У Воды 135 агрегатных состояний?!?

Вода, казалось бы, такая простая и привычная субстанция, которую мы встречаем в повседневной жизни и без которой не сможем прожить даже нескольких дней. Однако, за этой внешней простотой скрывается целый мир удивительных превращений и загадочных феноменов. Вода, оказывается, способна принимать более 60 различных состояний!

Приготовьтесь открыть для себя совершенно новый взгляд на всем хорошо знакомое вещество. Вы узнаете, в каких причудливых формах может существовать вода, как она меняет свои свойства в зависимости от условий. Откройте для себя воду с неожиданных сторон!

Сколько всего состояний у воды?

Как указывал в своей книге про перекись водорода широко известный советский и российский медик Иван Павлович Неумывакин, у воды существует огромное количество состояний, а именно – около шестидесяти! Это удивительно, ведь обычно все говорят про три, максиму про четыре ее агрегатных состояния.

К сожалению, эту информацию найти очень трудно, поэтому я постараюсь здесь описать столько состояний воды, сколько смогу. Если вы знаете еще – пишите в комментариях, мне (да и другим читателям) будет очень интересно.

Кстати, есть еще один документ, в котором упоминается о 135-ти состояниях воды, но об этром позже - давайте хотябы 60 отыщем!

Итак, Вода 💧 - это поистине удивительное вещество! 🤩 Это бинарное неорганическое соединение, состоящее из двух атомов водорода и одного атома кислорода, связанных ковалентной связью. 🔬 Вода появляется в результате реакции горения водорода с кислородом, а также может быть конечным продуктом сжигания углеводородов и других органических материалов. 🔥

№1. Обычная жидкая вода

Вода - это удивительная прозрачная жидкость без цвета, запаха и вкуса! 😲💧 При обычных условиях она выступает превосходным растворителем, благодаря своим сильнополярным свойствам. 🔬

Но в природе вода никогда не бывает "чистой" - она всегда содержит разные растворённые вещества, такие как соли и газы. 🌊🧂🌫️ Это делает её ещё более интересным и многогранным веществом. 🤔

№2. Лед (обычный)

Как мы все знаем, при определенной температуре и обычном давлении вода замораживается. Это гексагональная форма льда, которая, обычно встречается в природе

№3. Газ

Испарение воды из носика кипящего чайника тоже все видели – это пар. Вот картинка пара, который окутывает какой-то загадочный силуэт:

№4-18. Шестнадцать состояний льда

На данный момент известно около 16 различных "форм" замершей воды, которые могут существовать при разных температурах и давлениях. Так как один вид льда уже упомянут, перечисляю здесь остальные 15 его типов:

• Лед II - образуется при низкой температуре и высоком давлении.

В этот "второй" лед превращается обычный ("первый"), который при рассмотрении под микроскопом в естественных земных условиях является шестигранником.

• Лед III - существует при умеренно высоком давлении.
• Лед IV - образуется под высоким давлением.
• Лед V - существует при высоком давлении и определённых температурах.
• Лед VI - стабилен при высоком давлении.
• Лед VII - образуется при очень высоком давлении.

Но вот лед VII - это совершенно иной горячий тип льда, который образуется при экстремальных условиях высокого давления. 😮 И хотя название "горячий лед" может показаться оксюмороном, этот лед действительно производит впечатление чего-то разогретого и раскаленного. 🔥 Его атомы собираются в форму куба.

Теоретически, на нашей Земле лед VII может существовать только глубоко под толщей мантии, где давление достаточно высокое, чтобы обычную воду превратить в этот экзотический лед. 🌍 Но, в то же время, там слишком жарко, и вода быстрее испарится, чем успеет затвердеть в ледяную форму. 💨

Однако учёным всё-таки удалось получить этот "горячий лед" в лабораторных условиях! 🔬 Более того, они даже обнаружили его включения в структуре природных алмазов, которые формируются глубоко в земных недрах. 💎 Представляете, как эти крошечные капельки льда VII попали внутрь зарождающихся алмазов? 🤯

• Лед VIII - существует при высоких давлениях и низких температурах.

