Vedci objavili nové kvapalné skupenstvo vody

Voda môže existovať ako ľad, vodná para a dva druhy kvapaliny.

Ilustračné foto.(Zdroj: PIXABAY/CC)

Jedna zo základných vecí, ktoré sa hodinách fyziky v škole naučíme je, že voda môže existovať v troch skupenstvách: pevný ľad, kvapalná voda, alebo plynová para. Medzinárodný tím vedcov ale nedávno našiel náznaky, že kvapalná voda môže mať dve rozličné skupenstvá.

Autorov experimentálnej štúdie zverejnenej v žurnále International Journal of Nanotechnology prekvapilo, že niekoľko fyzikálnych vlastností vody mení svoj správanie medzi 50 a 60 stupňami Celzia.

Náznak prípadnej zmeny na druhé kvapalné skupenstvo môže vo vedeckej komunite naštartovať vášnivú diskusiu. Ak sa potvrdí, môže mať dôsledky pre viacero oblastí vrátane nanotechnológií a biológie.

Fázy

Skupenstvá, tiež nazývané fázy, sú kľúčovým konceptom pri skúmaní systémov vytvorených z atómov a molekúl. Zjednodušene povedané, systém tvorený množstvom molekúl sa dá usporiadať určitým množstvom zoskupení na základe jeho celkovej energie.

Pri vyšších teplotách (a teda vyšších energiách) majú molekuly viacero možných zoskupení a sú tak menej organizované a môžu sa relatívne slobodne pohybovať (plynné skupenstvo).

Pri nízkych teplotách majú molekuly obmedzené množstvo usporiadaní a vytvárajú organizovanejšie skupenstvo (kvapalinu). Ak teplota klesne ešte viac, uložia sa do veľmi špecifického usporiadania a vytvoria pevné teleso.

Viacero usporiadaní

Takto to zvyčajne funguje pri relativne jednoduchých molekulách ako oxid uhličitý alebo metán, ktoré majú tri jasne rozličné skupenstvá (kvapalné, pevné a plynné). Zložitejšie molekuly ale majú väčšie množstvo možných usporiadaní, z čoho môže vniknúť viacero fáz.

Pekným príkladom je správanie kvapalných kryštálov, ktoré tvoria zložité organické molekuly a môžu tiecť ako kvapaliny, ale stále mať pevnú kryštalickú štruktúru.

Keďže fázu látky určuje usporiadanie molekúl, viacero fyzikálnych vlastností látky sa náhle zmení, keď látka prejde z jedného skupenstva do druhého.

V nedávnej štúdii vedci merali viaceré vlastnosti vody pri teplotách medzi nula a sto stupňoch Celzia pri normálnych atmosferických podmienkach (znamená to, že voda bola kvapalina).

Našli prekvapivú odchylku vo vlastnostiach, ako sú povrchové napätie vody alebo jej index lomu (ako cez ňu prechádza svetlo) pri teplote okolo 50 stupňov.

Špeciálna štruktúra

Ako je to možné? Štruktúra molekuly vody (H2O) je veľmi zaujímavá a dá sa predstaviť ako hrot šípu s dvoma atómami vodíka po boku atómu kyslíka navrchu.

Elektróny molekuly zvyknú byť nesúmerne usporiadané, čím dávajú kyslíkovej strane zápornejší náboj v porovnaný so stranou vodíka. Táto jednoduchá štrukturálna vlastnosť vedia k určitej interakcii molekúl vody známej ako vodíkové väzby, kde sa opačné náboje vzájomne priťahujú.

Voda tým získava vlastnosti, ktoré väčšinou neladia s pozorovaniami pri iných jednoduchých kvapalinách. Napríklad na rozdiel od iných látok, určitá hmotnosť vody zaberá viac miesta v pevnom skupenstve (ľad) ako v kvapalnom, pretože molekuly vytvárajú špecifickú pravidelnú štruktúru.

Ďalším príkladom je povrchové napätie vody, ktoré je približne dvojnásbné oproti iným nepolárnym a jednoduchším kvapalinám.

Voda je síce jednoduchá, ale nie príliš. Znamená to, že jedným z vysvetlení prípadnej novej fáze vody je, že sa správa ako kvapalný kryštál.

Vodíkové väzby medzi molekulami si udržiavajú nejaký poriadok pri nízkych teplotách, ale môžu prípadne prejsť do druhej, menej usporiadanej kvapalnej fáze pri vyšších teplotách. Vysvetľovalo by to výstrednosti, ktoré vedci vo svojich dátach pozorovali.

