Thật đáng kinh ngạc, các nhà vật lý mới khám phá ra trạng thái thứ hai của nước lỏng

Đây là một trong những hợp chất cơ bản nhất trên Trái đất, nó chiếm khoảng 60% cơ thể con người và nước đang trở nên kỳ lạ hơn bao giờ hết, ngoài sức tưởng tượng của con người.

Các nhà nghiên cứu đã và đang điều tra về các đặc tính vật lý của nước, họ thấy rằng khi được đun ở nhiệt độ từ 40 - 60 độ C, nước sẽ đạt đến “nhiệt độ chuyển đổi” và bắt đầu chuyển đổi giữa hai trạng thái khác nhau của chất lỏng.

Là một hợp chất hóa học, nước rất quan trọng cho sự sống trên Trái đất, nhưng chúng ta đã đánh giá thấp sự kì diệu của chúng.

Chúng ta đều đã quá quen với việc này, thật khó để có thể tưởng tượng ra một trạng thái phức tạp hơn ba trạng thái cơ bản là: rắn, lỏng, khí. Nhưng dù thế nào, rõ ràng, nước không giống bất kỳ chất nào khác trên hành tinh này.

Nước có sức căng bề mặt lớn nhất trong số các chất lỏng. Nó cũng là chất duy nhất được biết đến mà khi ở thể rắn có thể nổi trên chất lỏng, và không giống phần lớn các chất khác, nước nở ra khi bị đóng băng.

“Không ai thực sự hiểu về nước,” Philip Ball nói trong tạp chí Nature. “Thật xấu hổ khi thừa nhận điều đó, nhưng thứ che phủ hai phần ba hành tinh chúng ta vẫn còn là một bí ẩn. Thậm chí, chúng ta càng quan sát, chúng ta càng có nhiều câu hỏi,”

Hiện nay, các nhà vật lý đã chứng minh rằng, ở đâu đó giữa nhiệt độ từ 40 - 60 độ C, nước ở dạng lỏng có thể “chuyển đổi” trạng thái, cho ta những tính chất mới phụ thuộc vào trạng thái mà nó trở thành.

Để làm rõ vấn đề này, một nhóm nghiên cứu quốc tế được dẫn đầu bởi nhà vật lý Laura Maestro từ Đại học Oxford đã xem xét một số tính chất đặc trưng của nước.

Họ tập trung vào các tính chất như dẫn nhiệt, độ dẫn điện, khúc xạ, sức căng bề mặt và hằng số điện môi - khả năng dẫn truyền của một điện trường qua một chất - và chúng phản ứng như thế nào với những biến động về nhiệt từ 0 - 100 độ C.

Khi nước đạt mức 40 độ C, mọi thứ bắt đầu thay đổi, các tính chất cũng thay đổi khi đạt đến 60 độ C. Mỗi tính chất có “nhiệt độ chuyển đổi” khác nhau, nó ở đâu đó trong ngưỡng này. Và các nhà nghiên cứu cho rằng những điều này xảy ra bởi vì nước đã chuyển sang một trạng thái khác.

Nhóm nghiên cứu liệt kê một vài nhiệt độ chuyển đổi: khoảng 64 độ C đối với tính dẫn nhiệt, 50 độ C đối với chỉ số khúc xạ, khoảng 53 độ C đối với khả năng dẫn điện và 57 độ C đối với sức căng bề mặt.

“Những kết quả này xác nhận rằng trong khoảng từ 0 - 100 độ C, nước lỏng cho thấy có rất nhiều nhiệt độ chuyển đổi tương ứng với những tính chất của nó, đặc biệt là trong khoảng 50 độ C,” họ kết luận.

Vậy cái gì đang diễn ra ở đây? Nó thật sự vẫn chưa rõ ràng, nhưng có một thực tế là nước lỏng có thể chuyển đổi giữa hai trạng thái hoàn toàn khác nhau ở nhiệt độ nhất định.

Các phân tử nước tương tác lẫn nhau thông qua liên kết hiđrô và nhờ vậy có lực hút phân tử lớn. Đây không phải là một liên kết bền vững. Liên kết của các phân tử nước thông qua liên kết hiđrô chỉ tồn tại trong một phần nhỏ của một giây, sau đó các phân tử nước tách ra khỏi liên kết này và liên kết với các phân tử nước khác.

Các nhà vật lý tin rằng đây chính là điều mang đến những tính chất kỳ lạ của nước, nhưng không ai hoàn toàn chắc chắn rằng chúng hoạt động như thế nào.

“Mọi người đều đồng ý rằng cấu trúc phân tử nước làm cho nó khác biệt với phần lớn chất lỏng còn lại: những liên kết hydro chớp nhoáng,” Ball viết trong tạp chí Nature.

Trong khi Maestro và các kết quả nghiên cứu của họ sẽ cần phải được xem xét bởi các nhóm độc lập trước khi chúng ta có thể bắt đầu viết lại sách giáo khoa về tiềm năng của nước. Họ nói rằng khám phá này có thể tác động lớn đến những hiểu biết của chúng ta về cả hai hệ thống sinh học và nano.

Tham khảo Sciencealert