Это также называется сверхзвуковой лед! 

😲 Сверхзвуковой лед, или лед XVIII – это еще одна поразительная форма льда, сформированная под воздействием массивного повышения температуры и давления! 🔥 Он горячий, черный, плотный и ведет себя как металл. 🤯 Твердый куб изо льда XVIII в четыре раза тяжелее, чем такой же куб из обычного льда. 💫 Некоторые ученые верят, что лед XVIII может быть обычной формой воды во вселенной, существуя на "ледяных гигантах", как Уран и Нептун. 🌌

😮 Интересно, что ученые подтвердили существование льда XVIII только в 2019 году, хотя о его существовании говорилось еще в 1988 году. 🤔 В том году группа ученых предположила, что вода может вести себя как металл, если температура и давление достаточно высоки. 🔬 Лед XVIII образуется, только если температура достигает тысячи градусов, а давление – миллион атмосфер. 💥

🔭 Ученые получили лед XVIII в результате эксперимента, в котором они использовали мощные лазеры, чтобы создать ударные волны, моментально повышающие температуру и давление, оказываемое на капли воды. 🧪 Они наблюдали, как молекулы водорода и кислорода мгновенно разделялись по мере того, как вода превращалась в кристаллы льда. 🧪

😯 Некоторые из них говорят, что этот так называемый лед нельзя считать водой, потому что молекулы водорода и кислорода разделены. 🤔 Ученые полагают, что молекулы водорода и кислорода должны быть вместе, чтобы считаться водой. 🤷‍♂️ Это невероятно интригующая тема для дальнейших исследований! 🔍

• Лед IX - образуется при низких температурах и высоком давлении.
• Лед X - существование подтверждено при сверхвысоком давлении.
• Лед XI - кристаллическая форма, созданная при низкой температуре.
• Лед XII - стабилен при высоком давлении.
• Лед XIII - кристаллическая форма, образующаяся при суперостывании.
• Лед XIV - существует при различных условиях давления и температуры.
• Лед XV - форма, созданная под высокими давлениями.
• Аморфный лед - не имеет четкой кристаллической структуры, образуется при быстром охлаждении воды.

🤔 Аморфный лед - это необычная форма воды, созданная мгновенным охлаждением. 🥶 Молекулы просто не успевают образовать кристаллическую структуру, как в обычном льду. 💫 Вместо этого получается "стекло", которое медленно движется. 🧙‍♂️

Хотя аморфный лед встречается не так часто на Земле, ученые считают, что он тоже может быть одной из самых распространенных форм воды во Вселенной! 🌌 Исследования 2007 года даже предполагают, что это состояние может оказаться чем-то средним между кристаллическим и жидким. 🤯 Компьютерные симуляции показали, что у аморфного льда есть атомарный порядок на больших расстояниях, но нет - на коротких. 🔬 Интересно, правда? 😉

№19. Сверхкритическая жидкость

Сверхкритический флюид - Это поистине захватывающее состояние вещества, при котором различия между жидкой и газовой фазой исчезают! 🤯

Любое вещество, находящееся при температуре и давлении выше критической точки, становится сверхкритической жидкостью. 📈 В этом состоянии его свойства находятся "между" газом и жидкостью - оно обладает высокой плотностью (как жидкость), но при этом - низкой вязкостью. 🌊🌫️ И даже поверхностное натяжение в сверхкритическом состоянии отсутствует! 🤩

Впервые этот удивительный феномен заметил французский ученый Каньяр де ла Тур ещё в 1822 году. 🔍 Проводя опыты с нагреванием различных жидкостей в паровом автоклаве, он обнаружил, что при определённой температуре звук, издаваемый кремниевым шариком при ударе о стенку, резко менялся - становился более глухим и тихим. 🔉 Эту строго определённую температуру стали называть "точкой де ла Тура". 🧪

№20-21. Водяной пар влажного и сухого насыщения

Насыщенный (сухой) пар — это тип пара, который получается, если все молекулы воды остаются в газообразном состоянии. Он образуется при нагревании H₂O в закрытой камере.

