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 Американские биотехнологи впервые сообщили об обращении вспять клеточного старения в живых клетках печени человека — не мышиных, не синтетических, а именно человеческих. На волне этого результата компания привлекла 435 миллионов долларов и готовится к клиническим испытаниям.
Роль личности в истории чаще всего иллюстрируют правителями или полководцами. Но, глядя на современную карту мира, нельзя не признать: она выглядела бы принципиально иначе, если бы не одна крестьянская девушка, которую сожгли в этот день ровно 595 лет назад.
Может ли человек или другое животное воспользоваться преимуществами сна, не смыкая глаз? Этим вопросом задалась команда американских нейробиологов. Они провели эксперимент на грызунах и выяснили, что «включения и выключения» нейронной активности в коре бодрствующих мышей позволяют вызвать некоторые эффекты, аналогичные тем, которые появляются во время фазы медленного сна. Более того, такой подход помог добиться улучшения памяти. Теперь ученые хотят повторить эксперимент на людях.
В 2017 году человечество впервые заметило объект, прилетевший из другой звездной системы. Он оказался странным, почти не похожим ни на астероид, ни на комету, и получил имя Оумуамуа. Затем появился «нормальный» межзвездный странник — комета Борисова. А в 2025-м астрономы обнаружили 3I/ATLAS — объект, который, вероятно, хранит вещество времен рождения чужих миров. Но что изменили в астрономии эти три гостя из межзвездной тьмы?
Астрономы провели длительную радиодиагностику межзвездного объекта 3I/ATLAS и не нашли признаков искусственных технологий. Наблюдение окончательно подтвердило естественную природу ледяного тела, хотя ученые изначально не ожидали сенсации.
Тысячу лет назад колоссальный степной пояс от Амура до Дуная назывался Великой степью. На Руси его знали как Дикую степь. В этом краю жили кочевники, и среди них — хищная птица сокол-балобан. Сейчас цельной трансконтинентальной популяции балобана больше нет. Небольшой европейский островок уцелел в Венгрии, Австрии и в Крыму. Есть популяция в Казахстане, Монголии и Китае. В России сокол-балобан, помимо Крыма, живет в горах Южной Сибири. И выживание этой популяции, как и всего вида, под угрозой. Как живет эта птица и как ей помогают в нашей стране? Зачем в Хакасии посреди «нигде» построили огромный облёточник? Буквально сегодня в него уже доставили первую партию птиц.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
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