Как лед выглядит - хорошо себе представляете?
Ну конечно, что я ерунду какую-то спрашиваю! Ведь сосульки в детстве вы точно грызли. В напитки кубики льда небось добавляете.
Хорошо знаете, какой он на ощупь, на вид, на вкус… Милый такой, и освежает.
А вы в курсе, что имеете дело с кристаллами воды, которые называют Лед-I и это единственная форма льда, которая образуется при обычных для Земли условиях?
Оказывается, учеными было доказано существование 19 структурных разновидностей льда. И еще одна долгое время существовала только теоретически. Всего 20.
Для меня такое изобилие форм было неожиданно, потому что вода практически всегда под рукой.
Такая понятная и родная, какие уж в ней загадки кристаллизации?
Однако, суть явлений гораздо шире, чем то, что дано нам в ощущения. И то, что Лед-0 перестал быть только теорией - очень хорошая этому демонстрация.
ВОДА УМЕЕТ ПЕРЕОХЛАЖДАТЬСЯ
Вы слышали про такое удивительное свойство воды, как способность переохлаждаться без кристаллизации?
Наш простой жизненный опыт показывает: вода превращается в лед примерно при 0°C. Простое тому физическое объяснение: охажденная вода замерзает, потому что в ней находятся неоднородные включения, около которых начинается рост кристалликов льда.
А вот когда таких центров кристаллизации нет - воду можно охладить до гораздо более низких температур. Когда она супер чистая - даже до ⎼40 °C. И она при этом остается жидкой.
Такое, кстати, наблюдается в атмосферных облаках.
Но если в переохлажденной воде искусственно создать центры кристаллизации, в ней тут же начнет образовываться лед. И очень даже стремительно. Посмотрите на видео - это завораживающее зрелище.
Так вот, в 2014 году профессор Хадзимэ Танака и Джон Руссо из Института прикладных наук Токийского университета в Японии выяснили - переохлажденная вода не умеет превращаться во всем нам известный Лед-I.
Всему виной необычное расположение молекул, которое абсолютно не похоже на то, что наблюдается в обычной жидкой воде.
А значит и лед там образуется с иными, странными, кристаллами, которые по структуре схожи с переохлажденной водой. Это - Лед-0.
Очень логично, но долго оставалось лишь теорией. До тех пор, пока совсем недавно не появились доказательства существования этой необычной формы льда.
ОБНАРУЖЕНИЕ ЗАРОДЫШЕЙ ЛЬДА-0
В новой научной работе Танака с коллегами из общественного объединения Frost Protection Science при Токийском университете показали - Лед-0 может запустить кристаллизацию капли воды близ поверхности жидкости, а не изнутри.
Результаты и подробности изложены 26 июля 2024 в журнале Nature Communications.
Вот ведь, как происходит: кристаллизация воды, которую иначе называют зарождением ледяных ядер, происходит на твердой поверхности. Это давно известный и изученный в физике факт.
Например, в емкости, где жидкость “встречается” со стенкой начинается “оледенение”. Вы и сами, вероятно, наблюдали, когда морозным утром пытались зачерпнуть воды из ведра. По краям она замерзшая, а в центре - “полынья”.
Теперь вот выяснилось - ледяные ядра могут возникать прямо под поверхностью - там, где вода соприкасается с воздухом.
Вас этот факт может слегка удивить, но оказывается, в мире науки давно длится спор: где находится точка кристаллизации - на поверхности или изнутри.
Так вот, в этом длительном споре, похоже, поставлена точка.
Исследование показало - при изотермических условиях (это, когда температура постоянна) капли воды проще кристаллизуются около свободной поверхности. И “виновником” этого процесса становятся небольшие зародыши кристаллов, похожие на округлые структуры “нулевого” льда.
Возникновение Льда-0 облегчает кристаллизацию переохлажденной воды. Он срабатывает как переходный элемент, как предшественник. В химии, например, вещества, которые ведут себя подобным образом, называют прекурсорами. Прекурсоры - исходный компонент для синтеза конечного продукта.
Ученые выяснили - крошечные прекурсоры Льда-0 возникают спонтанно, как результат отрицательного давления, вызванного поверхностным натяжением воды.
А знаете, почему этот Лед-0 такой так долго был “неуловимым”? Потому что сразу после начала кристаллизации из зародышей, этот лед быстро меняет структуру. В итоге получается привычный Лед-I.
НЕ НАДО ДУМАТЬ, ЧТО ЭТО ДЕТСКИЕ ИГРУШКИ
Ученые всерьез занимаются состоянием льда и снега. И не надо думать, что это игра в бирюльки!
Лед на планете регулирует множество важных функций, от регулирования климата до обеспечения уникальных экосистем и поддержания жизни на Земле.
Лед, между прочим, - самая распространенная горная порода во Вселенной.
Марс, Юпитер, Сатурн, Уран содержат огромные массы льда. Некоторые спутники планет сложены изо льда почти целиком.
Земля - не исключение. Более одной десятой земной суши покрыто “вечными” льдами, а пятая часть всей поверхности планеты ежегодно находится под снегом.
Изучение различных видов льда, включая Лед-0, открывает новые горизонты в понимании физических процессов, происходящих при кристаллизации воды. И не только для фундаментальной науки.
Как думаете, пригодность и долговечность ваших кондиционеров зависит от особенностей кристаллизации воды? А свежесть продуктов в заморозке?
Благодарю вас за лайки, который вы ставите публикациям.
Это не просто приятная оценка - ваши 👍 помогают каналу развиваться.
Не забывайте подписаться на канал - наши читатели узнаю́т больше, когда вникают в Суть явлений