Krásny príklad

Ak sa objavy potvrdia, môžu mať množstvo využití. Napríklad ak zmeny v prostredí (teplota) spôsobujú zmeny fyzikálnych vlastností látky, dalo by sa to využiť pre snímacie aplikácie. Možno dokonca ešte zásadnejšie, keďže biologické systémy tvorí prevažne voda.

Vzájomné pôsobenie biologických molekúl (napríklad proteínov) pravdepodobne závisí od konkrétneho spôsobu, ktorým sa molekuly vody usporiadajú a vytvoria kvapalnú fázu. Pochopenie priemerného usporiadania vodných molekúl pri rôznych teplotách môže objasniť, ako pôsobia v biologických systémoch.

Objav je vzrušujúca možnosť pre teroretikov aj experimentátorv a krásny príklad, ako aj najznámejšia látka stále skrýva tajomstvá.

DOI: 10.1504/IJNT.2016.079670

Tento text pôvodne vyšiel na webe The Conversation, originál si môžete prečítať po kliknutí na tento odkaz.

Najčítanejšie na SME Tech


Inzercia - Tlačové správy


  1. 5 tipov ako na zdravé nôžky v škole
  2. Ako sa developer prispôsobil nárokom kupujúceho
  3. 6 účinkov prírodného slovenského výrobku
  4. Let s prestreleným srdcom: Samovraždy slovenských hercov
  5. TAURIS výrobky na gril potešia gurmánov aj maškrtníkov
  6. Problémy s počatím? Čo vás čaká na ceste za dvomi čiarkami
  7. Ako pracujú horskí záchranári? Tieto veci by ste nemali podceniť
  8. Lety do exotiky už aj z Bratislavy
  9. Nonstop banka vo vrecku - aplikácia Mobil Banking
  10. Ako sme jazdili v socializme
  1. Očarujúca Srí Lanka: malý ostrov plný prekvapení
  2. 5 tipov ako na zdravé nôžky v škole
  3. Ako sa developer prispôsobil nárokom kupujúceho
  4. Už aj seniori presadajú do SUV
  5. 6 účinkov prírodného slovenského výrobku
  6. Americká ambasáda zaberá pozemky už rok bez nájomnej zmluvy
  7. Bratislava gets a new public space and park
  8. TAURIS výrobky na gril potešia gurmánov aj maškrtníkov
  9. Let s prestreleným srdcom: Samovraždy slovenských hercov
  10. Daikin predĺžil záruku na klimatizácie so službou Stand By Me
  1. Let s prestreleným srdcom: Samovraždy slovenských hercov 8 006
  2. Ako sa developer prispôsobil nárokom kupujúceho 2 720
  3. Ako sme jazdili v socializme 2 671
  4. Očarujúca Srí Lanka: malý ostrov plný prekvapení 2 307
  5. 6 účinkov prírodného slovenského výrobku 1 999
  6. 5 tipov ako na zdravé nôžky v škole 1 609
  7. Problémy s počatím? Čo vás čaká na ceste za dvomi čiarkami 1 320
  8. Lety do exotiky už aj z Bratislavy 1 295
  9. Ako pracujú horskí záchranári? Tieto veci by ste nemali podceniť 1 173
  10. TAURIS výrobky na gril potešia gurmánov aj maškrtníkov 903

Hlavné správy zo Sme.sk

PLUS

Podnikajú na hranici prežitia. V kráľovstve polievok sa držková nevarí

Do niekoľkých hrncov naložili dvaja Bratislavčania svojho tvorivého ducha i značnú časť finančných úspor.

KOMENTÁRE

Pravda a láska stoja na našej strane

Môj manžel a ja, na túto frázu si aj po vyše dvoch rokoch manželstva stále zvykám.

PLUS

Prečo je dobré nájsť si architekta

Len rozumný architekt vymyslí dom, v ktorom budete naozaj šťastní.

ŠPORT

Fotografka z Tour: Sagan má výraznú tvár, je fotogenický

Češka bola roky jedinou ženou, ktorá fotila Tour z motorky.

Neprehliadnite tiež

DETSKÁ RUBRIKA

Včeláriky robia všetko pre rodinu. Mladé vtáčatá chodia kŕmiť aj tetky a ujovia

Živia sa hmyzom, často práve včelami. To však nie je veľmi pochuti včelárom, ktorí tieto vtáky bezhlavo kynožia.

Vypustili prvý satelit, ktorý vyrobili pomocou 3D tlačiarne

Satelity by mali byť vo vesmíre približne päť až šesť mesiacov.

Toto sú najlepšie čínske smartfóny (leto 2017)

Xiaomi, Vernee, Oukitel alebo Ulefone? Poradíme vám, ako sa nestratiť vo svete čínskych smartfónov.

Na dne morí sa hromadia plasty, môže za to aj zvláštne zviera

Vršovky nie sú vinníci, sú obeťami plastov.