Naukowcy odkryli nowy stan wody 

Jedną z podstawowych rzeczy, których uczymy się na lekcjach przyrody w szkole jest to, że 
woda może występować w trzech różnych stanach: w postaci bryły lodu, ciekłej wody lub pary 
gazowej. Ale ostatnio międzynarodowy zespół naukowców ustalił, że ciekła woda w 
rzeczywistości może istnieć w dwóch różnych stanach. 

 

Prowadząc prace badawcze — wyniki zostały opublikowane w International Journal of 
Nanotechnology — naukowcy nieoczekiwanie odkryli, że w wodzie o temperaturze 50-60 

℃ 

zamienia się wiele właściwości. Ten objaw ewentualnego istnienia drugiego stanu ciekłego 
wody rozpalił gorącą dyskusję w kręgach naukowych. Jeśli to się potwierdzi, odkrycie 
znajdzie zastosowanie w wielu dziedzinach, w tym nanotechnologii i biologii. 

Stany agregujące (skupienia) nazywane również „fazami”, to pojęcie kluczowe dla nauki o 
systemach atomów i molekuł. Z grubsza mówiąc, system składający się z mnóstwa molekuł, 
może być zorganizowany w formie określonej liczby konfiguracji w zależności od całkowitej 
ilości energii. Przy wysokich temperaturach (a tym samym przy większym poziomie energii) 
dostępna jest dla molekuł większa liczba konfiguracji, to znaczy, że są mniej ściśle 
zorganizowane i poruszają się stosunkowo swobodniej (faza gazowa). W niższych 
temperaturach przy molekułach jest mniej konfiguracji i znajdują się one w bardziej 
zorganizowanej fazie (płynnej). Jeśli temperatura spadnie jeszcze poniżej, stworzy to jedną 
konkretną konfigurację i utworzy bryłę. 

Jest to ogólny stan dla molekuł prostych, takich jak dwutlenek węgla lub metan, u których 
łatwo rozróżniamy trzy stany (ciecz, ciało stałe i gaz). Ale przy bardziej złożonych 
molekułach jest większa liczba możliwych konfiguracji, a więc i ilość faz wzrasta. Doskonała 
ilustracja tego to podwójne zachowanie ciekłych kryształów, które powstają z kompleksów 
cząsteczek organicznych i mogą zmieniać się w stan płynny ale zachowują przy tym stałą 
strukturę krystaliczną. 

Ponieważ faza substancji zależy od jej konfiguracji cząsteczkowej wiele właściwości 
fizycznych zmienia się zasadniczo kiedy substancja przechodzi z jednego stanu w inny. W 
powyższym badaniu naukowcy mierzyli kilka kontrolnych właściwości wody o temperaturze 
od 0-100 

℃ przy normalnych warunkach atmosferycznych (aby woda była w stanie 

płynnym). W badaniu niespodziewanie ukazały się gwałtowne odchylenia takich właściwości 
jak na przykład napięcie powierzchniowe wody i współczynnik załamania światła (wskaźnik, 
odzwierciedla jak światło przechodzi przez wodę) w temperaturze około 50

℃. 

Specjalna struktura 

Jak to możliwe? Struktura molekuły wody H

₂O, jest bardzo interesująca i może być 

przedstawiona w postaci pewnego rodzaju strzałki, przy czym atom tlenu znajduje się u góry, 
a dwa atomy wodoru są „eskortowane” po bokach. Elektrony w molekułach starają się 
rozdzielić w sposób asymetryczny, z czego ze strony cząsteczki tlenu wychodzi ładunek 
ujemny w porównaniu ze stroną wodoru. Ta prosta strukturalna cecha powoduje, że 
cząsteczki wody zaczynają w pewien sposób komunikować się ze sobą, ich przeciwne ładunki 
przyciągają się, tworząc tak zwane wiązanie wodorowe. 

Pozwala to wodzie w wielu przypadkach zachowywać się inaczej niż to robią inne proste 
ciecze. Na przykład, w przeciwieństwie do większości innych substancji masa wody zajmuje 
więcej przestrzeni w stanie stałym (w lodzie) niż w cieczy, ze względu na fakt, że molekuły 
tworzą specyficzną regularną strukturę. Inny przykład – napięcie powierzchniowe wody w 
stanie ciekłym jest dwa razy większe niż w przypadku innych niepolarnych, bardziej prostych 
cieczy. 

Woda jest dość prosta, ale nie do końca. Znaczy to, że jedynym wyjaśnieniem tego jest 
dodatkowa faza wody — to, że zachowuje się ona trochę jak ciekły kryształ. Wiązania 
wodorowe między molekułami utrzymują ustalony porządek przy niskich temperaturach, ale 
przy wzroście temperatury mogą przechodzić w inny, bardziej swobodny stan. Wyjaśnia to 
znaczne odchylenia obserwowane przez naukowców podczas badań. 

Jeśli wszystko się potwierdzi, wnioski autorów mogą znaleźć wiele zastosowań. Na przykład 
jeżeli środowisko (np. temperatura) spowoduje zmiany własności fizycznych tej substancji, 
teoretycznie można wykorzystać to do tworzenia urządzeń sondujących. Lub można podejść 
bardziej fundamentalnie – biologiczne systemy składają się w zasadzie z wody. To, jak 
molekuły organiczne (na przykład, proteiny) współdziałają ze sobą, prawdopodobnie zależy 
od tego jak molekuły wody tworzą fazę płynną. Jeżeli zrozumiemy jak molekuły wody w 
średniej zachowują się w różnych temperaturach, można będzie wyjaśnić jak one 
współdziałają w systemach biologicznych. 

Odkrycie to jest doskonałą okazją dla teoretyków i eksperymentatorów, a także pięknym 
przykładem tego, że nawet najbardziej znana substancja może skrywać w sobie tajemnice. 

Rodrigo Ledesma Aguilar 

źródło

 

źródło 2