Једна од најосновнијих ствари о којој уче у школским часовима науке је да вода може да постоји у три различита стања, било као чврсти лед, течна вода или пар испарења. Медјутим, медјународни тим науцника недавно је открио знаке да течна вода заиста може доћи у две различите државе.
Пишући у експерименталном раду, објављеном у часопису Интернатионал Јоурнал оф Нанотецхнологи, истраживачи су били изненађени када су открили да бројна физичка својства воде мењају понашање између 50 ℃ и 60 ℃. Овај знак потенцијалне промене у друго течно стање могао би изазвати бурну дискусију у научној заједници. Ако се потврди, то би могло имати импликације на низ области, укључујући нанотехнологију и биологију.
Стања материје, која се називају и „фазе“, кључни су концепт у проучавању система направљених од атома и молекула. Грубо речено, систем формиран од многих молекула може бити распоређен у одређеном броју конфигурација, зависно од његове укупне енергије. При вишим температурама (а самим тим и већим енергијама) молекули имају више могућих конфигурација, па су тако и више неорганизовани и могу се кретати релативно слободно (гасна фаза). При нижим температурама, молекули имају ограниченији број конфигурација и тако формирају више уређену фазу (течност). Ако температура падне даље, они се слажу у врло специфичној конфигурацији, стварајући чврсту супстанцу.
Ова слика је уобичајена за релативно једноставне молекуле, као што су угљен диоксид или метан, који имају три јасна, различита стања (течна, чврста и гасна). Али за сложеније молекуле постоји већи број могућих конфигурација и то ствара више фаза. Лепа илустрација овога је богато понашање течних кристала, који су формирани сложеним органским молекулама и могу да теку попут течности, али још увек имају чврсту кристалну структуру
Пошто је фаза неке материје одређена конфигурацијом њених молекула, многа физичка својства те супстанце нагло ће се мењати током преласка из једног у друго стање. У недавном раду, истраживачи су измерили неколико физичких својстава воде на температурама између 0 и 100 ℃ у нормалним атмосферским условима (што значи да је вода била течност). Изненађујуће су открили својства у својствима као што су површинска напетост воде и њен индекс лома (мера како светлост пролази кроз њу) на око 50 ℃.
Како то може бити? Структура молекула воде, Х2О, је веома занимљива и може се замислити као нека врста врха стрелице, при чему су два атома водоника на врху атома кисеоника. Електрони у молекули имају тенденцију да се дистрибуирају на прилично асиметричан начин, чинећи страну кисеоника негативно наелектрисану у односу на водоничну страну. Ова једноставна структурна карактеристика доводи до својеврсне интеракције између молекула воде познате као везивање водоника, при чему супротни набоји привлаче једни друге.
То даје својства воде која у многим случајевима нарушавају трендове уочене за друге једноставне течности. На пример, за разлику од већине других супстанци, фиксна маса воде заузима више простора као крутина (лед) него као (течност) због начина на који молекули формирају одређену правилну структуру. Други пример је површинска напетост течне воде, која је отприлике двоструко већа од осталих неполарних, једноставнијих, течности.
Вода је довољно једноставна, али не превише једноставна. То значи да је једна могућност објашњења привидне додатне фазе воде та да се понаша помало као течни кристал. Водоничне везе између молекула одржавају неки ред на ниским температурама, али на крају би могла потрајати друга, мање наручена течна фаза на вишим температурама. То би могло објаснити кинкове које су истраживачи уочили у својим подацима.
Ако се потврде, налази аутора могу имати много примјена. На пример, ако промене у окружењу (као што су температура) проузрокују промене у физичким својствима неке супстанце, тада се то потенцијално може користити за примене сензора. Можда је још важније што се биолошки систем углавном састоји од воде. Како биолошки молекули (попут протеина) међусобно делују вероватно, зависи од специфичног начина на који се молекули воде организују да формирају течну фазу. Разумевање начина на који се молекули воде распоређују у просеку на различитим температурама могло би осветлити деловање интеракције у биолошким системима.
Откриће је узбудљива прилика за теоретичаре и експерименталисте и диван пример како се чак и најпознатија супстанца у себи крије тајне.
Овај чланак је првобитно објављен у часопису Тхе Цонверсатион. Прочитајте оригинални чланак.
