Nước là một chất lỏng phổ biến với nhiều đặc tính độc đáo. Cách nó phản ứng với những thay đổi về áp suất và nhiệt độ có thể hoàn toàn khác với những chất lỏng khác mà chúng ta biết, và những đặc tính này rất cần thiết cho nhiều ứng dụng thực tế.
Theo Eurek Alert, nguyên nhân gây ra những phản ứng kỳ lạ này từ lâu đã là nguồn cảm hứng khoa học với nhiều giải thích lý thuyết khác nhau. Giờ đây, một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế, bao gồm ông Nicolas Giovambattista, giáo sư tại Trung tâm Sau đại học,của Đại học Thành phố New York (CUNY) và chủ nhiệm Khoa Vật lý tại Đại học Brooklyn, đã đã chứng minh rằng nước có thể tồn tại ở hai trạng thái lỏng khác nhau. Phát hiện mới này có thể giải thích nhiều đặc tính dị thường của nước.
Ông Giovambattista cho biết: “Khả năng nước có thể tồn tại ở hai trạng thái lỏng khác nhau đã được đề xuất cách đây khoảng 30 năm, dựa trên kết quả thu được từ các mô phỏng trên máy tính”.
Ông nói thêm: “Giả thuyết phản trực giác này là một trong những câu hỏi quan trọng nhất trong hóa học và vật lý về nước, và một kịch bản gây tranh cãi kể từ khi nó xuất hiện. Điều này là do các thí nghiệm có thể tiếp cận hai trạng thái lỏng trong nước đã rất khó khăn do sự hình thành băng rõ ràng là không thể tránh khỏi ở các điều kiện mà hai chất lỏng nên tồn tại”.
Trạng thái "lỏng" thông thường của nước mà tất cả chúng ta đều quen thuộc tương ứng với nước lỏng ở nhiệt độ bình thường (khoảng 25 độ C). Tuy nhiên, bài báo chỉ ra rằng nước ở nhiệt độ thấp (khoảng -63 độ C) tồn tại ở hai trạng thái lỏng khác nhau, một chất lỏng tỷ trọng thấp ở áp suất thấp và chất lỏng tỷ trọng cao ở áp suất cao.
Hai chất lỏng kể trên có các đặc tính khác nhau đáng chú ý và chênh lệch nhau tới 20% về tỷ trọng. Các kết quả ngụ ý rằng ở các điều kiện thích hợp, nước phải tồn tại dưới dạng hai chất lỏng không thể trộn lẫn được ngăn cách bởi một mặt phân cách mỏng tương tự như sự tồn tại chung của dầu và nước.
Bởi vì nước là một trong những chất quan trọng nhất trên Trái đất nên hành vi các pha của nó đóng một vai trò cơ bản trong các lĩnh vực khác nhau, bao gồm hóa sinh, khí hậu, bảo quản lạnh, sinh học lạnh, khoa học vật liệu và trong nhiều quy trình công nghiệp mà trong đó nước đóng vai trò là dung môi, sản phẩm, chất phản ứng hoặc tạp chất. Do đó, các đặc điểm bất thường trong hành vi pha của nước, chẳng hạn như sự hiện diện của hai trạng thái lỏng, có thể ảnh hưởng đến nhiều ứng dụng khoa học và kỹ thuật.
Ông Giovambattista cho biết: “Vẫn còn là một câu hỏi mở về việc sự hiện diện của hai chất lỏng có thể ảnh hưởng đến hoạt động của các dung dịch nước nói chung và đặc biệt, cách hai chất lỏng có thể ảnh hưởng đến các phân tử sinh học trong môi trường nước như thế nào. Điều này thúc đẩy các nghiên cứu sâu hơn trong việc tìm kiếm các ứng dụng tiềm năng”.
Nhóm nghiên cứu quốc tế, do ông Anders Nilsson, giáo sư vật lý hóa học tại Đại học Stockholm, dẫn đầu, đã sử dụng các thí nghiệm phức tạp và mô phỏng máy tính để chứng minh lý thuyết về sự tồn tại hai pha lỏng của nước.
Các thí nghiệm được thực hiện bởi các đồng nghiệp tại Đại học Stockholm ở Thụy Điển, Đại học POSTECH ở Hàn Quốc, PAL-XFEL ở Hàn Quốc và phòng thí nghiệm máy gia tốc quốc gia SLAC ở California.
Các mô phỏng máy tính thì được thực hiện bởi ông Giovambattista và ông Peter H. Poole, giáo sư tại Đại học St. Francis Xavier ở Canada. Các mô phỏng trên máy tính đóng một vai trò quan trọng trong việc giải thích các thí nghiệm vì những thí nghiệm này cực kỳ phức tạp và một số thiết bị quan sát không thể tiếp cận được.
Nghiên cứu của họ xuất hiện trong một bài báo đăng trên số ra ngày 20 tháng 11 của tạp chí Science.
Văn Thiện
Theo Eurekalert
