Upphovsman:Canadian Light Source
Nästan tre fjärdedelar av jordens yta är täckt av vatten. Nästan två tredjedelar av människokroppen består av den. Vi dricker det. Vi använder den i våra hem och i industrin. Som en fast, det är is. Som en gas, det är ånga.
"Ingen förstår vatten, vattnets struktur. Vatten har många avvikelser, "säger John Tse, Fysikprofessor vid University of Saskatchewan och Canada Research Chair i materialvetenskap.
Tse har åtagit sig årtionden att lära sig mer om vad så många av oss tar för givet. I processen, han har motbevisat en sedan länge grundläggande hypotes om vatten. Resultaten publicerades i höstas Fysiska granskningsbrev .
Nyfiken på vatten och hur det beter sig när det komprimeras till ett fast ämne, Tse var intresserad av ett experiment som utfördes 1985 av några av hans kollegor när han arbetade på National Research Council. De upptäckte ett ovanligt fenomen. När de komprimerade is vid låga temperaturer, istället för att omvandlas till en högtrycks kristallin form där atomerna är organiserade i ett gallermönster, isen omvandlades till ett amorft fast ämne och atomerna desorganiserades. De antog att detta berodde på ”smältning” av is vid högt tryck. Om så var fallet, det störda tillståndet skulle vara vattenliknande.
Dessa slutsatser passade inte Tse eftersom konsekvensen skulle bli att flytande vatten är en blandning av två vätskor med olika densiteter. Just då, dock, varken tekniken eller expertisen fanns tillgänglig för att testa hypotesen.
"Frågan som ingen ställde var om hypotesen var korrekt, " han säger.
Teoretiska kristallstrukturer för (a) is Ih och (b) mellanliggande kristallin fas. Den mellanliggande kristallina fasen är en skjuvförvrängd form av is Ih i ab-basalplanet på grund av mjukningen av C66 elastisk modul. Syreatomen i mellanfasen har förskjutits något från isens ursprungliga position Ih. Således, när man ser nedåt c -axeln, syreatomerna är inte längre inriktade längs c -axeln som i is Ih. Upphovsman:Canadian Light Source
Trettio år senare, Tse och ett forskargrupp använde två strållinjer vid Advanced Photon Source, varav en hanteras av den kanadensiska ljuskällan vid U i S. I sin tidning, "Kinetiskt kontrollerad tvåstegs amorfisering och amorf-amorf övergång i is, "Tse rapporterar att det" vattenliknande "tillståndet faktiskt var en mellanliggande kristallin fas och inte flytande.
"Detta förändrar allt som har med vatten att göra, säger Tse.
"Vi beskrev hur isen kan förändras från en form till en annan. Det är resultatet av resultatet, anledningen till att detta är så viktigt. Vi kartlade fasdiagrammet i den amorfa fasen. Det är en guide för att berätta vad som är egenskaperna hos ämnet vid ett visst tryck-temperaturförhållande. "
Vetenskap drivs antingen av nyfikenhet eller nödvändighet eller båda, säger Tse.
"Grundvetenskap är viktigt arbete. Om vi inte arbetar med grundvetenskap, vi vet inte var vi kommer ifrån. Vi kommer att sakna något. Nyfikenhet driver denna forskning. Vi hade en grundläggande hypotes och vi gjorde experimentet och försökte klargöra. Vi vet nu exakt vad som händer. "
Tse fortsätter sitt arbete med vatten och hur det förändras som en funktion av tryck och temperatur. Vatten är ännu mer komplicerat eftersom atomerna rör sig. I is, atomerna rör sig inte men de är störda. I båda fallen, han säger, det finns fortfarande mer att lära.
"Du tittar alltid på gamla problem som inte har lösts, men med utvecklingen ett nytt instrument och en ny teori, du kanske kan lösa det gamla problemet och sedan bygga vidare på det. "
