Новини науки. 25 листопада. Комп’ютерне моделювання фізиків з університету Юти показало, що нижньої температури, якої може досягти переохолоджена рідина, є відмітка -48 °C.

Чиста вода не замерзає навіть при -40 градусів

Раніше вченим було відомо, що очищена від домішок вода може не замерзати при температурі нижче нуля градусів за Цельсієм.

Вся справа в тому, що всім відомі “нуль градусів Цельсія” відноситься до середньостатистичної води, яка завжди містить певну кількість домішок. Мікрочастинки стають зародками кристалів льоду (так званими центрами кристалізації), які поступово розростаються, займаючи весь доступний простір.

Змусити дуже чисту воду (наприклад, дистильовану) перейти в кристалічний стан можна спонтанно змінивши структуру рідини, відзначила керівник роботи Валерія Молінеро (Valeria Molinero).

Валерію та її колегу Емілі Мур (Emily Moore) цікавило, в яких умовах у чистій воді сформуються ті самі центри кристалізації та, які розміри повинні мати зародки, щоб почалося перетворення води в лід.

Відзначимо, що фізики навчилися відслідковувати швидкість кристалізації води до температури -41°С. При подальшому охолодженні кристалізація відбувається так швидко, що неможливо встежити за властивостями води, що залишилася. Тому Молінеро і Мур звернулися за допомогою до комп’ютерного моделювання.

Технологія дозволяє побачити в мініатюрі те, за чим можна спостерігати безпосередньо. Але щоб зробити обґрунтовані висновки, необхідно встежити за тисячами зародків кристалів. Тому в моделі Молінеро і Мур брало участь 32768 молекул води (до речі, менше ніж у звичайній краплі води).

Комп’ютерне моделювання перехідних процесів показало, що в певний момент рідина має властивості як води, так і льоду. Однак цей стан тримається протягом короткого проміжку часу.

У звичайному стані кожна молекула H2O “хапається” за сусідів слабкими водневими зв’язками, які постійно рвуться і утворюються знову через теплову флуктуацію. Але після досягнення -48°C змінюється молекулярна структура рідини: кожна молекула води утворює стійкий тетраедр з чотирма іншими молекулами води. Цей “проміжний лід” сприяє поступовому формуванню справжнього льоду.

Тобто і після досягнення позначки -48°C деяка кількість води залишається в рідкому стані, хоча і на дуже короткий час.

Вчені також пишуть, що, згідно з розрахунками, після досягнення критичної температури у воді аномально падає щільність, зростає теплоємність і стисливість.

За матеріалами Вести