Ненасыщенный (влажный) пар — это тип пара, который получается, когда при нагревании пара в него попадают крошечные капли воды. При неправильном использовании ненасыщенный (влажный) пар может вызвать коррозию или снизить эффективность теплопередачи.

№22. Второй вид жидкой воды

Представляете, учёные из разных стран - США, Канады, Швеции и Южной Кореи - сделали невероятное открытие! 🤯 Под руководством профессора Николаса Джовамбаттиста они выяснили, что вода при определённых условиях может существовать в двух совершенно разных жидких состояниях! 💧

Оказывается, при температуре минус 63 градуса Цельсия и низком давлении она может быть жидкой, но с низкой плотностью. А вот при высоком давлении та же самая вода становится жидкостью, но уже с высокой плотностью! 🔬

Эти две жидкости кардинально различаются по своим свойствам - их плотность отличается на 20 процентов! 😲 И они не смешиваются друг с другом, словно масло и вода. 🛢️💦

№23. Сухая вода

Кстати! Я видела, что сухая вода выглядит как обычная, просто не смачивает руки. Вот смотрите скриншот видео с опытами над этой водой:

(кому надо, вот ссылка на видео - https://www.youtube.com/watch?v=TeWXJSQKkfE) 

№24. Сверхкритическая вода

Ух ты, вода – это настоящая волшебница 🧙‍♀️! Она достигает сверхкритического состояния при температуре 373 градуса Цельсия и давлении 220 бар. При этом граница между жидкостью и газом исчезает, и вода становится этаким странным паром, который уже и не газ вовсе. 💨

В этом состоянии вода может вести себя совсем необычно – она проходит сквозь твердые вещества, как газ, но при этом все еще может растворять другие вещества, как жидкость.

№25. Плазменная вода

А вы знаете про планету Глис 1214 б? Это настоящая космическая загадка! 🤯 Она в шесть раз больше Земли и просто поражает воображение – на ней вода существует в плазменном состоянии! 💧⚡️

Плазма – это такое состояние вещества, где атомы лишены своих электронов, а положительно заряженные ядра свободно перемещаются. Это как газ, только с электрическим зарядом! 🤯

Эта планета настолько близко к своей звезде, что год там длится всего 38 часов! Для сравнения, Земля находится в 70 раз дальше от Солнца. Так что неудивительно, что там такая безумная температура – аж 282 градуса по Цельсию! 🔥 Это слишком горячо для любой формы жизни.

Но самое интересное – это то, что именно эта экстремальная близость к звезде и такие высокие температура и давление заставляют воду на Глис 1214 б существовать в плазменном состоянии! 🤯 

№26. Тройная точка воды

💧 Тройная точка вещества - это уникальное состояние, когда вещество может одновременно существовать в твердом, жидком и газообразном состоянии, находясь при этом в термодинамическом равновесии. 🌡️🌊🌫️

❄️ Для того, чтобы достичь этого особого состояния, вещество должно находиться при строго определенных температуре и давлении. Например, для воды тройная точка наступает при температуре 273,16 К (0,01°C) и давлении 611,66 Па (6,1166 мБар, 0,0060366 атм). 💻

🔍 Тройная точка воды используется в качестве точки отсчета для температурной шкалы Кельвина и для калибровки термометров. Более того, она помогает определять тройные точки и других веществ. 🧪

🔄 Удивительно, но в своей тройной точке вода может легко переходить из твердого состояния в жидкое и газообразное просто путем регулировки давления и температуры! 🧙‍♂️ Это поистине волшебное явление, которое открывает перед учеными множество интересных возможностей для исследований.

