Мислим си, че знаем как се държи водата, но до

Мислим си, че знаем по какъв начин се държи водата, само че до този миг не сме проучвали какво се случва, когато се вмъкне в извънредно дребни пространства (с дебелина колкото една-единствена молекула). Оказва се, че в тази обстановка тя няма нищо общо с водата, която познаваме по принцип.

Като цяло водата има три положения – твърдо, течно и газово. Съществуват обаче и други, които настъпват само при извънредно рискови условия. През последните години експертите, които желаят да се научат да манипулират и мерят материята, откриха много от тях. И в този момент идва ред на най-новото – когато водата бъде пленена в условия, при които образува един-единствен слой колкото една молекула, тя образува поредно няколко разнообразни етапи. За разлика от другите положения на материята, тези (или най-малко не всички) не се нуждаят от извънредно високи количества сила или налягане. В случая главното предизвикателство е по какъв начин тъкмо да следим държанието им и надлежно – да разберем по-добре структурата.

Новото проучване по тематиката е оповестено в научното издание.

С помощта на компютърни модели на вода, сложена в дребен канал от графен, доктор Венкат Капил от Кейбмбриджкия университет и неговите сътрудници откриват, че когато налягането е ниско, водата образува фаза, която прилича тази на леда (с тази разлика, че точката на размразяване е почти 100° C по-ниска от триизмерната си версия), като молекулите са подредени в шестоъгълна форма.

Когато налягането или температурите стартират да се усилват, молекулите се пренареждат – първо в петоъгълни, а след това в ромбични форми. При налягания, които учените дефинират като „ междинни “ (около 8000 атмосфери) водата навлиза в така наречен „ хексатична “ (hexatic) фаза. В този случай тя не е нито в течно, нито в твърдо положение, а в нещо приблизително сред двете – с закрепени, само че въртящи се молекули. И това продължава, до момента в който температурите не се покачат над 70° C.

Източник: Kapil et al/Nature

Когато налягането се усили в допълнение, водата става свръхйонна. Тогава тя по-скоро прилича лед, в сравнение с вода, само че е извънредно електропроводима. Токът обаче не се придвижва нито от протони, нито от електрони. Стандартната вода също може да има свръхйонна фаза, само че с цел да я постигнете, ще се нуждаете от извънредно високо налягане.

Понякога другите положения на материята, като да вземем за пример тези, които могат да настъпят при извънредно ниски температури или при рискови налягания, нямат практично приложение. Сегашният случай обаче не е наложително да е подобен. В порестите материали откриваме най-различни дребни пролуки, а пластове с дебелина една молекула могат да зародят сред мембраните (независимо дали имаме потребността от тях или не).

Според създателите някои от тези положения на водата се срещат даже и в нашите лични тела (в случаите, когато пространствата станат прекомерно дребни, че да я удържат в общоприетата ѝ форма). А това от своя страна може да окаже въздействие върху успеваемостта на другите медицински лекувания. По същия метод и батериите, и плановете за обезсоляване на водата включват вода, намираща се в тези етапи – просто нямаме визия по какъв начин това въздейства на производството.

Ето за какво е значимо да разберем по какъв начин тъкмо се държи водата в другите си етапи. „ Нашият метод разрешава проучването на един-единствен слой вода в сходен на графен канал с невиждана предиктивна акуратност “, споделя Капил.

Хексатичното държание, което създателите разказват, пасва значително на предходните прогнози, само че свръхйонното положение ни води безусловно в неразучени води.

Свръхйонното положение се среща главно при рискови условия – да вземем за пример в ядрото на Уран и Нептун. Можем да пресъздаваме тази фаза по следния метод – кислородните атоми образуват твърда мрежа, а протоните текат като течност през нея – съвсем като деца, тичащи през лабиринт, изяснява Капил.

Авторите се надяват, че ще могат да употребяват изключителната проводимост на свръхйонната фаза, с цел да подобрят дизайна на батериите.

Източник: IFLScience