У воды, возможно, раздвоение личности. С помощью компьютерной модели исследователи выяснили причины странного поведения воды, например, почему ее твердое состояние не тонет. Оказывается, при очень низких температурах и при определенном давлении вода может самопроизвольно разделяться на две жидкие формы.
При низких температурах молекулы большинства жидкостей замедляют движение и в конце концов образуют упорядоченное твердое тело, которое тонет, если поместить его в жидкость. Вода, напротив, превращается в лед, который плавает на поверхности из-за необычного поведения молекул. Когда молекулы охлаждаются, они отталкиваются друг от друга и образуют области с меньшей плотностью.
Чтобы глубже изучить это явление, исследователи использовали компьютерную модель для моделирования поведения молекул воды при понижении температуры ниже точки замерзания. Ученые обнаружили, что при определенных условиях виртуальные молекулы воды разделяются на две жидкости, различающиеся по плотности. Более того, структура молекул в каждой из жидкостей тоже различается.
«Существование этих двух форм может стать основой для единой теории о том, как ведет себя вода при температурах от тех, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни, до переохлажденных температур», — заявил Джереми Палмер, один из исследователей, в пресс-релизе.
Две жидкости разделились на жидкости с низкой и высокой плотностью. В жидкости с низкой плотностью молекулы располагались в форме тетраэдра. В жидкости с высокой плотностью, напротив, пятая соседняя молекула пыталась встроиться в структуру.
«Это исследование — настоящий шедевр вычислительной физики, оно позволяет по-новому взглянуть на очень сложную проблему и научную полемику, — сказал в пресс-релизе Остин Энджелл, профессор химии и биохимии в Университете штата Аризона, не принимавший участия в исследовании. — Используя особую компьютерную модель, группа Дебенедетти убедительно доказала одну из теорий, которая может объяснить необычные свойства воды при переохлаждении».
Полученные результаты позволяют узнать больше о свойствах воды. Это, в свою очередь, может помочь в будущих исследованиях и объяснить, почему вода ведет себя именно так.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.