Аномалии воды: квантовая модель объясняет её поведение в экстремальных условиях

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Мнение | Наука и космос

Вода — вещество, настолько привычное, что мы редко задумываемся о его необычайности. Мы пьём её, моемся ею, используем в бесчисленных процессах, от приготовления пищи до охлаждения ядерных реакторов. Но за этой повседневностью скрывается сложная и до конца не разгаданная физическая картина. Уникальные свойства воды, её аномалии, делают её не просто жидкостью, а основой жизни и ключом к пониманию множества природных явлений.

Долгое время учёные пытались разделить сложный «характер» воды на составляющие, понять, как взаимодействие молекул H₂O приводит к таким необычным эффектам, как высокая теплоёмкость, аномальное расширение при замерзании и уникальная поверхностное натяжение. Но до сих пор полной и всеобъемлющей теории, объясняющей все эти аномалии, не существовало.

Аномалии воды, вольная интерпретация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

Недавно группа исследователей из Барселонского университета под руководством Джанкарло Францезе и Луиса Энрике Коронаса предложила новый теоретический подход, который может стать прорывом в понимании физики воды. Их модель, получившая название CVF (по инициалам фамилий учёных), основана на квантовых расчётах ab initio, что позволяет с высокой точностью воспроизводить термодинамические свойства воды в широком диапазоне условий.

Ключевым открытием, сделанным с помощью модели CVF, стало существование критической точки между двумя жидкими формами воды. Именно эта точка, по мнению исследователей, является источником всех аномалий, делающих воду такой необычной. Важно подчеркнуть, что сама идея о существовании двух жидких фаз воды не нова, однако модель CVF подкрепляет её квантово-механическими расчётами, учитывающими сложные многочастичные взаимодействия между молекулами воды. Это принципиальное отличие от предыдущих моделей, которые не могли в полной мере учесть квантовую природу водородных связей.

Модель CVF позволяет проследить, как квантовые взаимодействия влияют на флуктуации плотности, энергии и энтропии воды, от нано- до макроуровня. Это открывает новые перспективы для понимания роли воды в биологических процессах. Например, вода активно участвует в регуляции обмена веществами и влияет на конформацию белков и нуклеиновых кислот.

Вода в бассейне
Автор: Mercado Viagens from Brasil Источник: commons.wikimedia.org

Но значение модели CVF выходит далеко за рамки фундаментальной науки. Она может стать мощным инструментом для разработки новых технологий. Уже сегодня ведутся исследования по созданию искусственных мышц на основе воды, сверхъемких устройств памяти и высокоэффективных систем очистки воды, использующих уникальные свойства водных наноструктур.

Конечно, модель CVF — это не окончательный ответ на все вопросы, связанные с физикой воды. Она имеет свои ограничения, особенно при моделировании экстремальных условий. Однако, именно эти ограничения указывают направления для дальнейших исследований и приближают нас к созданию полной и всеобъемлющей теории, способной объяснить все тайны этой удивительной жидкости.

0 комментариев

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Обзор бесщеточной аккумуляторной пилы ProCraft PKA45 (PKA46): 2 аккумулятора, 2 шины и 2 цепи

Во время работы в саду или на приусадебном участке приходится срезать деревья и кустарники. Порой они достаточно толстые, чтобы справиться с ними вручную, и приходится доставать электрические или...

6 причин почему кофе из кофемашины дома получается хуже, чем в кофейне — и как это исправить

  • Тематическая подборка
  • Оффтопик
Вы потратили приличную сумму на современную кофемашину, выбираете дорогое зерно, но утренний эспрессо всё равно получается плоским, горчит или подозрительно напоминает напиток из вокзального...

Паводок и половодье: основные различия и причины возникновения

Весна время большой воды. Понятия «паводок» и «половодье» часто путают, хотя это разные гидрологические явления. Разберём их суть, отличия и особенности ниже. Автор: Heavylift Источник:...

Обзор блока питания PCCooler YS1200 – что происходит с напряжением и пульсациями

PCCooler YS1200 — блок питания на 1200 Вт под мощные сборки. Есть поддержка ATX 3.1 и отдельный кабель 12V-2x6 для видеокарт. По характеристикам все выглядит как нужно, но такие вещи...

Как Huawei показала, что может быть альтернативой Samsung и Apple: смартфону Huawei P9 — десять лет

В наши дни между крупными китайскими компаниями и «выжившими» A-брендами (Apple и Samsung) уже давно нет чёткой грани, однако десять лет назад ситуация воспринималась по-другому. Рынок делился на...