Undersøgelse finder støtte til nye former for flydende vand

At sætte vand i et (virkelig) stramt sted og skrue op for trykket kan afsløre nye sider af dens allerede kviksølvagtige personlighed, siger en ny international undersøgelse, der er medforfattet af kemikere ved University of Nebraska-Lincoln.

I sin gasformige tilstand, vand har form af damp; som et fast stof, den kan adoptere mindst 21 former for is, hvis molekylære struktur varierer med temperaturen og trykket omkring den. Men dens mest berømte tilstand - væsken, der dækker to tredjedele af Jordens overflade og opretholder alt liv på den - er forblevet noget af et mysterium.

Siden begyndelsen af ​​1990'erne, forskere har tilbudt beviser både for og imod ideen om, at flydende vand kan overgå til to former, hvis tæthed - antallet af vandmolekyler til stede i et givet volumen - er væsentligt lavere eller højere end standarden på et gram pr. kubikcentimeter.

Som rapporteret i Proceedings of the National Academy of Sciences , Nebraska kemiker Xiao Cheng Zeng og japanske kolleger har foreslået, at disse lav- og højdensitetsformer kunne opstå fra at huse flydende vand i et kulstofrør omkring 100, 000 gange tyndere end et menneskehår.

Holdet udførte beregningssimuleringer, der tyder på, at ved en konstant 44 grader Fahrenheit, nanorør-indkapslet vand under stigende mængder af ekstremt tryk vil overgå til en lavdensitetsform, før det fryser til et sekskantet is-nanorør og derefter smelter til en væskeform med høj densitet.

"Dette har været en hellig gral, for at se, om der er to slags flydende vand, " sagde Zeng, Kanslerens Universitet professor i kemi.

Alligevel indrømmede Zeng, at holdet ikke engang søgte gralen - det håbede simpelthen at bestemme temperaturen, ved hvilken vandet frøs til et is-nanorør.

"Overraskelsen var, at da vi (yderligere) øgede trykket, isen smeltede til en væske igen, " sagde Zeng. "Det havde vi ikke forventet."

Tidligere forskning, der argumenterede for eksistensen af ​​lav- og højdensitetsformer, har foreslået, at de ville blive fundet mere end 40 grader under nul Fahrenheit, hinsides et "ingenmandsland", hvor selv det mest rensede flydende vand begynder at krystallisere til is. Dette faktum har i høj grad kompliceret søgningen, Zeng sagde, ved at tvinge forskere til at måle flydende vand på de ufatteligt korte tidsskalaer, hvor det kan eksistere i disse former før frysning.

Nylige fremskridt i fremstillingen af ​​kulstof nanorør – kombineret med en mere tilgivende temperatur – kunne gøre holdets nano-reagensglas til et tiltalende alternativ blandt eksperimentelister, der ønsker at bekræfte eksistensen af ​​disse længe omdiskuterede former, han sagde.

"Det er en forudsigelse fra en computersimulering, men jeg vil sige, at den har et meget bedre håb om at blive testet i laboratoriet, " sagde Zeng.