Ученые создали модель для описания «аномального» поведения воды

Фото: joka2000/flickr

Два физика из Швеции проанализировали большой объем данных по исследованиям свойств воды и, собрав воедино доступную информацию, построили общую модель. В ней поведение жидкости описывается как неоднородная система, в которой в зависимости от температуры происходят колебания между двумя классами локальных структур водородных связей.

В отличие от других жидкостей, вода обладает некоторыми необычными свойствами. Считается, что именно некоторые из них способствовали развитию жизни на Земле. Ее высокая теплопроводность помогает организмам поддерживать стабильную температуру тела, а тот факт, что плотность льда меньше плотности воды, не дает водным организмам погибнуть в зимний период. В обзорной статье, опубликованной в журнале Nature Communications, ученые изложили результаты анализа данных, взятых из статей, которые посвящены исследованиям «аномальных» свойств воды.

Считается, что основным источником необычных особенностей воды являются так называемые водородные связи, которые способны образовываться между отдельными молекулами жидкости. В своем исследовании авторы работы предложили модель для описания необычных свойств воды на основании неоднородностей ее локальной структуры. Ученые считают, что в области температур и давлений, в которых поведение воды отличается от большинства жидкостей, вода состоит из двух типов структур. Первая, высокоупорядоченная, в которой все молекулы связаны водородными связями (по четыре на одну молекулу), обладает низкой плотностью. Во втором — неупорядоченном — типе структур водородные связи частично нарушены, что позволяет молекулам ближе подходить друг к другу, создавая более высокую плотность жидкости. Постоянный переход молекул из одного типа структур в другую (флуктуации) приводит к возникновению аномальных свойств воды, считают авторы работы.

Ученые объясняют этот процесс на примере высокой теплоемкости воды (способности выделять или поглощать значительное количество тепла в ответ на небольшое изменение температуры). Флуктуации структур связаны с флуктуациями энтропии (степенью упорядоченности вещества), которая термодинамически связана с теплоемкостью вещества.
Теги:

Читать еще на Чердаке: