Egy új molekuláris modellezési tanulmány, mely a Nature Physics folyóiratban jelent meg , kimutatta, hogy a közönséges folyékony víz nem homogén anyag, hanem két különböző mikroszkopikus szerkezet dinamikus keveréke, amelyek folyamatosan átalakulnak egymásba. Erre a következtetésre jutott a Hong Kong-i Városi Egyetem Hsziao Cseng Zeng professzora vezette nemzetközi kutatócsoport.
Egy régi hipotézis, ami végre megerősítést nyert
A két vízszerkezet elmélete évtizedek óta létezik. A tudósok régóta feltételezik, hogy a folyékony víz két egymásba konvertálható lokális formából áll: az egyik sűrűbb és rendezetlenebb, a másik pedig kevésbé sűrű és rendezettebb. Ez az úgynevezett kétállapotú modell jól megmagyarázza a víz számos furcsa tulajdonságát. Például azt, hogy miért válik kevésbé összenyomhatóvá lehűléskor, és miért éri el maximális sűrűségét 4°C-on, nem pedig 0°C-on.
A modell azonban továbbra is vitatott maradt, mivel sokáig hiányzott a közvetlen bizonyíték e két struktúra létezésére az egyes molekulák szintjén.
Hogyan keresték a bizonyítékokat
 |
A tanulmány nemcsak két forma jelenlétét tárta fel, hanem azt is, hogyan alakulnak át egymásba. Az átalakulás útja a fázisdiagramban szereplő feltételektől függ. A nagy sűrűségű régióban ez az egyik útvonalon (a „felső félhurok”), míg az alacsony sűrűségű régióban egy másikon (az „alsó félhurok”) keresztül történik. A határon, ahol a két fázis a legaktívabban verseng, a molekulák egy komplex háromdimenziós „teljes cikluson” mennek keresztül, három átmeneti állapottal.
„Az A és a B szerkezet közötti átalakulás nem egy egyszerű oda-vissza folyamat. Az útvonalak, amelyeken keresztül a két szerkezet átalakul, a víz állapotától függően eltérőek. Ezt a mikroszkopikus dinamikus folyamatot rendkívül nehéz kimutatni a hagyományos elméleti módszerekkel” – hangsúlyozta Zeng.
A tudósok most azzal a kihívással néznek szembe, hogy megfejtsék a mesterséges intelligencia által azonosított rejtett paraméterek fizikai jelentését, és megpróbálják azokat valós kísérletekben megerősíteni.
Az eredmények megerősítik a víz kétállapotú modelljét, és széleskörű következményekkel járhatnak. Segítenek jobban megérteni a víz viselkedését biológiai sejtekben és membránokban, a zárt környezetekben zajló geológiai folyamatokat és más olyan területeket, ahol a víz kulcsszerepet játszik.
