Nestemäisen veden kahdet kasvot

Vesi on ainutlaatuinen. Se on yksi harvoista aineista, jotka voivat esiintyä luonnossa yhtä aikaa kiinteänä, nesteenä ja kaasuna ympäristöolosuhteissa.

Kalifornian San Diegon yliopiston tutkijat ovat nyt löytäneet keskeisen löydön yhdestä vielä ainutlaatuisesta ominaisuudesta: korkeassa paineessa ja alhaisessa lämpötilassa nestemäinen vesi erottuu kahteen erilliseen nestefaasiin - toiseen suureen ja toiseen matalatiheyksiseen.

Kemian ja biokemian professori Francesco Paesani työskentelee kemian, fysiikan ja tietojenkäsittelytieteen risteyksessä rakentaakseen fysiikan perusteisiin perustuvia malleja, jotka voivat ratkaista kemian ongelmia.

"Vesimallimme on niin realistinen, että voit melkein juoda sen", Paesani kehua retostelee.

Useimmat nesteet ovat homogeenisia – ne kaikki virtaavat yhdessä, etkä voi erottaa yhtä nestemolekyyliä toisesta. Itse asiassa tämä koskee enimmäkseen vettä. Kuitenkin vuonna 1992 tutkijat teoretisoivat, että tietyssä lämpötilassa ja paineessa nestemäinen vesi saavuttaisi kriittisen pisteen, jossa se ei enää olisi homogeenista.

Paesanin tiimi suoritti simulaatioita, jotka paljastivat kriittisen pisteen, jossa lämpötila on tarpeeksi alhainen (198 Kelviniä) ja paine on tarpeeksi korkea (1250 ilmakehää), jotta vesi erottuisi spontaanisti suuritiheyksisiksi ja pienitiheyksisiksi nesteiksi.

Tässä kriittisessä pisteessä vedessä esiintyy villiä värähtelyä korkean ja matalan tiheyden faasien välillä. Tämän paineen alapuolella vesi palaa matalatiheyksiseen faasiinsa; sen yläpuolella se siirtyy kokonaan suuren tiheyden faasiin. Tämä on odottamaton ilmiö, joka avautuu molekyylitasolla.

Löytö ei kuitenkaan tullut helposti. Tämän tutkimuksen simulaatioiden suorittaminen kesti lähes kaksi vuotta keskeytyksettä laskelmia käyttäen joitakin maailman tehokkaimmista supertietokoneista.

Tulevaisuudessa tekniikan kehittyessä Paesani toivoo, että tätä tutkimusta voitaisiin käyttää sellaisten synteettisten nesteiden kehittämiseen, jotka läpikäyvät samanlaisen neste-neste-siirtymän kuin vesi, mutta voivat tehdä niin arkipäivän olosuhteissa. Huokoiset nesteet, jotka voivat siirtyä alhaisesta tiheyteen suureen, käyttäytyisivät samalla tavalla kuin sienet, ja niitä voitaisiin käyttää epäpuhtauksien sieppaamiseen tai auttamaan veden suolanpoistossa.

Tämä löytö tarjoaa toistaiseksi tarkimman ennusteen ilmiöstä, jota tiedemiehet ovat epäilleet pitkään, mutta eivät ole havainneet suoraan. Ja kun se päivä koittaa, se voi muuttaa tapaamme ajatella vedestä ikuisesti.

Aiheesta aiemmin:

Vain vesi kulkee grafeenin läpi

Veden uuttamista avaruudessa tai autiomaassa

Tekoälyn voimaa