|
Вода разделяется на две разные жидкости при низких температурах
|
|
|
|
Новый вид «фазового перехода» в воде был впервые предложен 30 лет назад в исследовании ученых из Бостонского университета. Однако, поскольку было предсказано, что переход произойдет в условиях переохлаждения, подтверждение его существования было сложной задачей. Это потому, что при этих низких температурах вода действительно не хочет быть жидкостью, вместо этого она хочет быстро превратиться в лед. Из-за его скрытого статуса об этом фазовом переходе жидкость-жидкость до сих пор многое неизвестно, в отличие от повседневных примеров фазовых переходов в воде между твердой или паровой фазой и жидкой фазой.
|
|
|
|
Это новое свидетельство, опубликованное в журнале Nature Physics, представляет собой значительный шаг вперед в подтверждении идеи фазового перехода жидкость-жидкость, впервые предложенной в 1992 году. Франческо Шортино, ныне профессор Римского университета Сапиенца, был членом первоначальной исследовательской группы в Бостонском университете, а также является соавтором этой статьи.
|
|
|
Команда использовала компьютерное моделирование, чтобы объяснить, какие особенности отличают две жидкости на микроскопическом уровне. Они обнаружили, что молекулы воды в жидкости с высокой плотностью образуют структуры, которые считаются «топологически сложными», такие как узел-трилистник (подумайте о молекулах, расположенных таким образом, что они напоминают крендель) или связь Хопфа ( подумайте о двух звеньях стальной цепи). Таким образом, говорят, что молекулы в жидкости с высокой плотностью запутаны. Напротив, молекулы в жидкости с низкой плотностью в основном образуют простые кольца, и, следовательно, молекулы в жидкости с низкой плотностью не запутаны.
|
|
|
|
Андреас Неофиту, доктор философии. студент Бирмингемского университета у доктора Двайпаяна Чакрабарти, является ведущим автором статьи. Он говорит: «Это понимание дало нам совершенно новый взгляд на то, что сейчас является исследовательской проблемой 30-летней давности, и, надеюсь, это будет только началом». Исследователи использовали в своем моделировании коллоидную модель воды, а затем две широко используемые молекулярные модели воды. Коллоиды — это частицы, которые могут быть в тысячу раз больше, чем одна молекула воды. Благодаря своему относительно большему размеру и, следовательно, более медленному движению, коллоиды используются для наблюдения и понимания физических явлений, которые также происходят в гораздо меньших атомных и молекулярных масштабах.
|
|
|
|
Доктор Чакрабарти, соавтор, говорит: «Эта коллоидная модель воды представляет собой увеличительное стекло для молекулярной воды и позволяет нам разгадать секреты воды, связанные с рассказом о двух жидкостях». Профессор Шортино говорит: «В этой работе мы впервые предлагаем взгляд на фазовый переход жидкость-жидкость, основанный на идеях сетевой запутанности. Я уверен, что эта работа вдохновит на новое теоретическое моделирование, основанное на топологических концепциях». Команда ожидает, что разработанная ими модель проложит путь к новым экспериментам, которые подтвердят теорию и распространят концепцию «запутанных» жидкостей на другие жидкости, такие как кремний.
|
|
|
|
Пабло Дебенедетти, профессор химической и биологической инженерии Принстонского университета в США и ведущий мировой эксперт в этой области исследований, отмечает: «Эта прекрасная вычислительная работа раскрывает топологическую основу, лежащую в основе существования различных жидких фаз в одной и той же сети. -образующее вещество. «При этом он существенно обогащает и углубляет наше понимание явления, которое, согласно многочисленным экспериментальным и вычислительным данным, занимает центральное место в физике самой важной из жидкостей: воды».
|
|
|
|
Кристиан Микелетти, профессор Международной школы перспективных исследований в Триесте, Италия, чей текущий исследовательский интерес заключается в понимании влияния запутанности, особенно узлов и связей, на статичность, кинетику и функциональность биополимеров, говорит: «В этой единственной статье , Неофиту и др. сделали несколько прорывов, которые будут иметь значение для различных научных областей. «Во-первых, их элегантная и экспериментально применимая коллоидная модель воды открывает совершенно новые перспективы для крупномасштабных исследований жидкостей. легко улавливается путем отслеживания узлов и звеньев в сети связи жидкости.
|
|
|
|
«Идея поиска таких сложностей в несколько абстрактном пространстве путей, проходящих вдоль временных молекулярных связей, является очень мощной, и я ожидаю, что она будет широко применяться для изучения сложных молекулярных систем». Шортино говорит: «Вода одна за другой раскрывает свои секреты. Представьте, как было бы прекрасно, если бы мы могли заглянуть внутрь жидкости и наблюдать за танцем молекул воды, за тем, как они мерцают, как они меняются партнерами, перестраивая сеть водородных связей. Реализация предлагаемой нами коллоидной модели воды может воплотить эту мечту в жизнь».
|
|
|
|
Источник
|
