Почему вода расширяется при охлаждении? Версия Масакадзу Мацумото
Японский исследователь Масакадзу Мацумото из Центра материаловедения Нагойского университета представил свою версию объяснения эффекта расширения воды при охлаждении. "По словам теоретиков, в переохлажденной жидкости начинают появляться образования, структурно напоминающие лед; возрастание концентрации этих областей с низкой плотностью приводит к расширению, — говорит ученый. — Такой процесс легко представить, и объяснение выглядит правдоподобно. Экспериментаторы доверяют красивой и простой теоретической модели и трактуют результаты опытов в ее пользу". Строгого экспериментального подтверждения неоднородности структуры переохлажденной жидкости, впрочем, до сих пор не существует.
В своей предыдущей работе Мацумото и его коллеги предложили новый метод анализа системы водородных связей воды. "Нам удалось выяснить, что по своей структуре переохлажденная жидкость соответствует мозаике, элементами которой служат витриты — структуры, напоминающие многогранники", — рассказывает исследователь. Все обнаруженные формы витритов авторы собрали в специальной базе данных.
"Структуру молекулярной сети воды можно представить на примере губки для мытья посуды или мыльной пены, — продолжает Масакадзу Мацумото. — Только у отдельных структурных элементов нет мембран — остались только "ребра" (связи); четыре связи встречаются в одном узле, и образуется трехмерная сеть произвольной конфигурации. Как показал в XIX веке Плато, при пересечении четыре мыльные пленки образуют четырехгранный угол Маральди (около 109 градусов); аналогичный процесс мы можем наблюдать в случае водородных связей".
Ученый провел компьютерное моделирование трех возможных механизмов изменения объема элементов сети: удлинения связей, варьирования величины угла их пересечения и изменения топологии сети. Как выяснилось, первый процесс приводит к термическому расширению, второй — к противоположному результату, а третий не оказывает заметного влияния на объем. "Таким образом, уменьшение объема при повышении температуры происходит за счет отклонения величины четырехгранного угла от стандартного значения, — заключает Мацумото. — При этом уменьшение объема имеет всеобщий характер: фактор разнообразия локальных структур можно не учитывать".
Представить экспериментальное подтверждение теории японского исследователя в ближайшее время, скорее всего, не удастся, однако автор надеется на то, что полученные им результаты заставят его коллег задуматься об альтернативных объяснениях особенностей воды и по-новому взглянуть на данные опытов.
по информации mignews.ru