№27. Аэролед

Аэролед - это форма льда, «обнаруженная» учеными из Японии в 2017 году! 🤩 В ходе эксперимента по изучению превращения воды в лед, исследователи из Университета Окаяма создали эту необычную ледяную структуру при отсутствии давления. 🧪

В отличие от других форм льда, созданных при экстремально высоком давлении, аэролед был получен путем манипуляций с кремнием и кислородом на молекулярном уровне. 🔬 Ученые извлекли два атома кислорода из диоксида кремния (кварца), оставили только кремний, а затем заменили его атомами кислорода, присоединив два атома водорода для формирования льда. 💧🧊

Эта уникальная разработка может открыть новые возможности для понимания поведения воды в экстремальных условиях, таких как нанотрубки, нанопоры и даже космическое пространство! 🛸 Кто знает, какие другие удивительные формы льда ученые еще откроют в будущем? 🤔❄️

№28. Горящий лед

🤯 Это такой особый льда, который содержит в себе метан. 🌊 Он образуется на дне океана, в вечной мерзлоте и даже в трубах! 🛢️

Ученые считают, что этот горящий лед может стать отличным источником топлива. 🔬 Ведь из одного кубометра такого льда можно получить аж 160 кубометров метана! 🤯 Да и сам горящий лед намного чище, чем уголь. 🌳

Правда, есть и сложности с его добычей. 😕 Ведь лед находится под водой, и при выносе на поверхность он становится нестабильным. 🌊 Кроме того, ученые беспокоятся, что таяние вечной мерзлоты может высвободить еще больше метана в атмосферу, усилив изменение климата. 🌡️

№ 29. Квантовая вода

Еще сюрприз: ученые создали новое квантовое состояние воды! 🤯

В 2016 году в Национальной лаборатории Оук-Ридж они провели удивительный эксперимент! 🔬

Они «продавили» молекулы воды между шестиугольными кристаллами берилла, применив огромное давление. 💥 Это привело к тому, что атомы в молекулах стали неровными, и вода перестала подчиняться обычным физическим законам! 🤯

Вместо этого, молекулы воды начали «туннелировать» - проходить сквозь барьеры на атомном уровне. 🕳️ Это явление объясняется квантовой механикой и возникает только в квантовом состоянии вещества. 🔭

Ученые считают, что вода часто переходит в такое квантовое состояние, когда проходит через узкие пространства в природе - будь то в скалах, почве или даже клетках живых организмов. 🌱 Как тебе такая удивительная способность воды? 💧😮

№ 30. Легкая вода

😊 Это вода, формула которой - 1Н216О. 🤓 Однако, в природе такой воды нет. 🌎 Ученым пришлось с большим трудом приготовить ее в лабораторных условиях! 🔬 Зачем им это понадобилось? Чтобы точно измерить свойства воды, в первую очередь ее плотность. 🔍 На данный момент такая "легкая вода" существует только в нескольких ведущих лабораториях мира, где ученые изучают характеристики различных изотопных соединений. 🤖 Увлекательно, правда? 😉

№ 31. Тяжелая вода

🌊 Это уникальное вещество, в котором атомы обычного водорода (протия) замещены атомами трития - тяжелого радиоактивного изотопа водорода. 🚨 В чистом виде оно называется оксидом трития (T2O или 3H2O) и имеет название "супертяжёлая вода". 💡

Тритиевая вода является радиотоксичной, поэтому требует очень осторожного обращения. 🔬 Интересно, что даже в природных осадках - дожде и снеге - содержится небольшое количество тритиевой воды, образующейся в результате воздействия космических лучей на атмосферные газы! 🌌 Эти изотопные модификации воды участвуют в круговороте воды на Земле. 🌍 При этом общее содержание природной тритиевой воды не превышает 7 кг на всю планету - она находится в естественном равновесии между образованием и распадом. 

№ 32. Полутяжелая вода

А о "полутяжелой" воде слышали? Тоже нет? ))) 🤔 Это особое вещество, в молекулах которого атомы обычного водорода заменены на дейтерий (HDO). 🔬 Такая вода содержится во всех природных источниках, но выделить ее в чистом виде невозможно. 😕 Дело в том, что в водной среде постоянно протекают реакции изотопного обмена - атомы водорода и его изотопов непрерывно переходят из одной молекулы в другую. 💫

№ 33. Нулевая вода

Ученые могут приготовить воду, средний состав которой соответствует HDO. 🧪 Но в итоге это будет смесь молекул с разным изотопным составом: Н2О, HDO и даже D2O (тяжелая вода). 🔍

№ 34. Тяжелокислородная вода

Удивляемся дальше: кроме "легкой", "полутяжелой" и "нулевой" воды, существует еще один интересный вид - "тяжелокислородная" вода? 🤔 Ее формула - Н218О.

