Phát hiện trạng thái mới của nước: Vừa rắn vừa lỏng

Nước là một trong những chất quen thuộc nhất trên Trái đất, nhưng vẫn còn chứa nhiều bí ẩn. Mới đây, các nhà khoa học Nhật Bản phát hiện một trạng thái mới của nước: vừa rắn vừa lỏng.

Theo trang khoa học ScienceDaily ngày 22-9, các nhà khoa học Nhật Bản vừa ghi nhận một pha đặc biệt của nước gọi là “trạng thái tiền nóng chảy”, trong đó các phân tử đứng yên như chất rắn nhưng vẫn chuyển động xoay nhanh như chất lỏng.

Kết quả nghiên cứu này do nhóm của giáo sư Makoto Tadokoro (Đại học Khoa học Tokyo) thực hiện, công bố trên Journal of the American Chemical Society ngày 27-8-2025.

Theo nhóm tác giả, trạng thái này xuất hiện khi nước bị "nhốt" trong không gian cực nhỏ. Cụ thể, các tinh thể có kênh nano đường kính khoảng 1,6 nanomet được nạp nước nặng (D₂O).

Sau đó, nhóm sử dụng phương pháp 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 trong chất rắn nhưng lại xoay với tốc độ nhanh gần giống chất lỏng.

Giáo sư Makoto Tadokoro giải thích: “Trạng thái này là sự tan chảy của các phân tử nước liên kết hydro chưa hoàn chỉnh, diễn ra trước khi cấu trúc băng đông đặc bắt đầu tan. Ở đó, các lớp H₂O đông đặc và H₂O chuyển động chậm cùng tồn tại”, 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 cách nước và ion di chuyển qua màng tế bào), và cho công nghệ nano, mở ra hướng ứng dụng thực tế.

Về ứng dụng, giáo sư Tadokoro nhận định 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 khí như hydro, methane an toàn và rẻ hơn.

Phát hiện này một lần nữa cho thấy, ngay cả chất quen thuộc và phổ biến như nước vẫn còn những bí mật cơ bản đang chờ con người giải mã.