Voda reaguje veľmi neobvykle na veľmi nízke teploty. Začnime s tým, že keď ochladzuje, na rozdiel od logiky, voda sa nezmršťuje, ale rozširuje sa (preto má ľad vlastnosť vztlaku). Studená voda je menej stlačiteľná ako horúca voda. Okrem toho môžu molekuly vody po zmrazení zmeniť svoju polohu všetkými možnými spôsobmi.
To všetko je ťažké nájsť vysvetlenie a existujúce teórie spôsobujú vo vedeckých kruhoch prudkú kontroverziu. Jeden z nich bol formulovaný takmer pred tromi desaťročiami a bol taký, že ľadová voda môže existovať v dvoch rôznych kvapalných formách, z ktorých jedna má menej hustú štruktúru. Inými slovami, existujú dva druhy vody, z ktorých každý je samostatnou kvapalinou. Je ťažké dokázať túto teóriu v laboratóriu, ale talianskym vedcom sa podarilo nájsť dôkazy, ktoré by ju bránili. Štúdia bola nedávno uverejnená v časopise Science.
Vedci Pablo Debenedetti a Gul H. Zerze z Princetonskej univerzity a Francesco Shortico z La Sapienza v Ríme naznačujú, že „druhý kritický bod vody“sa vyskytuje pri teplotách v rozmedzí od -83 do -100 stupňov a pri atmosférických tlakoch takmer 2000-krát vyšších. ako tlak nad hladinou mora. Kritickým bodom je jediná hodnota teploty a tlaku, pri ktorej sa dve fázy látky stanú nerozoznateľnými, a to sa stane tesne predtým, ako látka prechádza z jednej fázy do druhej. Napríklad voda má dobre známy kritický bod pri prechode z kvapaliny na paru.
"Predstavte si našu radosť, keď sme videli, že kritické výkyvy pokračujú presne podľa očakávaní," vysvetľuje Sortino, - teraz môžem pokojne spať, pretože po 25 rokoch môj nápad konečne našiel potvrdenie."
Až doteraz experimenty s použitím molekúl reálnej vody na testovanie druhého kritického bodu „podchladenia“vody nemohli poskytnúť jednoznačný dôkaz o jej existencii. Dôvodom je najmä skutočnosť, že ľadová voda sa zvyčajne mení na ľad, uviedla Debenedetti.
Z tohto dôvodu sa vedci rozhodli uchýliť sa k používaniu počítačových modelov. Tento proces je skutočne náročný: napriek vysokej moci moderných superpočítačov vedci strávili 18 mesiacov robením potrebných výpočtov na vytváranie modelov.
V simuláciách, keď bola teplota stále ďaleko od bodu mrazu, hustota vody začala značne kolísať. Výsledkom bolo, že vedci dokázali nájsť kritický bod, ktorý hľadali v dvoch rôznych počítačových modeloch vody. Zároveň sa na nájdenie kritického bodu vody v oboch modeloch použili rôzne výpočtové prístupy.
Rovnako ako pri prechode z kvapalnej fázy do plynnej fázy sa ľadová voda môže zmeniť na dve rôzne fázy v závislosti od toho, ako sú jej molekuly preusporiadané. V kvapaline s nízkou hustotou sú teda štyri molekuly zoskupené okolo centrálnej molekuly za vzniku tetraedrónu. Avšak v kvapaline s vyššou hustotou vstupuje do hry šiesta molekula, čo vedie k zvýšeniu jej hustoty.
Propagačné video:
Vo svojom článku vedci píšu, že „v medziach našich výpočtových schopností bola dokázaná existencia metastabilného kritického bodu v štádiu hlbokého ochladzovania molekúl vody“.
Tento záver musí, samozrejme, potvrdiť aj ďalšie experimenty „s použitím presnejších a nákladnejších výpočtových prostriedkov“.