Тя е един от най-фундаменталните елементи на Земята, съставлява 60% от човешкото тяло, и все пак водата е по-странна, отколкото някога сме предполагали.
Учени изследвали физичните свойства на водата и открили, че при нагряването и до между 40 и 60 градуса по Целзий, тя достига “повратна температура” и започва да преминава от едно течно състояние в друго течно състояние.
Като химическо съеднинение, водата е изключително важна за живота на Земята, но досега сме подценявали странностите и.
Толкова сме свикнали с нея, че ни е трудно да си представим, че нещата може да са далеч по-сложни от трите и основни състояния – твърдо, течно и газообразно. Макар че при изключително редки условия, тя преминава и в състояние на плазма.
По много причини, добрата стара вода не прилича на нито едно друго вещество на планетата.
С изключение на живака, водата се отличава с най-високото повърхностно напрежение от всички останали течности. Тя е единственото познато вещество, чието твърдо състояние плува в течното и състояние, а за разлика от почти всички други познати вещества водата се разширява при замръзване.
Точката и на кипене също е странна. Докато точките на кипене на другите хидриди, като телуроводород и сероводород, се понижава с намаляване размера на молекулите им, водата има изненадващо висока точка на кипене за толкова ниска молекулна маса.
“Никой не разбира напълно водата. Неудобно ни е да си признаем, че веществото, което покрива 2/3 от планетата е все още мистерия. Колкото повече я изследваме, на толкова повече проблеми се натъкваме: техниките за изследване на молекулярната архитектура на течната вода ни изправят пред все повече загадки”, казва Филип Бол.
Сега физици демонстрират, че при температура между 40 и 60 градуса по Целзий, течната вода преминава в друго състояние и проявява различни свойства.
За да проучи по-добре въпроса, международен екип, оглавяван от Лаура Маестро от Оксфордския университет се фокусирал върху редица специфични свойства на водата.
Те разгледали топлопроводимостта, коефициентът на пречупване, проводимостта, повърхностното напрежение и диелектричната константа – до каква степен електрическото поле може да се разпространи из веществото и как то реагира на колебания в температурата от 0 до 100 градуса по Целзий.
След като водата достигне 40 градуса по Целзий, свойствата започват да се променят. Промените продължават до около 60 градуса по Целзий. Всяко свойство има различна “повратна температура” в този диапазон. Изследователите твърдят, че това се дължи на факта, че течната вода е преминала в друго състояние.
Екипът е определили някои от тези повратни температури: 64 градуса за топлопроводимостта, 50 градуса за коефициента на пречупване, 53 градуса за проводимостта и 57 градуса за повърхностното напрежение.
Какво точно се случва ? Все още не е ясно, но фактът че водата може да премине между две напълно различни течни състояния при определени температури може да е свързан с необичайните и свойства като цяло.
Водните молекули поддържат краткосрочни връзки помежду си, тези водородни връзки всъщност са далеч по-слаби от връзките между отделните водородни и кислородни атоми вътре в молекулите.
По тази причина, водородните връзки между водните молекули, непрекъснато се разкъсват и променят и въпреки целият хаос, продължават да съществуват определени структури и правила. Физиците подозират, че точно това придава на водата необичайните и свойства – но никой не е съвсем сигурен как точно работи.
“Всички са единодушни, че един аспект от молеколулярната структура на водата, я отличава от всички останали течности: мимолетните водородни връзки. Тези слаби връзки между молекулите непрекъснато се разрушават и формират над точката на топене и все пак структурата се запазва. Ето тук свършва консенсуса”, казва Бол.
И въпреки че резултатите от работата на Маестро и екипът и трябва да бъдат потвърдени и от друг независим екип, преди да пренапишем учебниците и да заявим категорично, че водата има 4 състояния, учените твърдят, че откритието им ще има сериозни последици за разбирането ни за нано и биологичните системи.
“Например оптичните свойства на металните (сребърни и златни) наночастици, разпръснати във вода и свойствата на емисиите на квантовите точки, демонстрират подобно необичайно поведение в този температурен диапазон”, казват още учените.
Това повдига въпроса дали предизвиканите от температурата структурни промени във водата не влияят и на биологичните макромолекули във водните разтвори и особено в протеините – жизненоважните функционални биологични единици в живите клетки.
