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.

Článok pokračuje pod video reklamou

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.

Na spracúvanie osobných údajov sa vzťahujú Zásady ochrany osobných údajov a Pravidlá používania cookies. Pred zadaním e-mailovej adresy sa, prosím, dôkladne oboznámte s týmito dokumentmi.

Najčítanejšie na SME Tech

Inzercia - Tlačové správy

  1. Infografika: Slováci minuli na Pohode historicky najviac peňazí
  2. Dubravské Čerešne majú sladké prekvapenie pre najrýchlejších!
  3. Aká je ideálna vlhkosť a teplota v byte? Výskum hovorí jasne
  4. Veríte brusniciam pri zápaloch močových ciest? Nemusia stačiť
  5. Dobrú chuť: Letné šaláty a bizarné praktiky food fotografie
  6. Vyberiete si radšej romantický Paríž alebo slnečné Nice?
  7. O asistovanej reprodukcii sa šíri množstvo zavádzajúcich tvrdení
  8. Pivovar Šariš rozdá tisíce eur, o časti peňazí rozhodnú ľudia
  9. Volkswagen Golf GTI TCR naživo na Slovakia Ringu!
  10. 3 dôvody, prečo sa oplatí mať online účet v ZSE už toto leto
  1. Dubravské Čerešne majú sladké prekvapenie pre najrýchlejších!
  2. Aká je ideálna vlhkosť a teplota v byte? Výskum hovorí jasne
  3. Veríte brusniciam pri zápaloch močových ciest? Nemusia stačiť
  4. Infografika: Slováci minuli na Pohode historicky najviac peňazí
  5. Vyberiete si radšej romantický Paríž alebo slnečné Nice?
  6. Dobrú chuť: Letné šaláty a bizarné praktiky food fotografie
  7. Salón architektov A0 – Coneco 2018
  8. Záhradný nábytok: aký materiál je najlepší?
  9. Životné jubileum prof. Ing. Jaroslava Valáška, PhD.
  10. OMV pozýva na pretekársky supervíkend na okruhu Slovakiaring
  1. Aká je ideálna vlhkosť a teplota v byte? Výskum hovorí jasne 12 775
  2. Infografika: Slováci minuli na Pohode historicky najviac peňazí 11 684
  3. Dobrú chuť: Letné šaláty a bizarné praktiky food fotografie 8 948
  4. Ulovte si last minute dovolenku so zľavou do 70% 8 772
  5. Vyberiete si radšej romantický Paríž alebo slnečné Nice? 7 750
  6. O asistovanej reprodukcii sa šíri množstvo zavádzajúcich tvrdení 6 460
  7. Pivovar Šariš rozdá tisíce eur, o časti peňazí rozhodnú ľudia 4 683
  8. Nie sme žiadni paštikári. Slováci už dovolenkujú inak 3 824
  9. Iná tvár Mexika: Nocovanie s Indiánmi, dobrodružstvo v džungli 3 422
  10. Volkswagen Golf GTI TCR naživo na Slovakia Ringu! 2 996

Téma: Ceny energií 2018


Hlavné správy zo Sme.sk

ŠPORT

Prvý týždeň na Tour de France: Sagan má už len jediný cieľ

Prvý týždeň na Tour veľké zmeny nepriniesol.

Píše Ivan Mikloš

Nepredvídateľný užitočný idiot (píše Ivan Mikloš)

Aké poučenie si možeme vziať z Trumpa.

Neprehliadnite tiež

PODCAST ZOOM

Zoom: Ukázali, aká katastrofa kedysi postihla Urán

Urán má za sebou obrovskú vesmírnu zrážku.

Ukázali stred Mliečnej cesty v najjasnejšom detaile

Záber ukazuje aj záhadné vlákna.

Austrálsky Černobyľ láka turistov, výstrahy ignorujú

Na varovania nedbali, kým ľudia nezačali umierať.