Dodano: 21 września 2022r.

Woda może występować w większej ilości stanów skupienia niż dotąd sądziliśmy

Przyzwyczailiśmy się do tradycyjnego myślenia o tym, w jakich stanach skupienia występuje woda. Tymczasem naukowcy odkryli, że w określonych okolicznościach zachowuje się ona w sposób, który nie pasuje do tego, co do tej pory wiedzieliśmy na jej temat. Aby jednak dokładniej zbadać tę kwestię badacze również musieli zastosować nietypowe podejście.

Woda może występować w większej ilości stanów skupienia niż dotąd sądziliśmy

 

Naukowcy z University of Cambridge odkryli, że kiedy woda tworzy warstwę o grubości zaledwie jednej cząsteczki, wykazuje pewne nieznane dotąd właściwości. Nie zachowuje się ani jak ciecz, ani jak ciało stałe. Do tego w takiej formie wydaje się być znacznie lepszym przewodnikiem.

Opis i rezultaty badań ukazały się na łamach pisma „Nature” (DOI: 10.1038/s41586-022-05036-x).

Woda występuje w naturze również w nietypowych fazach

Nietypowe zachowanie wody ma miejsce w sytuacji, kiedy mamy do czynienia z jej warstwą jednocząsteczkową. Zmianie ulegają wtedy właściwości fizyczne wody. Zdaniem naukowców jej zachowanie nie przypomina wtedy ani ciała stałego, ani też cieczy. Dodatkowo pod wpływem wysokiego ciśnienia staje się jeszcze lepszym przewodnikiem.

Należy przy tym zaznaczyć, że woda w takiej postaci nie jest rzadkością. Występuje ona w takiej formie zarówno w błonach naszego organizmu, jak i w różnego typu formacjach geologicznych. Interesujący jest fakt, że woda w tej postaci występuje w różnego typu warunkach ekstremalnych, jakie występują np. w jądrze Urana lub Neptuna. Jak dotąd jednak dokładne zbadanie właściwości fizycznych takiej wody (w nanoskali) nastręczało sporo trudności, szczególnie jeżeli chcielibyśmy tego dokonać w sposób eksperymentalny.

W celu przewidzenia zachowań wody we wspomnianych okolicznościach badacze postanowili skorzystać z postępów, jakie zostały poczynione w podejściu obliczeniowym. Naukowcom udało się w ten sposób stwierdzić, że w warstwie o grubości jednej cząsteczki woda występuje kolejno w różnych fazach. Dwie z nich są dość interesujące. To właśnie w tzw. fazie „heksatycznej” woda zachowuje się jak coś pomiędzy ciałem stałym, a cieczą. Inna faza to faza „superjonowa”, która ma możliwość zaistnieć przy wysokim ciśnieniu. Wtedy z kolei znajdująca się w takiej fazie woda staje się o wiele lepszym przewodnikiem, niż ma to miejsce w typowej sytuacji.

Znaczenie odkrycia

Dokładne zrozumienie tego, jak w nanoskali zachowuje się woda może mieć kluczowe znaczenie z wielu powodów. Przede wszystkim jak to już zostało wspomniane, występuje ona w tej postaci w naszym organizmie, a zatem poprawa stanu wiedzy o jej zachowaniu może mieć istotne znaczenie dla skuteczności różnego typu terapii. Pomoże bowiem również zrozumieć potencjalną reakcję tych cząsteczek wody. Ale na tym nie koniec. Tego typu analizy są bowiem również istotne z punktu widzenia przemysłu.

Zdobyta wiedza może zostać wykorzystana chociażby przy wytwarzaniu elektrolitów do akumulatorów, które o wiele lepiej przewodzą prąd. O tym, jak obiecująca może w tym kontekście okazać się faza „superjonowa” najlepiej świadczy fakt, że poziom jej przewodnictwa jest od 100 do nawet 1000 razy wyższy, niż aktualnie stosowanych elektrolitów. Może też być przydatna w kontekście procesów odsalania wody, jak i beztarciowego transportu płynów. Widać zatem wyraźnie, że wyniki tych badań mogą okazać się dla wielu dziedzin naszego życia przełomowe.

 

Źródło: University of Cambridge, fot. Pixabay/CC0 Public Domain