Forståelse af vands mærkelige adfærd

Vandets egenskaber har fascineret videnskabsmænd i århundreder, men alligevel forbliver dens unikke adfærd et mysterium.

Udgivet i denne uge i tidsskriftet Proceedings of the National Academy of Sciences , et samarbejde mellem universiteterne i Bristol og Tokyo har forsøgt en ny vej til at forstå, hvad der får en væske til at opføre sig som vand.

Sammenlignet med en almindelig væske, vand viser en bred vifte af anomalier. Almindelige eksempler omfatter det faktum, at flydende vand udvider sig ved afkøling under 4 C, som er ansvarlig for, at søer fryser fra toppen frem for bunden.

Ud over, det faktum, at vand bliver mindre tyktflydende, når det komprimeres, eller dens usædvanligt høje overfladespænding, tillader insekter at gå på vandoverfladen.

Disse og mange andre anomalier er af fundamental betydning i utallige naturlige og teknologiske processer, såsom jordens klima, og muligheden for selve livet. Fra et antropisk synspunkt, det er som om vandmolekylet blev finjusteret til at have så unikke egenskaber.

Ud fra den observation, at vands egenskaber synes at virke finjusterede, et samarbejde mellem Dr. John Russo fra University of Bristol's School of Mathematics og professor Hajime Tanaka fra University of Tokyo, udnyttede kraften i kraftfulde supercomputere, ved hjælp af beregningsmodeller til langsomt at "untune" vands interaktioner.

Dette viste, hvordan vands unormale egenskaber kan ændres og til sidst reduceres til en simpel væskes egenskaber. For eksempel, i stedet for at flyde på vandet, isens tæthed kan ændres kontinuerligt, indtil den synker, og det samme kan gøres med alle vand anomalier.

Dr. Russo sagde:"Med denne procedure, vi har fundet ud af, at det, der får vand til at opføre sig unormalt, er tilstedeværelsen af ​​et bestemt arrangement af vandets molekyler, såsom det tetraedriske arrangement, hvor et vandmolekyle er hydrogenbundet til fire molekyler placeret på hjørnerne af et tetraeder.

"Fire af sådanne tetraedriske arrangementer kan organisere sig på en sådan måde, at de deler et fælles vandmolekyle i midten uden at overlappe hinanden.

"Det er tilstedeværelsen af ​​dette højt ordnede arrangement af vandmolekyler, blandet med andre uordnede arrangementer, der giver vandet dets ejendommelige egenskaber.

"Vi mener, at dette arbejde giver en enkel forklaring på anomalierne og fremhæver vandets exceptionelle natur, hvilket gør det så specielt sammenlignet med ethvert andet stof."