Физики впервые смогли разделить воду на две разные жидкости

Фото: ТАСС/YAY

Швейцарские физики впервые в истории смогли разделить воду на две разных жидкости, состоящие из двух типов молекул воды с разными свойствами. Метод их производства опубликован в журнале Nature Communications.

"Мы показали, что реакции с участием пара-воды идут на 25 процентов быстрее, чем с орто-водой, что связано с тем, как спин ядра атомов водорода влияет на вращение всей молекулы", – заявил Штефан Виллич из университета Базеля. По его словам, это позволит раскрыть механизмы, управляющие ходом реакций.

Пространственная структура и некоторые физические свойства молекул воды зависят от спина атомов водорода. Если этот показатель одинаков у обоих атомов, то молекула называется пара-водой, если они противоположны – орто-водой. Полный перечень различий между ними не известен, в 2002 году российские физики показали, что орто-вода хуже конденсируется, чем пара-вода.

Прямое превращение одной формы воды в другую запрещено законами квантовой механики. В любом стакане этой жидкости присутствуют оба типа молекул. Первые опыты показали, что разделить их было невозможно, поскольку иногда взаимодействие между группами заставляют их менять спин атомов водорода.

Решить проблему удалось после охлаждения воды до температуры, близкой к абсолютному нулю. Молекулы пара- и орто-воды сами разделились на два лагеря, не соприкасающихся друг с другом.

Для этого воду превратили в разреженный пар, который не застывает даже при сверхнизких температурах, а затем пропустили через мощный генератор электростатических полей. Так были получены два узких потока молекул, один из которых содержал в себе только пара-воду, а второй – только орто-воду.

Затем потоки столкнулись с облаком другого газа из ионов кальция и диазенилия. Последний взаимодействует с водой даже при сверхнизких температурах, отдавая ей "лишний" водород. Он стал одним из первых "межзвездных" химических соединений, открытых астрономами в космосе в последние 50 лет.

Облако и потоки воды подвергли воздействию ультрафиолета, наблюдая за взаимодействием влаги с диазенилием. Так ученые раскрыли несколько интересных свойств пара- и орто-воды. Первая вступала в реакции быстрее и активнее, что говорит о существенных различиях в их поведении и в других химических взаимодействиях.

Исследователи намерены продолжать эксперименты с чистыми формами воды, чтобы выяснить их свойства. Ученых также интересует ответ на вопрос, почему пропорции пара- и орто-воды на Земле отличаются от тех значений, которые были вычислены для других звездных систем. Эти сведения могут уточнить существующую картину формирования планеты и зарождения жизни.

Ранее японские ученые выяснили, что вязкость воды зависит от ее микроскопических структур. Наибольшую плотность они отметили у жидкости при температуре в четыре градуса Цельсия. Это в свою очередь сказывается на отклонении от норм физических свойств. Исследователи полагают открытие поможет разработчикам очистительных фильтров.