infa.lt

Po dešimtmečius trukusių teorinių ginčų, mokslininkai pirmą kartą eksperimentiškai užfiksavo vandenį „no man’s land“ (niekieno žemėje) – temperatūros zonoje, kurioje jis paprastai akimirksniu užšąla.

Naudojant ultra-greitus rentgeno lazerius, pavyko nufotografuoti vandens molekules per 10 trilijoninių sekundės dalių, kol dar nespėjo susiformuoti ledo kristalai.

Faktai: Dvi skystos būsenos vienoje stiklinėje

Eksperimentas įrodė, kad vanduo nėra vienalytis skystis. Jis egzistuoja dviejose makroskopinėse fazėse:

1. HDL (High-Density Liquid): Didelio tankio skystis, kurio molekulės yra susispaudusios ir chaotiškesnės.

2. LDL (Low-Density Liquid): Mažo tankio skystis, kurio molekulės sudaro tvarkingesnę, erdvesnę struktūrą (panašią į būsimą ledą).

Kritinis taškas: Mokslininkai nustatė, kad esant maždaug -63 °C temperatūrai ir 1000 atmosferų slėgiui, riba tarp šių dviejų skysčių išnyksta. Tai vadinamasis antrasis kritinis taškas. Šioje būsenoje vanduo tampa „superkritiniu“ – jis nebegali „apsispręsti“, kuria forma būti, ir nuolat svyruoja tarp HDL ir LDL.

Atsakymai į „kodėl“:

• Kodėl ledas plūduriuoja? Žemėjant temperatūrai, vandenyje pradeda vyrauti LDL (mažo tankio) fazė. Molekulės tolsta viena nuo kitos, todėl vanduo plečiasi, o sušalęs į ledą tampa lengvesnis už skystą vandenį.

• Kodėl +4 °C yra riba? Tai temperatūra, kurioje HDL ir LDL fazių santykis sukuria maksimalų tankį. Žemiau šios ribos LDL struktūros pradeda dominuoti, ir vanduo nebe traukiasi, o plečiasi.

• Kodėl vanduo yra toks geras tirpiklis? Būtent nuolatiniam tankio svyravimai (fluktuacijos) tarp dviejų būsenų suteikia vandeniui unikalų gebėjimą transportuoti medžiagas gyvose ląstelėse.

Techninis pasiekimas

Iki šiol šie procesai buvo tik kompiuterinės simuliacijos. Stokholmo ir POSTECH mokslininkai tai įrodė naudodami rentgeno difrakciją, kuri leidžia matyti atomų išsidėstymą realiu laiku. Tai leidžia suprasti ne tik vandenį, bet ir procesus, vykstančius giliai Žemės viduje ar net gyvybės atsiradimo chemiją.

Tai, kas neįtikėtina:

Tai ne tik laboratorinis smalsumas. Vandens „dvilypumas“ yra pamatas, ant kurio laikosi gyvybė. Gebėjimas keisti tankį ir fluktuoti tarp dviejų būsenų leidžia vandeniui būti idealiu gyvybinių procesų pernešėju ląstelėse. Šis atradimas užbaigia ilgiau nei šimtmetį trukusius debatus, prasidėjusius dar nuo W. Rentgeno laikų. Galime drąsiai sakyti: mes pagaliau supratome, ką geriame kiekvieną rytą.