Исследователи из Токийского университета наук совершили прорыв, впервые экспериментально зафиксировав уникальное состояние воды, сочетающее свойства жидкости и твёрдого тела. Это явление, известное как предплавление, проявляется, когда вода оказывается в экстремально узких нанопространствах шириной около 1,6 нанометра. В обычных условиях различие между льдом и водой очевидно: в первом молекулы жёстко закреплены в кристаллической решётке, во второй — свободно движутся. Однако в состоянии предплавления молекулы воды занимают фиксированные позиции, как в твёрдом теле, но при этом способны быстро вращаться, демонстрируя жидкостную динамику.
Суть открытия и эксперимент
Как пояснил руководитель исследования химик Макото Тадокоро, предплавление — это процесс, при котором молекулы воды, не полностью связанные водородными связями, начинают «плавиться» ещё до того, как весь кристалл льда переходит в жидкую фазу при нагревании. Фактически это новая фаза, где сосуществуют неподвижные замороженные слои и медленно движущиеся молекулы. Для наблюдения этого неуловимого состояния учёные создали сложную экспериментальную установку.
Обратите внимание: Пилоты будут контролировать до трех самолетов одновременно … только лишь с помощью мыслей.
В эксперименте использовалась тяжёлая вода (дейтериевая), где атомы водорода заменены на дейтерий. Эту воду поместили в сверхузкие гидрофильные каналы внутри кристаллических стержней, заморозили, а затем постепенно нагревали, наблюдая за процессом с помощью статической спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР) на ядрах дейтерия.Структура и аномалии нано-воды
Метод ЯМР позволил обнаружить, что в условиях нанопленения молекулы воды формируют иерархическую трёхслойную структуру. В каждом из этих слоёв наблюдаются различные типы молекулярного движения и взаимодействия, что и создаёт гибридный твёрдо-жидкий характер материала. Более знакомый пример предплавления — тонкая плёнка жидкости на поверхности льда при температурах ниже нуля. Однако в экстремально ограниченном нанопространстве этот процесс протекает совершенно иначе, раскрывая удивительные аномальные свойства воды. На наноуровне вода может менять свои электрические характеристики, не замерзать при температурах, близких к абсолютному нулю, или, наоборот, кристаллизоваться в условиях, когда должна кипеть.
Перспективы практического применения
Изучение этих уникальных свойств открывает широкие возможности для практического использования. Как отмечает Тадокоро, создание новых ледяных сетчатых структур на основе этого знания может революционизировать технологии хранения энергоёмких газов, таких как водород и метан. Кроме того, это направление исследований прокладывает путь к разработке принципиально новых водных материалов, например, искусственных газовых гидратов для энергетики и промышленности.
Исследование было опубликовано в авторитетном научном журнале Journal of the American Chemical Society.
11.10.2025 25 FacebookXVKontakteOdnoklassnikiTelegram Подпишитесь на нас:Вконтакте / Telegram / Дзен НовостиБольше интересных статей здесь: Новости науки и техники.