Физики открыли новый фазовый переход в воде
Российские ученые представили расчеты и контрольные эксперименты для подтверждения существования сегнетоэлектрического фазового перехода в воде, объясняющего ее аномальные свойства. Это исследование открывает перспективы для создания новых вычислительных моделей водных растворов, что важно для биологических, химических и физико-химических исследований.
Результаты опубликованы в Russian Journal of Physical Chemistry A. Исследование, начатое в начале двухтысячных коллективом ученых из МФТИ с коллегами с целью улучшения компьютерного моделирования лекарств, привело к фундаментальному переосмыслению молекулярного взаимодействия в воде.
Разработанная авторами исследования «векторная модель полярных жидкостей», созданная для ускорения дизайна лекарств, предсказала существование фазового перехода второго рода в жидкой переохлажденной воде в сегнетоэлектрическое состояние при температуре в районе 30-40 °C. Известно, что при приближении к температурам переходов второго рода в веществе возрастают флуктуации его характеристик, что приводит к изменениям его свойств, например плотности. Именно поэтому жидкая вода имеет максимальную плотность при 4 °C.
Ученые переосмыслили роль диполь-дипольного взаимодействия между молекулами воды. Традиционно это взаимодействие считается короткодействующим, то есть значимым только между ближайшими молекулами. Авторы показали, что это предположение неверно.
«До этого исследования считалось, что из-за быстрого спадания с расстоянием диполь-дипольное взаимодействие — короткодействующее. Если исходить из этого, то температура возможного сегнетоэлектрического перехода в воде должна быть примерно около 1500 °C, при которой жидкости не существует. Мы показали, что диполь-дипольное взаимодействие, подобно кулоновскому взаимодействию в плазме, является дальнодействующим, и предсказали сегнетоэлектрический фазовый переход в жидкой воде, который позже и был обнаружен нами в совместной работе с экспериментаторами Г. С. Бордонским и А. О. Орловым из Сибирского отделения РАН при температуре −38 °C, которая попала в предсказанный нами диапазон»,— пояснил Леонид Меньшиков, профессор кафедры общей физики МФТИ.
Физики доказали это фундаментальное утверждение двумя независимыми и математически разными подходами: простой моделью «желе» и методом кольцевых диаграмм, заимствованным из физики плазмы. Ученые вывели формулы для температуры сегнетоэлектрического перехода и предсказали ее зависимость от концентрации водного раствора с полярными растворителями.
Авторы указали контрольный эксперимент, в котором предлагается исследовать водный раствор ацетона, помещенный в нанопористый материал. Молекула ацетона усиливает эффект за счет своего дипольного момента. Кроме того, она не видоизменяется при взаимодействии с молекулами воды, что дает возможность аналитически описать ее поведение в слабом водном растворе. Пористый материал позволяет воде оставаться жидкой при указанных выше довольно низких температурах.
При этом диаметр пор в материалах, выбранных для предложенных в статье опытов, достаточно велик для того, чтобы можно было пренебречь взаимодействием молекул воды с молекулами материала, то есть считать воду объемной. Если в опытах с ростом концентрации ацетона температура сегнетоэлектрического перехода будет снижаться в соответствии с предложенной формулой, это подтвердит утверждение о дальнодействующем характере диполь-дипольного взаимодействия.
Это исследование открывает возможность создания единой теоретической основы для объяснения всех аномальных свойств воды. Учет дальнодействия диполь-дипольного взаимодействия позволит улучшить компьютерное моделирование в биологии, например расчет белков и взаимодействующих с ними лекарственных препаратов в жидких водных растворах, к каковым относится наша кровь. Возможно, что управление температурами сегнетоэлектрического фазового перехода в водных растворах приведет к созданию новых материалов и сенсоров.
В работе участвовали ученые из МФТИ, Национального исследовательского центра «Курчатовский институт», Института проблем механики имени А. Ю. Ишлинского РАН.
Telegram 
Дзен 
VK Формально почти вся программа тринадцатого полета самой большой ракеты в истории выполнена. Однако испытания показали неполную отлаженность ключевого элемента системы. SpaceX оказывается в ситуации действительно плотных сроков: до намеченного возвращения людей на Луну всего два года и два месяца.
Правильно подобранные звуковые последовательности способны не только стимулировать рост растений, но и влиять на их урожайность. К такому выводу пришли авторы нового исследования. Они разработали технологию, которая позволяет воздействовать на процессы развития растений через акустические сигналы без использования генной инженерии или химикатов. В экспериментах добились повышения урожайности мяты, сои, болгарского перца и конопли.
В поисках внеземного разума ученые могли упустить часть возможных сигналов. Автор сразу двух исследований показала, что астрономы почти не изучали один из перспективных диапазонов радиоволн и недооценивали число звезд, которые уже попадали в поле зрения телескопов.
Очереди на заправках стали привычным явлением в России, а на фоне информационного вакуума от властей о конкретных показателях производства бензина в июне население вынуждено ориентироваться на слухи. Все это выглядит довольно странно, но есть нюанс: скорее всего, кризис уже начинает выдыхаться. Как именно мы это выяснили?
В позднеантичном Риме императорским указом мужчинам запретили носить длинные волосы. Автор нового исследования пришел к выводу, что введение этого запрета объяснялось необходимостью сохранения римской идентичности в условиях усиливающегося распада империи и нарастающего торжества варваров.
Виктор Гловер, один из четырех человек, весной этого года пролетевших мимо Луны, выступил на конференции NASA и предложил резко изменить план высадки американцев на Луне в конце десятилетия. Он считает, что это позволит снизить риски для астронавтов-участников миссии.
Видеосервисы стали неотъемлемой частью жизни россиян. В 2026 году охваты большинства платформ продолжают расти, в том числе YouTube.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно