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. 3 pravidlá pre lepší dôchodok
  2. Slovenské deti dostávajú mesačne 22€
  3. V tomto roku si už konečne užijem Vianoce bez vrások.
  4. Online analýza spotreby elektriny vám pomôže ušetriť
  5. Stavba domu na kľúč – úspora času aj financií
  6. VW Tiguan Allspace: prvé sedemmiestne SUV od Volkswagnu
  7. Moskva alebo Petrohrad?
  8. Jubilejná desiata KOCKA privíta zákazníkov v Starej Ľubovni
  9. Nepríjemná bolesť. Tu sú 3 rady, ako sa jej zbavíte
  10. 5 zaujímavostí, ktoré ste o koži možno nevedeli
  1. V tomto roku si už konečne užijem Vianoce bez vrások.
  2. Online analýza spotreby elektriny vám pomôže ušetriť
  3. Stavba domu na kľúč – úspora času aj financií
  4. Zóna Nové Nivy splnila kvalifikačné podmienky pre registráciu
  5. Dekan ocenil študentov Stavebnej fakulty STU v Bratislave
  6. Application of GDPR with respect to the size of the enterprise
  7. Modern luxury next to the Blue Church
  8. VW Tiguan Allspace: prvé sedemmiestne SUV od Volkswagnu
  9. 3 pravidlá pre lepší dôchodok
  10. Moskva alebo Petrohrad?
  1. Moskva alebo Petrohrad? 7 755
  2. Ako pracujú poisťováci? Dostali sme sa medzi nich 4 096
  3. 3 pravidlá pre lepší dôchodok 3 948
  4. Nepríjemná bolesť. Tu sú 3 rady, ako sa jej zbavíte 2 108
  5. VW Tiguan Allspace: prvé sedemmiestne SUV od Volkswagnu 1 465
  6. Jubilejná desiata KOCKA privíta zákazníkov v Starej Ľubovni 1 380
  7. Nový Jaguar XF Sportbrake 1 279
  8. Slovenské deti dostávajú mesačne 22€ 1 269
  9. Diabetici môžu získať 25-tisíc eur cez nový grantový program 1 122
  10. Špeciálna príloha: Pre budúcich vysokoškolákov 1 107

Hlavné správy zo Sme.sk

EKONOMIKA

Štátna firma ukázala, ako by sa dalo obísť zvyšovanie príplatkov

Najväčší súkromní zamestnávatelia zhodne tvrdia, že také kroky, ako chystá železničné Cargo, neplánujú.

DOMOV

Dobré ráno: My sme les? Kto v spore o slovenské lesy klame

Kultúrny súboj sa najnovšie vedie o lesy.

EKONOMIKA

Peugeot prehodnotil plány, v Trnave chce vyrábať inovatívny model

PSA na Slovensku vyrába Citroën C3 a Peugeot 208.

Neprehliadnite tiež

Prečo horúca voda zamrzne rýchlejšie ako studená?

Teoretický opis ukázal aj to, že studená voda môže zovrieť rýchlejšie.

So psom sa dožijete vyššieho veku. Veda naznačuje, ktorú rasu si vybrať

Domáci miláčik môže motivovať ľudí, aby sa viac pohybovali a žili zdravšie.

Slovenka pozorovala prvý medzihviezdny asteroid: už ho nikdy neuvidíme

Podobných asteroidov z medzihviezdneho priestoru uvidíme viac, hovorí Eva Lilly z Astronomického ústavu v Honolulu na Havaji.

OBJEKTÍV

Humanoid od Boston Dynamics sa naučil robiť saltá vzad

Robotické salto je veľký pokrok v robotike.