Открыто новое состояние молекул воды

Вода одно из немногих веществ на Земле, которое может существовать в твердом, жидком или газообразном состоянии. Нейтронография и компьютерное моделирование показали уникальное и неожиданное поведение молекул воды в условиях экстремального конфайнмента, сообщает phys.org.

Исследователи из Национальной лаборатории в Оук-Ридж совместно с лабораторией Резерфорда-Эплтона провели эксперимент, чтобы выяснить, что происходит с водой, когда она находится внутри минералов. Таким образом они хотели понять, какое состояние принимает жидкость в микротрещинах горных пород, почве, а также в ходе диффузии через клеточные мембраны.

В ходе эксперимента воду помещали в шестиугольные сверхмалые каналы в минерале берилл. Диаметр этих каналов составляет всего 5 ангстрем, то есть 10^-10 метра (отдельные атомы, как правило, около 1 ангстрем в диаметре). Подвергая молекулы воды процессу туннелирования — помещения в эти емкости — исследователи обнаружили, что частицы демонстрируют довольно странное поведение, преодолевая разделительный потенциал и начиная квантовое движение. Такое состояние H₂O наблюдалось учеными впервые и не соответствовало типичным формам вещества.

Ранее считалось, что такое явление существует только в квантовой механике. «В этом случае атомы кислорода и водорода являются „делокализоваными“ и, значит, одновременно присутствуют в шести симметричных позициях канала», сказал ведущий автор исследования Александр Колесников.

Открытие этого «квантового туннелирования» состояния молекул воды в берилле, как ожидается, поможет ученым понять термодинамические свойства воды в замкнутых средах, таких как углеродные нанотрубки, а также в различных геологических условиях.

Сотрудник Лаборатории Резерфорда-Эплтона Лоуренс Ановитц отметил, что открытие вызовет дискуссию в биологических, геологических и физико-математических кругах, поскольку ученые попытаются объяснить механизм этого явления и понять, как он действует на их сферы.

Исследователи также сообщили, что средняя кинетическая энергия протонов воды, полученных непосредственно из нейтронного эксперимента, определяет скорость их движения при нуле градусов по шкале Цельсия и демонстрирует показатели на 30% меньше, чем в жидкой и твёрдой форме.

ссылка на оригинал статьи https://geektimes.ru/post/274931/