Физики изучили термодинамические свойства переохлажденной воды

Итальянские ученые представили модель, позволяющую исследовать микроскопические свойства переохлажденной воды. В результате оказалось, что изучение жидкости, переохлажденной в микропорах, позволяет узнать многое о характеристиках такой жидкости и в большом объеме. Исследование опубликовано в журнале Journal of Chemical Physics.

«Обычно, когда жидкая вода охлаждается ниже точки замерзания, ее молекулы выстраиваются в упорядоченную кристаллическую структуру, то есть лед, — говорит Паола Гало, профессор физики в Университете Рома Тре. — При использовании специальных методик можно быстро охладить воду так, что она остается жидкой при температуре намного ниже точки замерзания, при этом в активности молекул наблюдаются некоторые аномалии, которые еще предстоит объяснить».

В прошлом ученые изучали поведение такой воды в ограниченных условиях, то есть в микропорах размером несколько нанометров (в 10-100 раз больше диаметра молекулы). Поэтому встал вопрос об отличии свойств молекул в таких условиях от свободно взаимодействующих в больших объемах. Гало и ее коллеги изучили характер взаимодействия, используя численное моделирование. «В предыдущих работах мы показали, что другие вещества оказывают влияние только на молекулы воды в непосредственной близости, то есть у стенок пор, — поясняет Гало. — При этом свойства воды в центре пор во многом совпадают со свойствами больших объемов жидкости».

В новом исследовании удалось продемонстрировать, что из характеристик организации молекул, которые измеряются в эксперименте, можно вычислить изменение энтропии воды — термодинамической величины, описывающей степени неупорядоченности системы. Это, в свою очередь, позволит узнать о других термодинамических аспектах жидкости в таком необычном состоянии.