Ученые обнаружили две «неуловимые» формы воды

Исследователи из Университета Пизы (Италия) и Индийского научного института утверждают, что они провели экспериментальное наблюдение двух форм жидкой воды, образование которых происходит при низкой температуре и высоком давлении.

Три состояния воды (иллюстрация Science Photo Library).

Как известно, необычные свойства воды во многом объясняются наличием водородных связей между ее молекулами. Компьютерное моделирование, проведенное в 1992 году группой Джина Стэнли (Gene Stanley) из Бостонского университета (США), показало, что при указанных выше условиях вода может переходить в одну из двух форм: жидкости низкой и высокой плотности. В первом случае молекулы воды располагаются на значительном расстоянии друг от друга, во втором — сближаются, разрушая некоторую часть водородных связей. Американские исследователи также показали, что переход между этими двумя типами жидкости должен быть резким, как обычный фазовый переход.

Подтвердить существование необычных форм оказалось не так просто, поскольку при необходимых температурах (ниже –75 °C) воду, что очевидно, трудно сохранить в жидком состоянии. В 1998 году Джин Стэнли (Gene Stanley) и его коллега Осаму Мишима (Osamu Mishima) из Национального института исследований неорганических веществ (Япония) получили первые свидетельства существования перехода типа «жидкость — жидкость» при таянии микроскопических частиц льда под давлением. В 2007 году группа ученых из Италии, Англии и Тайваня сообщила о регистрации двух типов переохлажденной воды, которая заключалась в поры сверхмалых размеров, образующиеся в образце диоксида кремния; попав в эти поры, вода уже не могла замерзнуть. Научное сообщество, впрочем, подвергло этот эксперимент жесткой критике, поскольку на характеристики воды, вероятно, повлияли свойства той поверхности, с которой она контактировала.

Авторы рассматриваемой работы считают, что им удалось поставить более «чистый» опыт, поскольку исследуемые образцы воды заключались в лед: ученые воспользовались спектроскопической методикой электронного парамагнитного резонанса для анализа свойств молекул воды, сохраняющихся в микроскопических резервуарах жидкости между кристаллическими блоками льда, при температурах до –183 °C. Исследователи не проводили прямых измерений интересовавших их характеристик, а наблюдали за перемещением органической «молекулы-зонда», которая не может проникать в лед.

По словам авторов, при температурах от –140 до 0 °C они зафиксировали условно «быстрое» и «медленное» перемещение молекулы, что и должно служить доказательством существования двух форм воды.

Многие ученые, отметим, выражают сомнения в достоверности представленных результатов. Специалист по физике жидкостей Пабло Дебенедетти (Pablo Debenedetti) из Принстонского университета (США), к примеру, отмечает, что авторы не представили никаких доказательств существования двух отдельных состояний воды; вполне возможно, переход между ними происходит постепенно, и разделить их не удастся. Остен Энджелл (Austen Angell) из Университета штата Аризона (США) выражается еще более резко. «Жидкость, которую исследовали авторы, — это не чистая вода, — говорит ученый. — Состав ее неизвестен. Мне кажется, наблюдения относятся, скорее, к смеси молекул воды, органических «молекул-зондов» и различных примесей».

Дмитрий Сафин