Water kan vloeibaar blijven bij temperaturen ver onder 0 graden Celsius. Deze onderkoelde fase is een actueel aandachtspunt voor wetenschappelijk onderzoek. Een theoretisch model ontwikkeld aan de São Paulo State University (UNESP) in Brazilië laat zien dat in onderkoeld water, er is een kritiek punt waarop eigenschappen zoals thermische uitzetting en samendrukbaarheid afwijkend gedrag vertonen.

Onder leiding van Mariano de Souza, een professor in de natuurkunde afdeling van UNESP's Institute of Geosciences and Exact Sciences in Rio Claro, de studie werd ondersteund door FAPESP. Een artikel van Souza en medewerkers waarin het onderzoek wordt beschreven, is gepubliceerd in: Wetenschappelijke rapporten .

"Onze studie toont aan dat dit tweede kritieke punt analoog is aan de vloeistof-gasovergang in water bij ongeveer 374 graden Celsius en bij een druk van ongeveer 22 megapascal, ' vertelde Souza.

Vloeibare en gasfasen bestaan ​​naast elkaar in water bij ongeveer 374 graden Celsius. Het ontstaan ​​van dit exotische gedrag kan worden waargenomen, bijvoorbeeld, in een snelkookpan. Op dit punt, thermodynamische eigenschappen van water beginnen abnormaal gedrag te vertonen. Om deze reden, het punt wordt als "kritiek" beschouwd.

In het geval van onderkoeld water, twee fasen bestaan ​​ook naast elkaar, maar beide zijn vloeibaar. De ene is dichter en de andere minder dicht. Als het systeem voldoende gekoeld blijft onder 0 graden Celsius, er komt een punt op het fasediagram waar de stabiliteit van de twee fasen afbreekt, en het water begint te kristalliseren. Dit is het tweede kritieke punt, theoretisch bepaald door de recente studie.

"De studie toont aan dat dit tweede kritieke punt zich voordoet in het bereik van 180 kelvin [ongeveer -93 graden Celsius]. Boven dit punt, vloeibaar water kan bestaan. Het heet onderkoeld water, ' zei Souz.

“Het meest interessante is dat het theoretische model dat we voor water hebben ontwikkeld toepasbaar is op alle systemen waarin twee energieschalen naast elkaar bestaan. het is van toepassing op een op ijzer gebaseerd supergeleidersysteem waarin er ook een nematische fase is [met moleculen die in parallelle lijnen zijn georiënteerd maar niet in goed gedefinieerde vlakken zijn gerangschikt]. Dit theoretische model is ontstaan ​​in verschillende experimenten met thermische uitzetting bij lage temperaturen die zijn uitgevoerd in ons onderzoekslaboratorium."

Dit universele model werd verkregen door middel van een theoretische verfijning van de Grüneisen-parameter, genoemd naar de Duitse natuurkundige Eduard Grüneisen (1877-1949). Simpel gezegd, deze parameter beschrijft de effecten van variaties in temperatuur en druk op een kristalrooster.

"Onze analyse van de Grüneisen- en pseudo-Grüneisen-parameters kan worden toegepast op een onderzoek naar kritisch gedrag in elk systeem met twee energieschalen. Het volstaat om de juiste aanpassingen aan de kritische parameters aan te brengen in overeenstemming met het systeem van belang, ' zei Souz.