Вода может быть жидкой, газообразной или твердой?

Вода может вести себя необычным образом, и ученые наконец-то разработали методы, позволяющие это предсказать.

Ученые из Кембриджского университета установили, что вода в виде мономолекулярного слоя ведет себя ни как жидкость, ни как твердое тело. Вода, сжатая в наномасштабе, меняет свои свойства. Разработав новый способ предсказания этого необычного поведения с высокой точностью, ученые обнаружили несколько новых фаз воды на молекулярном уровне. Подробности описаны в Nature .

Вода отличается от той, которую мы знаем

Воду можно найти буквально везде – в пространствах нашего тела, и ​​в скальных образованиях. Однако на наноуровне вода ведет себя совершенно иначе, чем жидкость, которую мы пьем. До сих пор не было полного понимания этих явлений, но успехи в вычислительных методах позволили предсказать фазовую диаграмму слоя воды толщиной в одну частицу с беспрецедентной точностью.

Получается, что вода, замкнутая в слой толщиной в одну частицу, проходит несколько фаз, в т.ч. гексатическая фаза и суперионная фаза. В гексатической фазе вода ведет себя не как твердое тело или жидкость, а как нечто среднее. В суперионной фазе, которая возникает при более высоких давлениях, вода становится проводником, быстро перенося протоны по льду, подобно потоку электронов в проводнике.

Доктор Венкат Капил с химического факультета Кембриджского университета говорит:

Гексатическая фаза не является ни твердой, ни жидкой, а чем-то средним, что согласуется с предыдущими теориями о двумерных материалах. Наш подход также предполагает, что эту фазу можно наблюдать экспериментально, ограничивая количество воды в графеновом канале. Существование суперионной фазы в легкодоступных условиях является своеобразным, поскольку эта фаза обычно находится в экстремальных условиях, таких как ядра Урана и Нептуна. Один из способов визуализировать эту фазу состоит в том, что атомы кислорода образуют твердую решетку, а протоны текут сквозь решетку подобно жидкости, как дети, бегущие по лабиринту.

Ученые говорят, что суперионная фаза может быть важна для аккумуляторов будущего, поскольку ее электропроводность в 100-1000 раз выше, чем у современных электролитов. Возможно, что не только вода проявляет суперионные свойства, но и многие другие соединения могут быть модифицированы таким образом.