Вода ведет себя не так, как другие жидкости, и теперь мы знаем почему

Мы редко задумываемся о том, какая вода на самом деле странная. Она ведет себя не так как другие жидкости. Ученые сумели подойти к вопросу нешаблонно и, кажется, наконец разобрались, почему — все дело в необычном порядке молекул. Одним из самых странных свойств воды является ее нестандартная плотность. Обычно жидкости становятся плотнее при охлаждении, но у воды максимум плотности приходится примерно на 4°C.

Ниже этой точки вода менее плотная, и когда она замерзает и превращается в лед при 0°C, лед в итоге обладает меньшей плотностью, чем вода. Именно поэтому лед не тонет, а вода замерзает сверху вниз.

Но это еще не все. У воды к тому же высокий коэффициент поверхностного натяжения — один из самых высоких показателей среди жидкости, выше только у ртути. Именно это натяжение позволяет разным насекомым, а в частности водяным паукам, бегать по поверхности.

Вдобавок к этому у воды крайне высокая температура кипения, и в ней растворяется просто невероятное количество химических соединений по сравнению с другими жидкостями.

Чтобы разобраться во всех этих необычных свойствах, ученым пришлось опуститься до молекулярного уровня. При комнатной температуре и в твердом состоянии у воды тетраэдральная структура молекул — каждая молекула связана с четырьмя другими в форме грубой пирамиды. Исследователи из Бристольского университета и Токийского университета использовали суперкомпьютер и компьютерное моделирование, чтобы внести изменения в эту пирамидальную природу молекул воды.

Произведя эти изменения, им удалось заставить воду вести себя как другие жидкости — к примеру, лед стал плотнее, чем жидкая вода, и поэтому в ней тонул.

По словам команды, это исправило все “странности” воды. Тем самым они доказали, что аномальные свойства воды напрямую связаны с ее необычной молекулярной структурой.

“С помощью этой процедуры мы обнаружили, что именно определенное расположение молекул воды заставляет воду вести себя нестандартно, это тетраэдральное расположение,” — объяснил ведущий автор статьи Джон Руссо.

“Четыре таких тетраэдральных структуры могут самоорганизоваться таким образом, что в центре будет общая на всех молекула воды, и они не будут накладываться друг на друга. Именно смесь этих крайне упорядоченных структур из водных молекул с другими беспорядочными структурами дает воде ее необычные свойства.”Если бы вода была не такой, жизнь, какой мы ее знаем, не смогла бы существовать. Вода не так уж просто поддается сжатию, а значит ее можно толкать — к примеру, по венам, перенося наши с вами кровяные клетки.

А будучи отличным растворителем, она расщепляет питательные вещества в наших телах, так необходимые нам для функционирования организма. Даже низкая плотность льда помогает жизни — если бы озера замерзали снизу вверх, вся жизнь в них бы погибала.

И та же низкая плотность отвечает за то, что вода расширяется при замерзании — что помогло в формировании нашей планеты. Вода протекала в камни, замерзала, расширялась и разламывала их изнутри.

Вселенная ни раз нас очаровывала, и вода — это еще одно чудо.

Исследование было опубликовано в PNAS. Переведено для Funscience