😮 Получить такую воду из природных источников невероятно сложно и трудоемко. В чистом виде ее до сих пор, пожалуй, еще никому не удавалось получить! 🔬

Тем не менее, эта вода очень важна для исследования многих биологических и химических процессов. 🧪 Поэтому сегодня на специальных заводах производят концентрированные растворы Н218О в обычной воде. 🏭

💡 Представляете, сколько интересных экспериментов можно провести с использованием этой редкой разновидности воды? 🤔 Наверняка ученые делают невероятные открытия, применяя ее в своих исследованиях! 🔍

№ 35-38. Снег, туман, град, горячий лед

Эти состояния воды некоторыми тоже считаются отдельными.

№ 39-40. Переохлаждённая, перегретая жидкость

Переохлажденная жидкость 🥶 - это жидкость, у которой температура ниже, чем температура кристаллизации при данном давлении. 📉 Это одно из неустойчивых (или как еще говорят, метастабильных) состояний жидкости, наряду с перегретой жидкостью.

№ 41-42. Пересыщенный, переохлажденный пар

Это пар, давление которого превышает давление насыщенного пара при данной температуре.

📈 Это неустойчивое термодинамическое состояние. 💨 Его можно получить, увеличивая давление пара в объеме, где нет центров конденсации, как пылинки или капельки жидкости. 🔍 Или можно охладить насыщенный пар. 🥶 В таком случае его называют переохлажденным паром. 🌫️ 

№ 43. Жидкие кристаллы

🌡️ Жидкие кристаллы совмещают в себе свойства жидкостей и кристаллов - они текучие, но при этом анизотропные! 🤯 Их молекулы имеют вытянутую или дискообразную форму и особым образом ориентированы в объеме.

🔍 Самое крутое, что жидкие кристаллы способны менять ориентацию молекул под воздействием электрического поля! 🌟 Это открывает широчайшие возможности для их применения в промышленности.

🏭 Жидкие кристаллы бывают разных видов - нематические и смектические, а нематические, в свою очередь, подразделяются на несколько подвидов. 📚 Вот такая необычная и интересная физика! 🤓

№ 44. Суперионная вода

🤯 Это особая кристаллическая фаза, устойчивая при чрезвычайно высоких температурах и давлениях. 🔥🌋 В ней молекулы воды распадаются на ионы, а ионы кислорода кристаллизуются в правильную решетку, а ионы водорода становятся подвижными. 💧💫

Из-за подвижности ионов водорода, суперионная вода обладает невероятной электропроводностью, почти как у металлов! 🔋⚡️ Это делает ее твердым суперионным электролитом. 🔍 Она отличается от гипотетической ионной воды, которая бы была жидкой и состояла из беспорядочной смеси ионов водорода и кислорода. 💦🌊

Шок: 135 состояний воды!

💧 Представляете, сколько может быть разных видов воды? 🤯 Если учесть все возможные вариации формулы Н2О, то их окажется аж 48! 🤯 Судя по этому источнику, из них 39 будут радиоактивными, но есть и 9 стабильных видов: Н216O, Н217O, Н218O, HD16O, HD17O, HD18O, D216O, D217O, D218O. 💧

Более того, если окончательно подтвердится существование сверхтяжелых изотопов водорода 4Н и 5Н, то мы можем получить уже 120 различных вод! 🤯

Но и это еще не всё! 😮 В 1970 году советские физики создали на ускорителе сверхтяжелый изотоп кислорода 24О. Учитывая его, мы можем насчитать уже 135 разных видов воды! 🧪

Источник изображений: Яндекс картинки и ИИ.