Российские физики сделали революционное открытие, которое переосмысляет привычное представление о воде. Новые расчеты и эксперименты подтвердили наличие сегнетоэлектрического фазового перехода в воде, что открывает горизонты для создания более точных моделей водных растворов. Эти данные играют ключевую роль для биологии, химии и физико-химических исследований, пишет канал "Naked Science".
Фундаментальные исследования
Результаты исследования были опубликованы в Russian Journal of Physical Chemistry A. Исследование началось в начале 2000-х годов группой ученых из МФТИ и стало важной вехой в изучении молекулярных взаимодействий в воде. В ходе работы была создана «векторная модель полярных жидкостей» для усовершенствования дизайна лекарств, которая предсказала существование второго рода фазового перехода в жидкой воде при температурах около 30–40 °C.
Новая концепция взаимодействий
Авторы исследования переоценили роль диполь-дипольного взаимодействия между молекулами воды. Традиционно воспринимаемое как короткодействующее, новое исследование показало, что это взаимодействие имеет дальнодействующий характер, похожий на кулоновское взаимодействие в плазме. Это открытие предсказало, что сегнетоэлектрический фазовый переход может происходить около -38 °C, что подтверждено экспериментами с Г. С. Бордонским и А. О. Орловым из Сибирского отделения РАН.
Доказательства были получены с помощью различных методов, включая простую модель «желе» и кольцевые диаграммы. Исследование также позволилоderive формулы для температуры перехода, а также изучить ее зависимость от концентрации водных растворов с полярными растворителями.
Экспериментальные перспективы
Одним из контрольных экспериментов, предложенных исследователями, станет изучение водного раствора ацетона, помещенного в нанопористый материал. Это поможет усилить эффекты дипольного момента ацетона, который сохраняет свою структуру при взаимодействии с молекулами воды. Пористые материалы позволят воде оставаться жидкой даже при низких температурах, что открывает новые горизонты для экспериментов.
По мере увеличения концентрации ацетона температура перехода, как предполагалось, будет понижаться, что станет дополнительным подтверждением дальнодействия диполь-дипольного взаимодействия. Это исследование имеет огромный потенциал для создания единой теории, объясняющей необычные свойства воды, и может способствовать улучшению компьютерного моделирования в биологии, включая изучение белков и взаимодействия с лекарствами.
