Для образования льда нужно тепло. И вот почему

Новое исследование перевернуло понимание того, как возникает лед.

Когда вода превращается в лед, молекулы воды внезапно перестают двигаться и начинают образовывать кристаллы льда со своими соседями. Но для этого нужно немного тепла, пишет Live Science.

Да, вы правильно прочитали: вам действительно нужно дополнительное тепло, чтобы превратить воду в лед. Ученые выяснили это, когда подробно рассмотрели движение отдельных молекул воды, осажденных на холодной поверхности графена. Исследовательская группа использовала метод, называемый гелиевым спин-эхо, впервые разработанный в Кембриджском университете. Он включает в себя запуск пучка атомов гелия в молекулы воды с последующим отслеживанием того, как эти атомы гелия рассеиваются, когда они врезаются в формирующийся лед. 

Метод работает аналогично радар-детекторам, которые используют радиоволны для определения скорости движения автомобиля по шоссе, сказал один из авторов исследования Антон Тамтегль, научный сотрудник Института экспериментальной физики Технологического университета Граца в Австрии. «Это больше похоже на радар-ловушку для молекул в атомном масштабе», — отметил он.

Ученые использовали пучки атомов гелия (синие линии) для изучения движения молекул воды (красных и белых шариков) во время образования льда. Фото: Anton Tamtögl of Graz University of Technology

Интересно, что метод ученых позволил рассмотреть самую раннюю стадию образования льда, когда молекулы воды впервые начинают объединяться в лед. Все происходит с ошеломляющей скоростью (в пределах миллиардной доли секунды), поэтому многие исследования, посвященные образованию льда, касаются изучения других моментов, когда участки льда уже сформировались и начали сливаться, например. Исследовать такое проще.

Когда ученые применили спин-эхо гелия к молекулам воды, нанесенным на графен, они обнаружили кое-что нелогичное. 

Они заметили сигнатуру отталкивающего взаимодействия — когда они полили водой поверхность графена, молекулы сначала отталкивали друг друга, сохраняя определенное расстояние. Чтобы соединиться в кристаллы льда, молекулы должны были сблизиться друг с другом и вырваться из своей однородной ориентации. Добавляя больше энергии в систему в виде тепла, ученые обнаружили, что молекулы воды становятся ближе друг к другу и в конечном итоге образуется лед. Добавление большего количества молекул воды в систему также помогло преодолеть этот барьер, поскольку система становилась все более «тесной».

Лед может иметь удивительные формы. Посмотрите на фото «ледяных медуз»:

Это тоже интересно:

Обзоры новинок
Подробности о главных премьерах
Обнаружили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter.
Подпишитесь на нас