Российский научный коллектив, работающий в области физики, сделал революционное открытие, которое касается сегнетоэлектрического фазового перехода в воде. Эти данные могут изменить наше представление о физических свойствах обычной H2O и привести к кардинальным улучшениям в компьютерном моделировании химических и биологических процессов.
Новые горизонты в исследованиях воды
Исследование, опубликованное в Russian Journal of Physical Chemistry A, стало плодом долгой работы команды ученых из МФТИ и коллег из других исследовательских институтов. Их цель заключалась в создании более точных вычислительных моделей водных растворов, что имеет критическое значение для биологии и медицины.
Разработанная «векторная модель полярных жидкостей» предсказала существование фазового перехода второго рода в жидкой переохлажденной воде в диапазоне температур 30-40 °C. Это открытие позволяет углубиться в изучение флуктуаций, которые приводят к изменению свойств жидкости, например, плотности. Знаменитый факт о том, что вода имеет максимум плотности при 4 °C, обнаруживает свою закономерность.
Пересмотр ролей в молекулярном взаимодействии
Исследование концептуально пересмотрело воздействие диполь-дипольного взаимодействия между молекулами воды. Ранее считалось, что это взаимодействие короткодействующее, но ученые доказали, что оно продолжает оказывать влияние на значительном расстоянии, аналогично кулоновскому взаимодействию в плазме. Благодаря этому удалось предсказать температурный диапазон сегнетоэлектрического перехода и подтвердить наблюдения в совместных экспериментах.
Ключевые эксперименты и их значение
Ученые проводили контрольные эксперименты, используя водный раствор ацетона, помещенный в нанопористый материал. Эта комбинация усиливает эффект благодаря дипольному моменту ацетона, позволяя лучше понять поведение раствора. При этом поры материала были достаточно большими, что позволило воспринимать воду как объемную, игнорируя взаимодействие с молекулами материала.
Если будет получено снижение температуры сегнетоэлектрического перехода с ростом концентрации ацетона в соответствии с предсказанными формулами, это утвердит гипотезу о дальнодействии диполь-дипольного взаимодействия. Эти результаты не только расширяют научные горизонты, но и открывают новые возможности для разработки материалов и сенсоров на основе этих знаний.
