Anomalien von Wasser

Da eine Umwandlung zwischen zwei Wasserphasen mit einer Änderung im Bewegungsverhalten einhergehen sollte, untersuchen wir die temperaturabhängige Dynamik von unterkühltem Wasser in Nanoporen mittels kernmagnetischer Resonanz und dielektrischer Spektroskopie. Unsere Studien ergeben, dass bei ca. 220 K weitgehend unabhängig vom Porendurchmesser ein dynamischer Übergang auftritt. Weitere Untersuchungen müssen zeigen, ob dieser Effekt die Hypothese eines Flüssig-Flüssig-Phasenübergangs von Wasser unterstützt. Insbesondere muss analysiert werden, ob die Befunde das Bulkverhalten von Wasser widerspiegeln oder durch die räumliche Einschränkung hervorgerufen werden.

Eine wichtige Frage bei diesen Untersuchungen ist, inwieweit das verwendete Modell das Verhalten von Wasser nachbildet. Um dieser Frage nachzugehen, verändern wir gezielt die Modellparameter, z.B. die Stärke der Wasserstoffbrückenbindungen. Auf diese Weise lassen sich generische Eigenschaften identifizieren. Für mehrere Varianten des etablierten TIP4P/2005-Wassermodells zeigen unsere Simulationsresultate, dass sich zwei flüssige Phasen von Wasser unterschieden lassen. Sie werden bei tiefen Temperaturen durch eine Phasengrenzlinie getrennt, die in einem zweiten kritischen Punkt endet. Im Einphasengebiet in der Nähe dieses zweiten kritischen Punktes ändern sich die relativen Anteile von Bereichen mit höherer Dichte und höherer Beweglichkeit bzw. mit niedrigerer Dichte und niedrigerer Beweglichkeit als Funktion von Temperatur und Druck rapide, sodass ein prominenter dynamischer Übergang auftritt.