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

Эталонные российские часы: бренд МОРПРИБОР выпустил лимитку в честь основания Российского флота

Компания МОРПРИБОР продолжает развивать тему российского мореходства, и на этот раз новая модель часов «Эталонный» отсылает нас на 330 лет, в Петровские времена, чтобы мы вспомнили, что в 1696 году...

Нужный инструмент вместе: обзор вместительной сумки AIRAJ для хранения и переноски инструментов

Надоело, что инструмент валяется как попало, батарейки и биты не найти когда нужны. Собрал весь инструмент в одну сумку. Речь идет про удобную непромокаемую и недорогую сумку для хранения и...

В Московском Манеже открылась выставка, посвященная 80-летию Владимира Жириновского

В апреле отмечается две памятных даты, связанных с Владимиром Жириновским: 6 апреля - день памяти, а 25 - апреля 2026 года ему могло бы исполниться 80 лет.

4К видео для созвонов: обзор вебкамеры Ugreen CM831

В наше время удаленной работы и постоянных созвонов с коллегами нужно иметь хорошую веб камеру. Даже в случае ноутбука иногда лучше купить внешнюю камер, чтобы качество изображения было лучше....

Как Эрих Биттер заставил Opel строить спорткары: история автомобилей Bitter

Не секрет, что большинство известных марок автомобилей начинались с идеи и упорства одного человека, такого, как Карл Бенц или Генри Форд. Однако сегодня мы поговорим о другой не менее талантливой...

Обзор моющего пылесоса Dreame G12S Pro – можно ли заменить обычный пылесос и швабру одним устройством

Моющие пылесосы давно стали привычными, но с компактными квартирами у них часто возникают проблемы. Не все модели нормально заходят под мебель, а часть просто не справляется в тесных местах. Dreame...