Аномалии воды: квантовая модель объясняет её поведение в экстремальных условиях

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Рассуждения | Наука и космос

Вода — вещество, настолько привычное, что мы редко задумываемся о его необычайности. Мы пьём её, моемся ею, используем в бесчисленных процессах, от приготовления пищи до охлаждения ядерных реакторов. Но за этой повседневностью скрывается сложная и до конца не разгаданная физическая картина. Уникальные свойства воды, её аномалии, делают её не просто жидкостью, а основой жизни и ключом к пониманию множества природных явлений.

Долгое время учёные пытались разделить сложный «характер» воды на составляющие, понять, как взаимодействие молекул H₂O приводит к таким необычным эффектам, как высокая теплоёмкость, аномальное расширение при замерзании и уникальная поверхностное натяжение. Но до сих пор полной и всеобъемлющей теории, объясняющей все эти аномалии, не существовало.

Аномалии воды, вольная интерпретация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

Недавно группа исследователей из Барселонского университета под руководством Джанкарло Францезе и Луиса Энрике Коронаса предложила новый теоретический подход, который может стать прорывом в понимании физики воды. Их модель, получившая название CVF (по инициалам фамилий учёных), основана на квантовых расчётах ab initio, что позволяет с высокой точностью воспроизводить термодинамические свойства воды в широком диапазоне условий.

Ключевым открытием, сделанным с помощью модели CVF, стало существование критической точки между двумя жидкими формами воды. Именно эта точка, по мнению исследователей, является источником всех аномалий, делающих воду такой необычной. Важно подчеркнуть, что сама идея о существовании двух жидких фаз воды не нова, однако модель CVF подкрепляет её квантово-механическими расчётами, учитывающими сложные многочастичные взаимодействия между молекулами воды. Это принципиальное отличие от предыдущих моделей, которые не могли в полной мере учесть квантовую природу водородных связей.

Модель CVF позволяет проследить, как квантовые взаимодействия влияют на флуктуации плотности, энергии и энтропии воды, от нано- до макроуровня. Это открывает новые перспективы для понимания роли воды в биологических процессах. Например, вода активно участвует в регуляции обмена веществами и влияет на конформацию белков и нуклеиновых кислот.

Вода в бассейне
Автор: Mercado Viagens from Brasil Источник: commons.wikimedia.org

Но значение модели CVF выходит далеко за рамки фундаментальной науки. Она может стать мощным инструментом для разработки новых технологий. Уже сегодня ведутся исследования по созданию искусственных мышц на основе воды, сверхъемких устройств памяти и высокоэффективных систем очистки воды, использующих уникальные свойства водных наноструктур.

Конечно, модель CVF — это не окончательный ответ на все вопросы, связанные с физикой воды. Она имеет свои ограничения, особенно при моделировании экстремальных условий. Однако, именно эти ограничения указывают направления для дальнейших исследований и приближают нас к созданию полной и всеобъемлющей теории, способной объяснить все тайны этой удивительной жидкости.

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Одно из самых ядовитых животных на планете весит всего 1 грамм и может убить десятерых — без укуса. И это вовсе не змея.

Если вас попросить назвать самое ядовитое животное на планете, большинство ответит: «Наверное, кобра или какая-нибудь гадюка». В крайнем случае вспомнят ядовитую лягушку в Амазонке или морскую...

Почему велосипед так называется и кто его изобрел

Слово «велосипед» имеет французские корни. Оно происходит от термина _vélocipède_, впервые зафиксированного в начале XIX века. Это название образовано слиянием двух латинских слов: _velox_...

Обзор гриндера Affe 915: компактный ленточный шлифовальный станок для болгарки (УШМ)

Давно хотел себе в мастерскую ленточный станок для шлифовки и сведения заготовок и остановил свой выбор на универсальной модели Affe 915: это вариант, который не просто легко использовать, но и...

Раскрути свой ноутбук. Обзор вращающейся подставки Ugreen

В обзоре поговорим про вращающуюся подставку для ноутбука Ugreen Laptop Stand with 360° Rotating Base. У меня нет цели как-то её восхвалять или, наоборот, ругать — просто расскажу про...

Почему первые черные дыры росли так быстро? Как частицы темной материи могли «запустить» рост ранних черных дыр

Знаете, что не дает покоя астрономам? Огромные черные дыры, которые появились на заре времен. Ну, почти на заре. Эти сверхмассивные монстры, в миллиарды раз тяжелее нашего Солнца, смотрят на нас из...