Ученые из Калифорнийского технологического института обнаружили, что причиной заполнения углеродных нанотрубок водой является энтропия. Статья ученых появилась в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Спонтанное заполнение водой углеродных нанотрубок - трубчатых структур из атомов углерода - регистрировалось как на практике, так и в компьютерных моделях. Причины заполнения, однако, до последнего времени оставались неясны.
В рамках нового исследования ученые построили компьютерную модель взаимодействия трубок, диаметры которых лежали в пределе от 0,8 до 2,7 нанометра, и молекул воды. Им удалось установить, что физическая подоплека процесса заполнения нанотрубок зависит от диаметра.
Так, в трубках диаметром 0,8-1,0 нанометр молекулы воды фактически выстраиваются в ряд и ведут себя как газ. При этом, несмотря на то, что подобное состояние с энергетической точки зрения является менее выгодным, оно дает выигрыш в термодинамической энтропии (энтропия, напомним, определяет число микросостояний системы).
В случае, когда диаметр находится в пределах от 1,4 до 2,7, вода внутри трубки ведет себя как жидкость, состояние снова является энергетически невыгодным, однако энтропия опять оказывается больше. Наконец, при остальных диаметрах, вода внутри трубки напоминает лед и полученное состояние является энергетически выгодным (то есть в этом случае энтропия оказывается ни при чем).
По словам ученых, их открытие может быть полезно в создании наносистем для транспортировки жидкости. В частности, подобные системы могут служить для фильтрации воды.