Voda reaguje velmi neobvykle na velmi nízké teploty. Začněme tím, že během chlazení, na rozdíl od logiky, se voda nesnižuje, ale rozšiřuje se (proto má led vlastnost vztlaku). Studená voda je méně stlačitelná než horká voda. Navíc, když jsou zmrzlé, molekuly vody mohou změnit svou polohu všemi možnými způsoby.
To vše je obtížné najít vysvětlení a existující teorie způsobují ve vědeckých kruzích prudkou kontroverzi. Jedna z nich byla formulována téměř před třemi desetiletími a byla taková, že ledová voda může existovat ve dvou různých kapalných formách, z nichž jedna má méně hustou strukturu. Jinými slovy, existují dva druhy vody, z nichž každá je samostatnou kapalinou. Těžko dokázat tuto teorii v laboratoři, ale italským vědcům se podařilo najít důkazy, které by ji bránily. Studie byla nedávno zveřejněna v časopise Science.
Ve své studii vědci Pablo Debenedetti a Gul H. Zerze z Princetonské univerzity a Francesco Shortico z La Sapienza v Římě naznačují, že „druhý kritický bod vody“se vyskytuje při teplotách v rozmezí od -83 do -100 stupňů a při atmosférických tlacích téměř 2000krát vyšších než tlak nad hladinou moře. Kritickým bodem je jediná hodnota teploty a tlaku, při které se dvě fáze látky stanou nerozeznatelné, a to se děje těsně předtím, než látka přechází z jedné fáze do druhé. Například voda má dobře známý kritický bod v přechodu z kapaliny na páru.
"Jen si představte naši radost, když jsme viděli, že kritické výkyvy probíhají přesně podle očekávání," vysvětluje Sortino, - teď můžu klidně spát, protože po 25 letech můj nápad konečně našel potvrzení."
Až dosud experimenty využívající molekuly skutečné vody k testování druhého kritického bodu „podchlazující“vody nemohly poskytnout jednoznačný důkaz o její existenci. To je do značné míry způsobeno tím, že ledová voda se obvykle mění v led, řekla Debenedetti.
Z tohoto důvodu se vědci rozhodli uchýlit se k používání počítačových modelů. Tento proces je opravdu pracný: navzdory vysoké síle moderních superpočítačů strávili vědci 18 měsíců prováděním výpočtů nezbytných k vytváření modelů.
V simulacích, když byla teplota stále daleko od bodu mrazu, začala hustota vody značně kolísat. V důsledku toho se vědcům podařilo najít kritický bod, který hledali ve dvou různých počítačových modelech vody. Současně, pro nalezení kritického bodu vody v obou modelech, byly použity různé výpočetní přístupy.
Jak s přechodem z kapalné fáze do plynné fáze, ledová voda se může změnit na dvě různé fáze, v závislosti na tom, jak jsou její molekuly přeskupeny. V kapalině s nízkou hustotou jsou tedy čtyři molekuly seskupeny kolem centrální molekuly, aby vytvořily tetraedron. Avšak v kapalině s vyšší hustotou přichází do hry šestá molekula, což vede ke zvýšení její hustoty.
Propagační video:
Ve svém článku vědci píší, že „v mezích našich výpočetních schopností byla prokázána existence metastabilního kritického bodu ve fázi hlubokého chlazení molekul vody“.
Samozřejmě nyní musí být tento závěr potvrzen dalšími experimenty, „za použití přesnějších a nákladnějších výpočetních prostředků“.