Японские ученые показали две структуры жидкого состояния воды

Вода в жидком состоянии имеет не одну, а сразу две разные молекулярные структуры — одну тетраэдрическую и одну нететраэдрическую. Такое открытие сделали ученые в Японии, сообщает Sciencealert.

Это открытие, по словам ученых, может иметь значение для нашего понимания живых систем, которым необходима жидкая вода.

У нас очень сырая планета по сравнению с остальной частью Солнечной системы. Вся жизнь на Земле зависит от воды. Тем не менее сама вода — старый добрый монооксид водорода — действительно необычный материал.

Вода обладает странной плотностью. Большинство жидкостей становятся более плотными при охлаждении. Максимальная плотность воды достигается примерно при 4 градусах по Цельсию (39,2 по Фаренгейту).

Кроме того, вода обладает необычно высоким поверхностным натяжением, уступая только жидкой ртути, при этом точки плавления и кипения необычно высоки, и то, что в ней растворяется так много других химических веществ, также очень странно.

В 2018 году ученые из Великобритании и Японии продемонстрировали, что эти специфические свойства связаны с тетраэдрическим расположением молекул воды в жидкой форме. Это означает, что каждая молекула воды связана водородом с четырьмя другими в форме грубой пирамиды.

Одна модель предполагает, что молекулярная структура воды является унимодальной — это тетраэдры. Другая предлагает, что структура воды бимодальная, состоящей из двух структур — тетраэдров и чего-то еще.

Чтобы попытаться решить эту проблему, ученые из Университета Токио провели компьютерное моделирование, а также провели эксперименты с жидким кремнеземом, одной из немногих жидкостей, о которых известно, что они также имеют тетраэдрическую молекулярную структуру.

Эти эксперименты были основаны на дифракции рентгеновских лучей. То, как эти короткие волны рассеивают атомы в молекулах в жидкости, можно использовать для определения расположения этих молекул.

В частности, ученые смотрели на пик дифракции. И они обнаружили, что два перекрывающихся дифракционных пика были скрыты в том, что было похоже на первый дифракционный пик.

Один из этих пиков соответствовал расстоянию между атомами кислорода в обычных жидкостях. Исследователи смогли показать, что в другом случае это расстояние было более длинным, а расстояние между атомами кислорода было обнаружено в тетраэдрических молекулярных схемах.

«Мы продемонстрировали, как в структуре воды происходит динамическое сосуществование двух типов локальных структур… это подтверждает описание жидкой воды в двух состояниях», — пишут исследователи в своей статье.

Ученые считают, что это может иметь значение для молекулярной биологии, химии и фармакологии, а также для промышленного применения.