Ученые получили соединение аморфного льда и переохлажденной жидкой воды
Вода очаровывала людей на протяжении веков, и, несмотря на ее центральное значение в биологии, химии и промышленности, мы все еще совершенствуем наше понимание ее свойств. Одной из областей активных исследований за последние полвека было изучение переохлажденного жидкого состояния воды. Это состояние отлично от стандартного агрегатного состояния вещества, изучаемого в школьной программе. Такое состояние воды можно получить лишь в лабораторных условиях с помощью специального холодильного оборудования.
Переохлажденное жидкое состояние воды — это вода, охлажденная ниже температуры, при которой обычно образуется лед, но не переходящая в него, а вместо этого сохраняемая в виде метастабильной жидкости. Исследование переохлажденной жидкой воды особенно сложно, потому что склонность воды к кристаллизации резко возрастает при снижении температуры. Один из способов, которым исследователи попытались обойти эту проблему, раскрывается в изучении воды в ее аморфном твердом или так называемом «стеклянном» состоянии. Последнее заключается в том, чтобы уловить момент, когда образуется это трудноуловимое окно «предзамерзшей» воды при ее переходе в переохлажденную.
Ключевой вопрос, который поставили перед собой ученые в своей недавней исследовательской работе, заключался в поиске возможных и наиболее распространенных форм аморфного льда, которые могли бы быть получены традиционными способами. Первый этап их экспериментальной работы включал в себя процесс надувания кристаллического льда при низкой температуре до тех пор, пока молекулы воды не стали бы подходящими, чтобы ученые смогли назвать их аморфной структурой. Ее можно рассматривать как эквивалент более традиционного «стекла». Иными словами, действительно ли аморфный лед термодинамически связан с жидким состоянием, или это просто механически разрушенный кристалл?
Новая работа ученых показала именно эту термодинамическую связь, используя современные методы для приготовления «сверхкислой стекловидной воды» (HGW) путем быстрого остекления образцов жидкой воды с минимальной кристаллизацией. Затем исследователи провели калориметрические и рентгеноструктурные эксперименты, чтобы продемонстрировать, что HGW ведет себя идентично аморфным льдам, полученным более традиционными способами, укрепляя термодинамическую связь между стеклообразной водой и переохлажденным жидким состоянием. Таким образом, им удалось получить новые данные о свойствах воды в переохлажденном жидком состоянии.
