Voda reagira vrlo neobično na vrlo niske temperature. Započnimo s činjenicom da kad se ohladi, suprotno logici, voda se ne smanjuje, već se širi (zato led ima svojstvo uzgona). Hladna voda je manje stisljiva od tople vode. Štoviše, kada se smrznu, molekule vode mogu na svaki mogući način promijeniti svoj položaj.
Sve je to teško pronaći objašnjenje, a postojeće teorije izazivaju žestoke polemike u znanstvenim krugovima. Jedna od njih formulirana je prije gotovo tri desetljeća i glasila je da ledena voda može postojati u dva različita tekuća oblika, od kojih jedan ima manje gustu strukturu. Drugim riječima, postoje dvije vrste vode od kojih je svaka zasebna tekućina. Teško je dokazati ovu teoriju u laboratoriju, ali talijanski su znanstvenici uspjeli pronaći dokaze koji bi je obranili. Studija je nedavno objavljena u časopisu Science.
U svojoj studiji, znanstvenici Pablo Debenedetti i Gul H. Zerze sa Sveučilišta Princeton i Francesco Shortico iz La Sapienza u Rimu sugeriraju da se "druga kritična točka vode" događa pri temperaturama u rasponu od -83 do -100 stupnjeva i pri atmosferskim pritiscima gotovo 2000 puta većim od tlaka iznad razine mora. Kritična je točka jedina vrijednost temperature i tlaka kod koje dvije faze tvari postaju nerazlučive, a to se događa prije nego što tvar prijeđe iz jedne faze u drugu. Primjerice, voda ima dobro poznatu kritičnu točku u prijelazu iz tekuće u isparavanje.
"Zamislite našu radost kad smo vidjeli da se kritične fluktuacije odvijaju upravo onako kako smo i očekivali," objašnjava Sortino, - sada mogu mirno spavati, jer nakon 25 godina moja je ideja konačno našla potvrdu.
Do sada, eksperimenti pomoću pravih molekula vode za ispitivanje druge kritične točke "superhlađenja" vode nisu mogli dati nedvosmislene dokaze o njenom postojanju. Dosta je to zbog činjenice da se ledena voda obično pretvara u led, rekao je Debenedetti.
Iz tog razloga, istraživači su se odlučili za korištenje računalnih modela. Proces je uistinu naporan: unatoč velikoj snazi suvremenih superračunala, znanstvenici su proveli 18 mjeseci radeći potrebne proračune za izradu modela.
U simulacijama, kada je temperatura još bila daleko od točke smrzavanja, gustoća vode počela je znatno fluktuirati. Kao rezultat toga, znanstvenici su uspjeli pronaći kritičnu točku, koju su tražili u dva različita računalna modela vode. Istovremeno, za pronalaženje kritične točke vode u oba modela primijenjeni su različiti računski pristupi.
Kao i prijelaz iz tekuće u plinsku fazu, ledena se voda može promijeniti u dvije različite faze, ovisno o tome kako su njezine molekule preuređene. Tako su u tekućini niske gustoće četiri molekule grupirane oko središnje molekule kako bi tvorile tetraedar. Međutim, u tekućini s većom gustoćom, šesta molekula ulazi u igru, što dovodi do povećanja njezine gustoće.
Promotivni video:
U svom članku, istraživači pišu da je "u granicama naših računskih mogućnosti dokazano postojanje metastabilne kritične točke u fazi dubokog hlađenja molekula vode".
Naravno, ovaj zaključak moraju potvrditi i drugi eksperimenti, "koristeći preciznije i skuplje računske načine".