Phát hiện trạng thái mới của nước khi đạt mức cực lạnh

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Arkansas (Mỹ) đã xác định được rằng, khi nước được làm lạnh đến một nhiệt độ cực thấp, nó sẽ biến đổi thành một hình thức mới của chất lỏng.

Như đã biết, tất cả các chất thường trải qua các giai đoạn chuyển tiếp giữa 3 trạng thái cơ bản của vật chất - rắn, lỏng và khí. Tại các quá trình chuyển tiếp, tính chất của một chất có thể thay đổi đáng kể và đột ngột.

Một giả thuyết được đề xuất trước đây đã giải thích một số trạng thái kì lạ của nước khi cho rằng, tồn tại một quá trình chuyển đổi tương tự có thể diễn ra giữa 2 trạng thái chất lỏng khác nhau, trong đó sự sắp xếp của các phân tử nước thay đổi để cho 2 trạng thái này có mật độ rất khác nhau.

Qua mô phỏng thí nghiệm nước "siêu lạnh", nhóm các nhà khoa học Feng "Seymour", giáo sư Wang đến từ trường Cao đẳng Nghệ thuật và Khoa học đã khẳng định, có một giai đoạn chuyển tiếp "lỏng - lỏng" ở nhiệt độ 207K hay khoảng -66 độ C.

Siêu lạnh (supercooled) là trạng thái mà nhiệt độ của chất lỏng (hoặc chất khí) xuống dưới nhiệt độ đông đặc mà chất đó vẫn không hóa rắn. Bình thường khi xuống tới nhiệt độ đông đặc, các tinh thể sẽ được hình thành xung quanh hạt nhân ngưng kết và chất lỏng sẽ chuyển sang trạng thái rắn. Hạt nhân ngưng kết ở đây có thể là bụi, giống như quá trình hơi nước ngưng tụ thành mây. Nếu thiếu các hạt nhân ngưng kết như vậy thì chất lỏng sẽ không đông đặc được và trở thành "siêu lạnh".

Nghiên cứu mới này thăm dò cấu trúc phân tử của nước dưới một loạt các áp suất và nhiệt độ khác nhau. Nó đã cung cấp một số bằng chứng cho thấy sự tồn tại của sự chuyển đổi trạng thái lỏng-lỏng này. 

Tuy nhiên, sự chuyển tiếp này khó quan sát được vì nó chỉ xảy ra ở những nhiệt độ và áp suất mà tại đó bình thường nước không thể tồn tại ở dạng lỏng.

Giáo sư Wang nói rằng, "Trong 1 phần triệu của giây, nước đã không thực sự hình thành băng nhưng đã chuyển thành một hình thức mới của chất lỏng. Nghiên cứu này cung cấp những bằng chứng hỗ trợ mạnh mẽ cho nghiên cứu có một pha chuyển tiếp giữa 2 pha riêng biệt của nước lỏng. Chính sự chuyển pha lỏng-lỏng trong nước siêu lạnh sẽ được sử dụng để giải thích nhiều hành vi bất thường của nước".

Nghiên cứu được đăng trên Tạp chí Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Mỹ.