Lehet, hogy a víz nem is egy folyadék

Innsbrucki, svéd és német kutatók szerint lehetséges, hogy nem is egy, hanem két különböző folyadék alkotja a vizet, mivel a folyadék természete mínusz 140 Celsius-fok körüli hőmérsékleten hirtelen megváltozik – írja az MTI.

A víz tucatnyi olyan tulajdonsággal rendelkezik, amelyek szinte minden más folyadéktól megkülönböztetik. Az egyik legismertebb ilyen jellemzője a sűrűséganomália: a víz normál nyomás mellett 4 Celsius-fokon a legsűrűbb. Ezért fagynak be a tavak felülről és ezért úszik a könnyebb jég a vízfelszínen.

1984 óta tudjuk, hogy a víz nagyon alacsony hőmérsékleten kétféle amorf jégformát ölthet. Ezek az úgynevezett kis sűrűségű (low density amorphous, LDA) és a nagy sűrűségű (high density amorphous, HDA) fázisok, amelyek szabálytalanul rendeződött atomokkal rendelkező szilárd testek. Az Innsbrucki Egyetem kutatói Thomas Lörting vezetésével 2013-ban kísérletekkel igazolták, hogy mindkét amorf test esetében

 A jelenséget már 1992-ben megjósolták, de a kutatók ekkor kimutatták, hogy mínusz 150 Celsius-fokos hőmérséklet körül a molekulák viszonylag gyorsan kezdenek mozogni. A kutatók szerint ehhez hasonló jelenség nem ismert ilyen alacsony hőmérsékleten.

A hagyományos módszerekkel nem találták a választ arra a kérdésre, hogy a molekulák egyszerűen meghatározott helyen forognak, vagy valóban elmozdulnak, ahogyan az egy valódi folyadékban történne. A PNAS-ben bemutatott tanulmány szerint a kutatók most új módszerrel közelítettek a kérdéshez. 

A hamburgi DESY kutatóközpontban kisszögű röntgensugárzás segítségével rögzítették az erősen lehűtött vízmolekuláinak mozgását. Az előállított HDA-mintákat különböző hőmérsékleteken sugározták be. Mínusz 200 Celsius-fokon alig volt érzékelhető mozgás a struktúrában, de mínusz 163 Celsius-fokon már igen. Az adatok elemzése alapján egy molekula mozgásterét másodpercenként 50 nanonégyzetméterben határozták meg, ami egy molekula számára igen nagy felület. Ez egy sűrű folyadékra jellemző.

Minél melegebb a víz, annál gyorsabbá válik a mozgás, és pontosan mínusz 140 Celsius-fokon

hirtelen teljesen megváltozik a minta. Az atomok átrendeződnek, a minta térfogata 25 százalékkal megnő, illetve sűrűsége 25 százalékkal csökken.

– mondta Lörting. Ekkor következik be az átmenet a nagy sűrűségűből az alacsony sűrűségű állapotba.

A tudósok emellett a kis sűrűségű állapotban felismerték azt is, hogy a molekulák vándorolnak, nem forognak.

Számunkra ez az első, szinte cáfolhatatlan bizonyítéka annak, hogy valóban létezik egy átmenet két különböző vízfolyadék között, amelyek sűrűségükben különböznek egymástól. Ez már ismert két eltérő folyadék estében, mint például a víz és olaj kombinációjánál. De teljesen új, hogy ez pusztán a víz esetében is lehetséges.