Почему у воды два жидких состояния, а не одно

Все мы помним еще со времен своей беспечной юности, что у разных веществ бывает всего три агрегатных состояния: твердое, жидкое и газообразное. И на то, в каком именно находится сейчас вещество, влияют сразу два фактора: температура и давление. Причем самым частым и логичным примером, который приводят все учителя физики, является вода.

Чем может удивить вода

Воде требуются относительно небольшие температуры для перехода из одного агрегатного состояния в другое: 0 градусов для замораживания или таяния и 100 градусов для кипения. Это те лимиты, которые можно преодолеть даже в домашних условиях. Что мы и делаем по несколько раз на дню, разогревая чай или укладывая форму с водой для приготовления льда. Казалось бы, какие здесь могут быть новшества, ведь мы изучили воду вдоль и поперек. Однако она все еще может нас удивить, и пример этому — два жидких агрегатных состояния у одного из самых распространенных веществ на Земле.

Вода таит в себе еще множество загадок В чем суть исследования

Идея того, что вода может быть более разнообразной, чем мы думаем, предсказало компьютерное моделирование еще 30 лет назад. Но тогда никаким образом доказать это ученые не могли и переводили теорию в разряд догадок. Главная проблема любых попыток претворить этот опыт в жизнь рушился об объективный физический процесс — образование льда, так как температура жидкости, когда второе агрегатное состояние проявляло себя, стопорилась на отметке в –63 градуса.

Такой информации на уроке физики не было. Видимо, в этом вопросе учителя рассчитывали на наши аналитические способности.

Согласно теоретическим наработкам, у двух жидких фаз могут быть разные физические свойства. В частности, это будет проявляться, например, благодаря плотности. Разница в ней наблюдается в пределах 20 %. Для понимания, это выглядит как смешение масла и воды, в ходе которого устанавливается граница между ними. В рамках этого эксперимента подобное будет происходить уже между водой и водой.

Сначала ученые смоделировали процесс образования двух фаз, а затем провели ряд удачных опытов. Чтобы достичь этой жидкой фазы, они воспользовались ускорителем, который разогревал имеющийся у них лед с температурой –73 градуса до нужных параметров. Излучение достигло конкретной точки, и температура быстро начала подниматься. Уже на отметке в –63 градуса ученым удалось заметить разницу в плотностях воды.

Вода имеет более высокую плотность, чем воздух или масло. Последнее и является причиной, почему на воде образуется масляная пленка.

В итоге процесс был заснят на камеру, но для того чтобы его оценить, необходимо очень сильно замедлить скорость видео, так как он занял от 20 наносекунд до 3 миллисекунд. Отчасти такая быстротечность и объяснят всю трудность в доказательстве подобных теорий, мы просто не успеваем обратить на них внимание, даже если при компьютерном моделировании все выглядит стройно и красиво.

Что это значит для нас

В сущности не так уж много. Потенциально этот процесс можно будет применять в науке или производстве, но пока необходимо разобраться, что он вообще дает нам. Очевидно, что революций после этого открытия не произойдет. Основная часть работы с водой построена на более «грубых» изменениях вроде заморозки или кипячения, а то, что происходит в определенных обстоятельствах, может скорее служить подтверждением наличия микропроцессов, которые мы даже не замечаем. Они не сильно влияют на наши эксперименты сегодня, но могут быть использованы в дальнейшем.

Если вас заинтересовала тема воды, то можете нырнуть с головой в другую статью — о том, как появилась вода на Земле.