На вопрос «сколько у вещества агрегатных состояний?» среднестатистический обыватель, как правило, отвечает – три.
Действительно, все очень просто. Вещества нам известны в твердом, жидком и газообразном видах. В отношении воды это, соответственно, лед, вода и пар.
На самом деле вопрос, конечно, с подвохом. Кто-то может вспомнить еще плазму или нейтрониум. Этот термин обозначает особое вещество, состоящее преимущественно или полностью из нейтронов. Часто встречается в научно-фантастической литературе и кино.
Между тем наука сегодня точно знает о пятнадцати агрегатных состояниях: твердое, аморфное твердое, жидкое, газообразное, плазма, сверхтекучее, сверхтвердое, вырожденное вещество, нейтрониум, сильно симметричное вещество, слабо симметричное вещество, кварк-глюонная плазма, фермионный концентрат, конденсат Бозе-Эйнштейна и странное вещество.
Эффект тонкой воды
Самое интересное, что благодаря развитию цифровых технологий список агрегатных состояний вещества продолжает расти чуть ли не с каждым днем. Особенно любопытно вещества ведут себя, когда их толщина уменьшается до одного-двух атомов.
Ученые из Университета Кембриджа обнаружили, что двухмерный слой воды проявляет свойства не твердого и не жидкого тела, а также становится проводящим при высоком давлении.
Молекулы воды, расположенные между двух мембран или в нанополостях явление довольно распространенное. Оно встречается в живых организмах или в геологических формациях. Но ведет себя такая вода совсем не так, как та, что течет из крана.
До сих пор трудности изучения фаз воды в наномасштабе мешали полноценному пониманию ее свойств. Однако в Кембридже применили передовые компьютерные технологии и смогли с беспрецедентной точностью предсказать диаграмму фазового равновесия слоя толщиной в одну молекулу.
Ученые обнаружили, что молекулы воды, вынужденные сохранять такую толщину, проходят через несколько фаз, включая «гексатическую» и «суперионную». В гексатической фазе вода ведет себя как нечто среднее между жидким и твердым телом. В суперионной фазе, которая возникает при высоком давлении, она способна проводить протоны сквозь лед примерно так же, как в проводнике движется ток электронов.
Где можно применить новое знание?
Первое, что приходит на ум – это простое наблюдение за необычными свойствами обычных веществ. Например, наиболее забавным агрегатным состоянием веществ является бозе-эйнштейновский конденсат или «бэк». Если поместить «бэк» в лабораторный стакан и обеспечить необходимый температурный режим, вещество начнет ползти вверх по стенке и само по себе выберется наружу.
Впрочем, понимание поведения воды в наномасштабе имеет гораздо большее значение для современной науки и жизнедеятельности человека. Поскольку новый подход позволяет исследовать однослойную воду с недостижимой ранее точностью, актуальные знания будут востребованы в области медицины и автомобилестроения. Успех многих видов терапии зависит от реакции воды, находящейся в крошечных полостях организма. Развитие качественных электролитов для аккумуляторов, систем опреснения и транспорта тоже связано с физикой воды.
