Apa reacționează foarte neobișnuit la temperaturi foarte scăzute. Să începem cu faptul că atunci când se răcește, contrar logicii, apa nu se micșorează, ci se extinde (de aceea gheața are proprietatea flotabilității). Apa rece este mai puțin comprimabilă decât apa caldă. Mai mult, atunci când sunt înghețați, moleculele de apă își pot schimba poziția în toate modurile posibile.
Toate acestea sunt dificil de găsit o explicație, iar teoriile existente provoacă controverse aprige în cercurile științifice. Una dintre ele a fost formulată în urmă cu aproape trei decenii și a fost aceea că apa cu gheață poate exista sub două forme lichide diferite, dintre care una are o structură mai puțin densă. Cu alte cuvinte, există două tipuri de apă, fiecare dintre ele fiind un lichid separat. Este dificil să demonstrezi această teorie într-un laborator, dar oamenii de știință italieni au reușit să găsească dovezi care să o apere. Studiul a fost publicat recent în revista Science.
În studiul lor, oamenii de știință Pablo Debenedetti și Gul H. Zerze de la Universitatea Princeton și Francesco Shortico de la La Sapienza din Roma sugerează că „al doilea punct critic al apei” apare la temperaturi cuprinse între -83 și -100 grade și la presiuni atmosferice de aproape 2000 de ori mai mari. decât presiunea deasupra nivelului mării. Punctul critic este singura valoare a temperaturii și presiunii la care două faze ale unei substanțe devin indistinguibile și acest lucru se întâmplă chiar înainte ca substanța să treacă de la o fază la alta. Apa, de exemplu, are un punct critic bine cunoscut în trecerea de la lichid la vapori.
„Imaginați-vă bucuria când am văzut că fluctuațiile critice se desfășoară exact așa cum ne așteptam - explică Sortino - acum pot dormi liniștit, deoarece după 25 de ani ideea mea a găsit în cele din urmă confirmarea.”
Până acum, experimentele care foloseau molecule reale de apă pentru a testa cel de-al doilea punct critic al apei „super-răcire” nu au putut oferi dovezi fără echivoc ale existenței sale. Acest lucru se datorează în mare măsură faptului că apa înghețată se transformă de obicei în gheață, a spus Debenedetti.
Din acest motiv, cercetătorii au decis să recurgă la utilizarea modelelor de calculator. Procesul este cu adevărat laborios: în ciuda puterii ridicate a supercomputerelor moderne, oamenii de știință au petrecut 18 luni făcând calculele necesare pentru a crea modele.
În simulări, când temperatura era încă departe de punctul de îngheț, densitatea apei a început să fluctueze foarte mult. Drept urmare, oamenii de știință au reușit să găsească punctul critic, pe care îl căutau în două modele diferite de calculatoare de apă. În același timp, pentru a găsi punctul critic al apei în ambele modele, au fost aplicate abordări de calcul diferite.
Ca și în cazul trecerii de la faza lichidă la faza gazoasă, apa cu gheață se poate schimba în două faze diferite, în funcție de modul în care moleculele sale sunt rearanjate. Astfel, într-un lichid cu densitate mică, patru molecule sunt grupate în jurul unei molecule centrale pentru a forma un tetraedru. Cu toate acestea, într-un lichid cu o densitate mai mare, intră în joc a șasea moleculă, ceea ce duce la o creștere a densității sale.
Video promotional:
În articolul lor, cercetătorii scriu că „în limitele capacităților noastre de calcul, s-a dovedit existența unui punct critic metastabil în etapa de răcire profundă a moleculelor de apă”.
Desigur, acum această concluzie trebuie confirmată de alte experimente, „folosind mijloace de calcul mai precise și mai scumpe”.
