Открыты две разновидности переохлажденной воды

Физики из США обнаружили, что переохлажденная вода может находиться в двух разных состояниях. При низком давлении это жидкость с низкой плотностью, если же давление высокое, то и плотность жидкости тоже возрастает.

Переохлажденными называют жидкости, которые сохраняют свое агрегатное состояние при температуре ниже, чем температура кристаллизации при данном давлении. Например, вода, как известно, при давлении 760 миллиметров ртутного столба и температуре 0 °C превращается в лед. Однако можно сохранить жидкое состояние воды и при более низких температурах, если в ней не будет возникать центров кристаллизации. Для этого нужна чистая вода и отсутствие механических сотрясений. В этих случаях жидкую воду удавалось охладить даже до −48,3 °C. Переохлажденная жидкость — нестабильное состояние: достаточно небольшого воздействия, например, легкого удара по стенке сосуда, чтобы в толще воды возникли центры кристаллизации и вся вода очень быстро превратилась в лед. Этим пользуются рыбаки на зимней рыбалке, когда стучат по льду, выходя на него: слой переохлажденной воды находится в зимних водоемах непосредственно подо льдом, поэтому от сотрясения переохлажденная вода кристаллизуется и слой льда на водоеме становится толще.

«Предположение, что вода может существовать в двух различных жидких состояниях, было высказано примерно 30 лет назад на основе компьютерного моделирования», — говорит один из авторов нынешнего исследования профессор Николас Джовамбаттиста (Nicolas Giovambattista). Чтобы проверить это, Джовамбаттиста и его коллеги получали переохлажденную воду не охлаждением жидкой воды, а нагреванием аморфной модификации водяного льда при помощи инфракрасных импульсов. Структура жидкости исследовалась с помощью рентгеновского лазера.

В ходе такого процесса сначала возникала переохлажденная жидкая вода высокой плотности. Но по мере расширения слоя жидкости там появлялась и жидкая вода с низкой плотностью. Разница в плотности между двумя жидкими состояниями достигала 20 %. Две столь разные жидкости могли бы находиться в одном сосуде, не смешиваясь, как при обычных условиях не смешиваются вода и нефть.

Исследование опубликовано в журнале Science.