Теперь два исследователя из Университета Осаки и Университета Нагоя смоделировали переохлажденную воду с беспрецедентными деталями, чтобы объяснить аномальное поведение при низких температурах. Недавно они опубликовали свои выводы в Science Advances.«Большинство жидкостей подчиняются уравнению Стокса-Эйнштейна в широком диапазоне температур, но некоторые неожиданные изменения в поведении обнаруживаются в переохлажденной воде и других стеклообразных материалах», — говорит соавтор Канг Ким из Университета Осаки. «Нарушение поведения Стокса-Эйнштейна предполагает наличие каких-то аномальных молекулярных движений даже в жидком состоянии, но неясно, что это за поведение».
Простое соотношение Стокса-Эйнштейна основано на аргументах о беспорядочном движении молекул на микроскопическом уровне. Но в переохлажденной воде молекулы начинают неравномерно замедляться.
С помощью моделирования исследователи показали, что некоторые области воды подвергаются большему воздействию, чем другие, в результате чего водородные связи образуются неоднородно с частичным затвердеванием.Молекулы воды движутся через вязкую переохлажденную воду скачками, связанными с разрывом водородных связей.
Неустойчивое время такого движения не объясняется уравнением Стокса-Эйнштейна.Их моделирование позволило им изучить, как сеть водородных связей переохлажденной воды менялась с течением времени.
Их моделирование ясно показало, что периоды прерывистого разрыва водородных связей способствовали нарушению поведения Стокса-Эйнштейна.«Есть интересные физические последствия этих открытий, поскольку нарушение Стокса-Эйнштейна рассматривается как гидродинамическая аномалия многих систем стеклообразных материалов», — говорит Ким. «Наше моделирование помогает ответить на вопросы о том, что происходит в чистой переохлажденной воде, а также может помочь объяснить другое динамическое поведение в других технологически важных стеклообразных материалах».