Клуб любителей авиации Сибири

«По словам теоретиков, в переохлажденной жидкости начинают появляться образования, структурно напоминающие лед; возрастание концентрации этих областей с низкой плотностью приводит к расширению, — пояснил ученый. — Такой процесс легко представить, и объяснение выглядит правдоподобно. Экспериментаторы доверяют красивой и простой теоретической модели и трактуют результаты опытов в ее пользу». Впрочем, строгого экспериментального подтверждения неоднородности структуры переохлажденной жидкости 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», — отметил исследователь. Все обнаруженные формы витритов авторы собрали в специальной базе данных.

«Структуру молекулярной сети воды можно представить себе на примере губки для мытья посуды или мыльной пены, — продолжил Масакадзу Мацумото. — Только у отдельных структурных элементов нет мембран — остались лишь “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˚); 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, — заключил 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.