вода - имеет двойную структуру
чатик: вода — одна жидкость, но внутри неё сосуществуют два типа локального устройства молекул.
- Плотное окружение молекул — high-density-like.
- Рыхлое, более «льдоподобное» — low-density-like.
Молекулы постоянно переходят между ними, поэтому стакан воды нельзя разделить на «жидкость №1» и «жидкость №2».
Но при очень сильном переохлаждении и определённом давлении вода, вероятно, действительно способна разделяться на две отдельные жидкие фазы: жидкость высокой плотности и жидкость низкой плотности. Экспериментальные данные это поддерживают, хотя такие условия трудно исследовать, потому что вода быстро замерзает.
То есть фраза «вода — это две жидкости» допустима как яркое научно-популярное сокращение, но буквально для обычной воды она неверна.
ещё чатик:
выражение «двойная структура воды» — упрощение. речь не о двух видах молекул H₂O, а о двух типах их локального расположения в жидкой воде.
Молекулы воды постоянно соединяются водородными связями, образуя быстро перестраивающуюся сеть. В этой сети выделяют два предельных варианта:
- Рыхлая, низкоплотная структура — молекула окружена примерно четырьмя соседями, расположенными почти как вершины тетраэдра. Такая конфигурация напоминает структуру льда: она упорядоченная, но занимает много места.
- Плотная, более беспорядочная структура — водородные связи сильнее искажены, молекулы могут проникать в промежутки между соседями, поэтому вода упакована компактнее.
Важно: это не отдельные устойчивые куски воды. Одна и та же молекула постоянно переходит из одного локального окружения в другое. Обычная жидкая вода представляет собой динамическую смесь множества промежуточных конфигураций, которые условно можно отнести ближе к одному из этих двух типов.
При охлаждении становится больше рыхлых тетраэдрических конфигураций, а при повышении давления — плотных. Эксперименты обнаруживали признаки обеих конфигураций даже при обычных температурах, причём доля низкоплотной структуры увеличивается при охлаждении.
Это помогает понять необычные свойства воды:
- почему максимальная плотность достигается примерно при 4 °C;
- почему при дальнейшем охлаждении вода начинает расширяться;
- почему лёд менее плотный и плавает;
- почему теплоёмкость и сжимаемость воды ведут себя необычно.
Наглядно: представь толпу людей. Они могут стоять либо ровным кругом, оставляя пространство между собой, либо плотно и беспорядочно прижиматься друг к другу. Люди те же самые — меняется только расположение.
При этом точная трактовка остаётся предметом исследований: наличие двух характерных локальных мотивов подтверждается всё лучше, но вопрос, образуют ли они при сильном переохлаждении две полноценные жидкие фазы с отдельной критической точкой, сложнее и долго обсуждался. Компьютерные модели показывают такую возможность.