Entdeckung: Wasser existiert in zwei unterschiedlichen flüssigen Phasen 💧
Das Team der University of California in San Diego hat innovative Methoden eingesetzt, um die Eigenschaften von Wasser zu erforschen. Ihre Simulationen, basierend auf maschinellem Lernen und Quantenmechanik, ermöglichten die Modellierung eines Übergangs zwischen zwei unterschiedlichen flüssigen Phasen. Diese Entdeckung, veröffentlicht in Nature Physics, könnte bedeutende Auswirkungen haben.
Die Forscher identifizierten einen kritischen Punkt, an dem sich Wasser in zwei flüssige Phasen trennt. Dieses Phänomen tritt bei extrem niedrigen Temperaturen und unter hohem Druck auf. Die Simulationen zeigen, dass Wasser dann zwischen einer Hochdichte- und einer Niedrigdichtephase oszilliert.
Francesco Paesani und sein Team entwickelten für diese Simulationen ein fortschrittliches molekulares Modell namens MB-pol. Dieses Modell berücksichtigt quantenmechanische Wechselwirkungen zwischen Molekülen und bietet eine unübertroffene Genauigkeit. Es ermöglichte die Vorhersage von bisher nur theoretisch bekannten Wasser-Eigenschaften.
Supercomputer spielten eine Schlüsselrolle in dieser Forschung. Die Berechnungen, die fast zwei Jahre dauerten, erforderten erhebliche Rechenressourcen. Dieser Ansatz ebnet den Weg für neue Entdeckungen in der Materialwissenschaft.
Die potenziellen Anwendungen dieser Entdeckung sind vielfältig. Dazu gehört die Entwicklung synthetischer Flüssigkeiten, die Schadstoffe binden können. Die experimentelle Bestätigung dieses Phänomens steht jedoch noch aus.
Diese Studie markiert einen wichtigen Schritt im Verständnis von Wasser. Sie vereint technologische und theoretische Fortschritte und zeigt das Potenzial molekularer Simulationen. Die wissenschaftliche Gemeinschaft wartet nun auf experimentelle Beweise.
Was ist ein flüssig-flüssig-Übergang?
Ein flüssig-flüssig-Übergang beschreibt ein Phänomen, bei dem eine Flüssigkeit sich in zwei unterschiedliche Phasen trennt, ohne ihren Aggregatzustand zu ändern. Im Gegensatz zu fest-flüssig- oder flüssig-gasförmig-Übergängen ist diese Umwandlung weniger intuitiv. Sie beinhaltet Dichteunterschiede und unterschiedliche molekulare Anordnungen zwischen den beiden Phasen.
Im Fall von Wasser tritt dieser Übergang unter extremen Temperatur- und Druckbedingungen auf. Die Wassermoleküle ordnen sich dann unterschiedlich an, wodurch zwei Flüssigkeiten mit verschiedenen Eigenschaften entstehen. Dieses Verhalten ist selten und schwer zu beobachten.
Computersimulationen ermöglichten die Visualisierung dieses Phänomens. Sie zeigen, wie Wassermoleküle von einer Phase in die andere wechseln. Diese Entdeckung erweitert unser Verständnis der grundlegenden Eigenschaften von Wasser.
Der flüssig-flüssig-Übergang könnte einige bisher als anomal bezeichnete Verhaltensweisen von Wasser erklären. Beispielsweise könnte seine maximale Dichte bei 4°C mit diesem Phänomen zusammenhängen. Die Forschung geht weiter, um diese Hypothesen zu untersuchen.