Nước là một trong những chất phổ biến nhất. Hơn nữa, nó có các tính chất vật lý độc đáo - khi áp suất và nhiệt độ thay đổi, nó hoạt động không giống như các chất lỏng khác. Sự bất thường của các pha trạng thái của nước đã được các nhà vật lý và hóa học trên toàn thế giới nghiên cứu trong nhiều năm qua.
Mọi người đều quen thuộc với trạng thái lỏng thông thường của nước ở nhiệt độ thường. Tuy nhiên, thậm chí 30 năm về trước, các nhà khoa học đã suy đoán được rằng ở nhiệt độ cực thấp, nước có thể có một số trạng thái lỏng.
Các tính chất bất thường của nước
Nhóm nghiên cứu gồm các nhà khoa học từ Mỹ, Canada, Thụy Điển và Hàn Quốc, đứng đầu là giáo sư Nicolas Giovambattista từ Đại học thành phố New York kiêm Trưởng Khoa vật lý tại Đại học Brooklyn, đã chứng minh được điều này qua thực nghiệm. Cụ thể, ở nhiệt độ âm 63 độ C (-63oC), nước có thể tồn tại ở áp suất thấp dưới dạng chất lỏng có tỷ trọng thấp, và ở áp suất cao - dưới dạng chất lỏng có tỷ trọng cao.
Hai chất lỏng này có các đặc tính khác nhau một cách rõ rệt - chúng chênh lệch nhau về tỷ trọng tới 20%, và trong các điều kiện thích hợp hai dạng đó không hòa lẫn vào nhau, giống như dầu và nước.
“Ngay từ đầu, giả thuyết phản trực giác này đã trở thành một trong những câu hỏi hóc búa nhất về tính chất hóa học và vật lý của nước, - thông cáo báo chí của Đại học thành phố New York dẫn lời giáo sư Nicolas Giovambattista cho biết. - Rất khó tiến hành thực nghiệm để có thể thu được cùng một lúc hai dạng lỏng của nước, bởi vì trong điều kiện mà về mặt lý thuyết nước tồn tại ở hai dạng lỏng riêng biệt như vậy, thì nước tất yếu sẽ bị đóng băng".
Công việc nghiên cứu mô phỏng trên máy tính đã được thực hiện tại các trường đại học ở Mỹ và Canada, còn các thí nghiệm được tiến hành tại Đại học Stockholm, Đại học Khoa học và Công nghệ Pohang ở Hàn Quốc, cũng như trên các máy gia tốc PAL-XFEL ở Hàn Quốc và SLAC ở California.
“Vẫn còn một câu hỏi chưa có lời giải đáp, đó là sự hiện diện của hai pha trạng thái lỏng có thể ảnh hưởng ra sao đến hoạt động của các dung dịch nước nói chung và các phân tử sinh học trong môi trường nước nói riêng. Điều này thôi thúc chúng tôi tiếp tục nghiên cứu sâu hơn”, - ông Giovambattista nói.
Các tác giả cho rằng tính chất bất thường về hai pha trạng thái của nước mà họ đã chứng minh được chắc chắn sẽ đòi hỏi phải có sự điều chỉnh thích hợp đối với nhiều ứng dụng khoa học và kỹ thuật trong các ngành như bảo quản siêu lạnh (cryo), sinh học cryo (cryobiology) và khoa học vật liệu.
