Kutatók rájöttek, hogy a víz annyira egyedi, hogy többféle folyékony állapota is létezik

A víz számos rendkívül egyedi tulajdonsággal rendelkezik. Az, ahogyan reagál a nyomás és a hőmérséklet változásaira, teljesen különbözhet má...

A víz számos rendkívül egyedi tulajdonsággal rendelkezik. Az, ahogyan reagál a nyomás és a hőmérséklet változásaira, teljesen különbözhet más folyadékokétól, és ezek a tulajdonságok elengedhetetlenek sok gyakorlati alkalmazáshoz és különösen az élethez, ahogyan ismerjük.

Egy nemzetközi csapat Anders Nilsson, a Stockholmi Egyetem kémiai fizika professzora vezetésével röntgenlézereket használt és sikeresen tanulmányozta a víz két különböző folyékony állapota közötti átalakulást. (1)

A tanulmány megmagyarázhatja a víz sok anomáliás tulajdonságát, és azt is megmutatja, hogy a víz két különböző folyékony állapotban is létezhet.

A víz, ami gyakori a Földön és az élethez szükséges, nagyon furcsán viselkedik más anyagokkal összehasonlítva. Az, hogy a víz tulajdonságai, például a sűrűség, a fajlagos hő, a viszkozitás és az összenyomhatóság hogyan reagálnak a nyomás és a hőmérséklet változásaira, teljesen ellentétes a többi általunk ismert folyadékkal.

Következésképpen a vizet gyakran nevezik "rendellenesnek". Ha a víz "normális folyadékként" viselkedett volna, akkor nem léteznénk, mivel a tengeri élet nem fejlődhetett volna ki. Azonban továbbra is nyitott kérdés, hogy mi okozza ezeket az anomáliákat?

A víz mindennapos "folyékony" állapota megfelel a folyékony víznek normál hőmérsékleten (kb. 25 °C). A legutóbbi tanulmány azonban azt mutatja, hogy alacsony hőmérsékleten (kb. -63 °C) a víz két különböző folyadékállapotban létezik, alacsony sűrűségű folyadékként alacsony nyomáson és nagy sűrűségű folyadékként nagy nyomáson.

Ez a két folyadék különböző tulajdonságokkal rendelkezik, sűrűségük 20%-kal tér el.

Korábban számos magyarázat létezett a víz furcsa tulajdonságaira, és az egyik szerint két különböző folyadékként, különböző nyomáson és alacsony hőmérsékleten képes létezni.

"A különlegesség az volt, hogy elképzelhetetlenül gyorsan röntgenezhettünk, még mielőtt a víz megfagyott volna, és megfigyelhettük, hogyan alakul az egyik folyadék a másikká," - mondta Anders Nilsson, a Stockholmi Egyetem kémiai fizika professzora sajtóközleményében.

"Évtizedek óta spekulációk és különböző elméletek magyarázzák ezeket a rendellenes tulajdonságokat, és azt, hogy miért erősödnek fel, ha a víz lehűl. Most azt tapasztaltuk, hogy a két folyékony állapot valós, és ez megmagyarázhatja a víz furcsaságait."

"Hosszú ideje tanulmányoztam a rendezetlen jegek számos formáját azzal a céllal, hogy meghatározzam, vajon üveges állapotnak tekinthető-e egy fagyott folyadék," - mondja Katrin Amann-Winkel, a Stockholmi Egyetem vezető kémiai fizika kutatója. "Valóra vált álom látni, hogy valóban létező folyadékokat képviselnek, és látjuk az átalakulást közöttük".

"Több éven át keményen dolgoztunk azon, hogy ilyen alacsony hőmérsékletű körülmények között fagyás nélkül végezzük a víz mérését, és nagyon hasznos, hogy látjuk az eredményt," - mondta Harshad Pathak, a Stockholmi Egyetem kémiai fizika kutatója.

"A világon sokszor megkísérelték kimutatni a két folyadékot úgy, hogy vizet apró rekeszekbe tettek, vagy összekeverték más vegyületekkel, de itt egyszerű tiszta vízként követtük."

"Kíváncsi vagyok, hogy a két folyékony állapot, mint ingadozás, fontos alkotóeleme lehet-e az élő sejtekben zajló biológiai folyamatoknak," - mondja Fivos Perakis, a Stockholmi Egyetem kémiai fizika tanársegédje. "Az új eredmény számos új kutatási irányt nyithat meg a biológiai tudományok terén a vízzel kapcsolatban".

"Lehet, hogy az egyik folyékony forma jobban kiemelkedik a víz sótalanítására szolgáló membránok belsejében lévő kis pórusokban lévő víz szempontjából," - mondja Marjorie Ladd Parada, a Stockholmi Egyetem kutatója. "Úgy gondolom, hogy a tiszta vízhez való hozzáférés az éghajlatváltozás egyik legnagyobb kihívása lesz."

"Wilhelm Röntgen korai munkája óta több mint egy évszázada intenzív vita folyik a víz furcsa tulajdonságainak eredetéről," - magyarázza Anders Nilsson.

"A víz fizikáját elemző kutatók most arra a modellre támaszkodhatnak, hogy a víz két folyadékként létezhet a túlhűtött rendszerben. A következő lépés annak kiderítése, hogy van-e kritikus pont, amikor a két folyadék átalakul, és csak egy folyadékká válik, miközben a nyomás és a hőmérséklet változik. Ez egy nagy kihívás a következő néhány évben." (2)

(1) - https://science.sciencemag.org/content/370/
(2) - https://www.su.se/english/news/two-liquids