Вода обладает как минимум шестьюдесятью шестью свойствами, отличающими её от большинства других жидкостей. Например, её поверхностное натяжение выше, чем практически у любой из них. Она растворяет рекордное количество твердых материалов. Это чуть ли не единственное вещество во Вселенной, твердая форма которого менее плотна, чем жидкая. Именно поэтому лед плавает по поверхности воды. Не будем забывать также, что благодаря замечательным особенностям воды стала возможна жизнь на нашей планете.
Уникальные характеристики воды обусловлены несложным для понимания, давно изученным феноменом - водородными связями. Все мы прекрасно знаем, что это вещество состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода, связанных друг с другом. Из-за особенностей расположения электронов в местах их соединения, молекула воды полярна - кислородная сторона несет отрицательный заряд, а водородная - положительный. Данное свойство определяет характер взаимодействия воды абсолютно со всем, с чем она вступает в контакт, в том числе с живыми клетками. Но, пожалуй, важнее всего то, как полярность влияет на поведение воды внутри самой себя.
Дело в том, что концы находящихся друг рядом с другом молекул воды притягиваются, как магниты. Это и есть упомянутая выше водородная связь. Она относительно слаба, но не будь её, вода на поверхности Земли находилась бы в газообразном состоянии. Самое же интересное начинает происходить, когда Н2О охлаждается до очень низких температур. Если в ней нет никаких примесей, кристаллы льда не образуются, и вода становится просто переохлажденной жидкостью. Исследователи, занимавшиеся изучением свойств этого материала, в какой-то момент увидели сразу два разных вида жидкости. Одни молекулы при охлаждении образовывали упорядоченные скопления с низкой плотностью, а другие группировались более тесно. Один из ученых, принимавших участие в этих экспериментах, так описал увиденное: «Вода - это не сложная жидкость, это две простые жидкости, у которых сложные отношения».
Поведение воды в двух этих состояниях симулируется с помощью компьютеров уже много лет и даже десятилетий, но увидеть отличия на практике, вживую, очень долго не удавалось. В 2017 году это достижение покорилось коллективу исследователей из Стокгольмского университета под руководством Андерса Нильссона. Учёные впрыскивали крошечные количества воды в вакуум, чтобы добиться сверхбыстрой её заморозки, после чего посредством рентгеновских лазерных импульсов продолжительностью в квадриллионные доли секунды исследовали её молекулярную структуру. Этот метод позволил увидеть, как связь между молекулами меняется с течением времени. Также была установлена граница (линия Уидома), у которой вода начинает отдавать предпочтение одной из двух возможных форм.
Экспериментальное наблюдение двух фаз сверхохлажденной воды, по мнению исследователей, способно дать объяснение многим причудливым свойствам воды и позволит лучше понять, например, механизмы, стоящие за таянием морского льда или опреснением воды. Следует также отметить, что теория о двух состояниях еще не получила широкого признания. Многие эксперты критически относятся к этим наблюдениям, но это не мешает вышеназванным учёным продолжать свои эксперименты. Что ж, время непременно выявит победителя в этом захватывающем научном споре.
