Air bertindak balas sangat luar biasa terhadap suhu yang sangat rendah. Mari kita mulakan dengan fakta bahawa ketika sejuk, bertentangan dengan logik, air tidak menyusut, tetapi mengembang (inilah sebabnya ais mempunyai sifat daya apung). Air sejuk kurang mampat daripada air panas. Lebih-lebih lagi, apabila beku, molekul air dapat mengubah kedudukannya dengan segala cara yang mungkin.
Semua ini sukar dijumpai, dan teori yang ada menimbulkan kontroversi sengit dalam kalangan ilmiah. Salah satunya diformulasikan hampir tiga dekad lalu dan air ais boleh wujud dalam dua bentuk cecair yang berbeza, salah satunya mempunyai struktur yang kurang padat. Dengan kata lain, ada dua jenis air, masing-masing adalah cecair yang terpisah. Adalah sukar untuk membuktikan teori ini di makmal, tetapi saintis Itali berjaya mencari bukti untuk mempertahankannya. Kajian itu baru-baru ini diterbitkan dalam jurnal Science.
Dalam kajian mereka, saintis Pablo Debenedetti dan Gul H. Zerze dari Princeton University dan Francesco Shortico dari La Sapienza di Rom menunjukkan bahawa "titik kritikal kedua air" berlaku pada suhu dari -83 hingga -100 darjah dan pada tekanan atmosfera hampir 2000 kali lebih tinggi. daripada tekanan di atas permukaan laut. Titik kritikal adalah satu-satunya nilai suhu dan tekanan di mana dua fasa suatu bahan menjadi tidak dapat dibezakan, dan ini berlaku sebelum bahan tersebut berlalu dari satu fasa ke fasa yang lain. Air, misalnya, mempunyai titik kritikal yang terkenal dalam peralihan dari cecair ke wap.
"Bayangkan kegembiraan kami ketika kami melihat bahawa turun naik kritikal berjalan seperti yang kami harapkan, - jelas Sortino, - sekarang saya dapat tidur dengan tenang, kerana setelah 25 tahun idea saya akhirnya mendapat pengesahan."
Sehingga kini, eksperimen menggunakan molekul air nyata untuk menguji titik kritikal kedua "supercooling" air tidak dapat memberikan bukti yang jelas mengenai keberadaannya. Ini sebahagian besarnya disebabkan oleh fakta bahawa air berais biasanya berubah menjadi ais, kata Debenedetti.
Atas sebab ini, para penyelidik memutuskan untuk menggunakan model komputer. Prosesnya sungguh sukar: walaupun terdapat kekuatan superkomputer moden yang tinggi, para saintis menghabiskan 18 bulan untuk melakukan pengiraan yang diperlukan untuk membuat model.
Dalam simulasi, ketika suhu masih jauh dari titik beku, ketumpatan air mula turun naik. Akibatnya, para saintis berjaya menemui titik kritikal, yang mereka cari dalam dua model komputer yang berlainan air. Pada masa yang sama, untuk mencari titik kritis air dalam kedua model, pendekatan komputasi yang berbeza diterapkan.
Seperti peralihan dari fasa cair ke fasa gas, air ais dapat berubah menjadi dua fasa yang berbeza, bergantung pada bagaimana molekulnya disusun semula. Oleh itu, dalam cecair berkepadatan rendah, empat molekul dikelompokkan di sekitar molekul pusat untuk membentuk tetrahedron. Walau bagaimanapun, dalam cecair dengan ketumpatan yang lebih tinggi, molekul keenam dimainkan, yang menyebabkan peningkatan kepadatannya.
Video promosi:
Dalam artikel mereka, para penyelidik menulis bahawa "dalam batas kemampuan komputasi kami, keberadaan titik kritis metastabil pada tahap penyejukan molekul air telah terbukti."
Secara semula jadi, sekarang kesimpulan ini mesti disahkan oleh eksperimen lain, "menggunakan kaedah pengiraan yang lebih tepat dan mahal."
