Вода более однородна, чем ожидалось

Молекулы воды возбуждаются с помощью рентгеновского света (синий). Из испускаемого света (фиолетового цвета) можно получить информацию о Н-связях. Предоставлено: T. Splettstoesser / HZB.

Для того, чтобы объяснить известные аномалии в воде, некоторые исследователи предполагают, что вода состоит из смеси двух фаз, даже в условиях окружающей среды. Однако новые рентгеновские спектроскопические исследования на Бесси II, ESRF и Швейцарском источнике света показывают, что это не так. При комнатной температуре и нормальном давлении молекулы воды образуют флуктуирующую сеть со средним значением 1,74 ± 2,1 процента донорских и акцепторных водородных мостовых связей на молекулу каждая, что обеспечивает тетраэдрическую координацию между близкими соседями.

Вода при внешних условиях является матрицей жизни и химии и ведет себя аномально во многих своих свойствах. После Вильгельма Конрада Рентгена было доказано, что две отдельные фазы сосуществуют в жидкой воде, конкурируя с другой точкой зрения однофазной жидкости в колеблющейся сети водородных связей—моделью непрерывного распределения. Со временем рентгеновские спектроскопические методы неоднократно интерпретировались в поддержку постулата Рентгена.

Международная команда исследователей, водить в их усилиях по проф. А. Föhlisch от Гельмгольца-Zentrum в Берлине и Университета Потсдама, проведена количественная и высоким разрешением рентгеновской спектроскопии мульти-способ исследования и анализ для решения этих разных точек зрения на источники света Бесси второй, Европейского центра синхротронного излучения: исследовательский комплекс ESRF и швейцарский источник света.

Установлено, что рентгеновские спектроскопические наблюдения могут быть полностью и последовательно описаны с помощью моделей непрерывного распределения околотетраэдрической жидкой воды в условиях окружающей среды с 1,74 ± 2,1% донорских и принятых Н-связей на молекулу. Кроме того, на полной фазовой диаграмме воды установлены четкие корреляции, например, с координацией второй оболочки, а влияние сверхбыстрой динамики, связанной с взаимодействием рентгеновского вещества, разделено и количественно оценено.

Могут ли эти рентгеновские спектроскопические выводы о воде в условиях окружающей среды также разрешить широко обсуждаемый вопрос о существовании второй критической точки в так называемой «ничейной земле» переохлажденной воды? Эта постулируемая вторая критическая точка концептуально основана на распространении установленных аморфных фаз льда низкой и высокой плотности на предполагаемые жидкие фазы низкой и высокой плотности вдоль линии Видома, где вторая критическая точка найдена как экстраполированная дивергенция функций термодинамического отклика стабильной и переохлажденной воды вокруг -45°C при атмосферном давлении.

Из физики критических флуктуаций известно, что гораздо выше критической точки состояние материи следует рассматривать как однородное. Зарождающиеся и большие флуктуации допускаются по мере приближения к границе фазы и критической точке: как близко нужно подойти к ней по энергии и на каком временном масштабе ощутить расхождение, не полностью ответили, но ожидания от наблюдений в физике твердого тела таковы, что вы должны быть близки к реализации двухфазных эффектов.

Даже если бы предполагаемая вторая критическая точка при -45°C и окружающее давление существовали, условия окружающей среды для жидкой воды в равновесии были бы любыми средствами далеки по температуре. Таким образом, колебания непрерывная модель распределения почти четырехгранный жидкой воды при нормальных условиях остается верным независимо от второй критической точки воды в переохлажденной области или нет.

Подробнее на: https://phys.org/news/2019-02-homogeneous.html#jCp

Тимеркаев Борис — 68-летний доктор физико-математических наук, профессор из России. Он является заведующим кафедрой общей физики в Казанском национальном исследовательском техническом университете имени А. Н. ТУПОЛЕВА — КАИ

comments powered by HyperComments
Оценки статьи:
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...