Nước - một trong những chất quen thuộc nhất trên Trái Đất, vẫn còn chứa nhiều bí ẩn.
Các nhà khoa học Nhật Bản vừa phát hiện một pha mới của nước gọi là “trạng thái tiền nóng chảy," trong đó các phân tử nước giữ vị trí cố định như chất rắn nhưng lại chuyển động xoay nhanh như chất lỏng.
Nghiên cứu do nhóm của Giáo sư Makoto Tadokoro (Đại học Khoa học Tokyo) thực hiện, công bố trên Journal of the American Chemical Society.
Bằng cách nhốt nước nặng (D₂O) trong các kênh nano đường kính khoảng 1,6 nanomet của một tinh thể đặc biệt, nhóm đã sử dụng cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) trạng thái rắn để quan sát trực tiếp cấu trúc và động lực học của nước bị "giam cầm."
Kết quả cho thấy nước trong các kênh nano không đóng băng và tan chảy theo cách thông thường. Thay vào đó, trước khi băng hoàn toàn tan, xuất hiện một pha trung gian: các lớp nước đông cứng xen kẽ với các lớp phân tử nước chuyển động chậm, tạo nên trạng thái tiền nóng chảy.
Dữ liệu NMR cũng cho thấy các phân tử giữ vị trí khá ổn định như chất rắn nhưng lại xoay với tốc độ nhanh gần giống nước lỏng.
Theo Giáo sư Tadokoro, “trạng thái tiền nóng chảy” hình thành khi những phân tử nước liên kết hydro chưa hoàn chỉnh bắt đầu “tan chảy” trước phần băng còn nguyên cấu trúc, tạo ra trạng thái vừa rắn vừa lỏng.
Khám phá này giúp giải thích rõ hơn hành vi của nước khi bị giam trong không gian cực nhỏ, vốn rất quan trọng cho quá trình sinh học (như sự vận chuyển ion qua màng tế bào) và cho công nghệ nano.
Về ứng dụng, các nhà khoa học cho rằng việc kiểm soát cấu trúc băng có thể mở đường cho vật liệu mới như tinh thể ngậm khí nhân tạo (gas hydrate) để lưu trữ hydro hoặc methane an toàn và rẻ hơn.
Phát hiện này khẳng định ngay cả với nước - một chất tưởng chừng quen thuộc, vẫn còn những bí mật cơ bản chưa được khám phá hết./.
Phát hiện sự dịch chuyển hiếm gặp bên trong Trái Đất
Các nhà nghiên cứu cho rằng sự dịch chuyển hiếm gặp bên trong Trái Đất này có thể do một số loại đá ở gần ranh giới lõi và manti đã biến đổi cấu trúc, trở nên dày đặc hơn.
