ un sfert. Acest lucru ar putea fi observat deja înainte de ancheta actuală. Fotografii: Katrin Amann-Winkel / Filippo Cavalca, Universitatea din Stockholm
Cercetătorii au depășit acum acest obstacol la temperaturi scăzute. În laboratorul de la Stockholm, Katrin Amann-Winkel a pregătit probe foarte pure de gheață HDA. La Laboratorul Național Argonne din Statele Unite, oamenii de știință au observat că structura internă a acestei ghețuri se schimbă atunci când este încălzită între minus 150 grade și minus 140 de grade Celsius, transformându-l într-o formă de densitate mai mică.

La P10 stația de sursă de lumină cu raze X DESY PETRA III, cercetatorii au putut urmari dinamica transformării fazei. Sa constatat că transformarea unui lichid are loc: mai întâi înghețata HDA este într-o formă lichidă de densitate ridicată peste, transformă apoi acest „High Density Liquid“ (HDL), într-o formă de densitate mai mică ( „Low Density Liquid“, LDL) la. Aceasta dovedește existența celor două variante suspecte de apă lichidă - cel puțin la temperaturi foarte scăzute. Apa extrem congelată este atât de vâscoasă, încât cele două faze lichide transformate foarte încet una într-alta și se amestecă, astfel măsurabil.

„Noua caracteristică remarcabilă pe care l-am observat este că apa sub forma a două lichide diferite pot exista la temperaturi scăzute la care cristalizarea gheții este lent“, spune directorul de cercetare Nilsson, profesor de Chimie Fizică de la Universitatea din Stockholm. „Este foarte interesant că suntem cu raze X într-o poziție pentru a determina pozițiile relative ale moleculelor la momente diferite,“ adaugă Fivos Perakis de la Universitatea din Stockholm, împreună cu Amann unghi de plumb autor al studiului. „Am reușit, în special transformarea eșantionului între cele două faze la temperaturi joase urmează și arată că o difuzie utilizată ca este tipic pentru lichide.“

Pentru viața de zi cu zi, descoperirea celor două variante de apă lichidă nu schimbă nimic. Cu toate acestea, pentru știință, este un pas important în înțelegerea acestui lichid extraordinar. „Apare apă Ca simplu, ciudat cum se comportă în comparație cu alte lichide“, explică Lehmkühler din împrăștierea coerentă cu raze X DESY Research Group de profesorul Gerhard Grubel, care este, de asemenea, co-autor al studiului și lucrează ca cercetător senior la DESY.

„Apa este atât de multe anomalii - densitate, capacitatea de căldură și conductivitatea termică sunt doar trei din mai multe zeci de proprietăți care sunt diferite în apă decât cele mai multe alte lichide“, spune Lehmkühler. „Multe dintre aceste proprietăți sunt baza pentru existența vieții, pentru că fără apă și caracteristicile sale speciale este viața așa cum o știm, nu este posibil.“ Studiul apei nu numai că are, prin urmare, o mare importanță și este o zonă, care, de asemenea este DESY își consolidează angajamentul. Noi surse de raze X ca chinta care merg în funcțiune europeană cu laser cu raze X european XFEL, al cărei acționar principal este DESY, sau extinderea DESY sursei de radiație sincrotron PETRA III pentru următoarea generație, Petra IV va permite cercetatorilor despre aceasta să se extindă în continuare în teren neexplorat din diagrama de fază de apă.

Cu studii de viitor, oamenii de știință speră să răspundă la întrebarea, printre altele, dacă cele două tipuri de apă lichidă există la temperatura camerei. Nu există nici un motiv fundamental că ele ar trebui să existe numai la temperaturi scăzute. „Noile rezultate susțin cu tărie imaginea în apă este la temperatura camerei nu se poate decide care să-l accepte din cele două forme, densitate mică sau mare, ceea ce duce la fluctuațiile locale între cele două“, spune co-autor Lars Pettersson, profesor de Teoria fizică chimică la Universitatea din Stockholm. „Pe scurt, acest lucru înseamnă că apa nu este un fluid complicat, ci două fluide simple, într-o relație complicată.“

De asemenea, au fost implicate Universitatea din Innsbruck, Institutul Regal de Tehnologie (KTH) Stockholm și Centrul de Cercetare al SUA SLAC. (Sb, pm)

Locul de munca original:
„Dinamica difuziv în timpul tranziției de înaltă la joasă densitate în gheață amorfă“; Fivos Perakis, unghiul de Katrin Amann, Felix Lehmkühler, Michael sari, Daniel Marie Dahl, Jonas A. Vindem Berg, Harshad Pathak, Alexander Späh, Filippo Cavalca, Daniel Schlesinger, Alessandro Ricci, Avni Jain, Bernhard Massani, Flora Aubree, Chris J. Benmore Thomas Loerting, Gerhard Grubel, Lars GM Pettersson și Anders Nilsson; Proceedings of the Academy of Science, 2017; DOI: 10.1073 / pnas.1705303114