1 ноября 2020, воскресенье, 01:37
VK.comFacebookTwitterTelegramInstagramYouTubeЯндекс.ДзенОдноклассники

НОВОСТИ

СТАТЬИ

PRO SCIENCE

МЕДЛЕННОЕ ЧТЕНИЕ

ЛЕКЦИИ

АВТОРЫ

Для образования льда нужно не менее 90 молекул воды

Кристаллы льда
Кристаллы льда

Международная команда исследователей использовала компьютерное моделирование и эксперименты для изучения перехода воды из жидкого состояния в лед в наноразмерных кластерах. Согласно полученным результатам, минимально необходимое количество воды для образования льда составляет около 90 молекул.

Хотя специалисты по кристаллографии различают более двадцати модификаций льда, в природе почти весь водяной лед представлен только одной из этих модификаций. Так называемый лед Ih имеет гексагональную кристаллическую структуру, каждая молекула воды в нем окружена четырьмя другими молекулами, находящимися в вершинах правильного тетраэдра. Расстояние между молекулами составляет 2,76 ангстрема. Незначительная часть льда в верхних слоях атмосферы относится к типу лёд Iс, который имеет кубическую структуру кристаллов. Такой лед образуется при температуре от −133 °C до −123 °C и сохраняет свою структуру до −73 °C, а в дальнейшем переходит в лед Ih. Для образования прочих типов водяного льда необходимы особые условия, прежде всего высокое давление.

Целью исследователей было определить, как ведут себя молекулы, когда превратиться в лёд должно крайне малое количество воды. В течение многих лет экспериментаторы пытались определить, сколько молекул воды минимально необходимо, чтобы межмолекулярные взаимодействия между ними смогли поддерживать стабильный лед Ih. Основным препятствием в этих исследованиях была необходимость охлаждать кластеры молекул очень медленно, чтобы не нарушилась правильная кристаллическая структура. При очень быстро охлаждении возникает аморфная модификация льда, если же темп охлаждения неравномерный, результатом становится неестественная комбинация разных кристаллических форм.

В нынешнем исследовании для получения малых молекулярных кластеров была использована смесь воды и аргона, выпускаемая через сопло диаметром 60 микрометров. Полученные нанокапли воды пропускались через три зоны, в которых скорость охлаждения постепенно падала, и в итоге температура достигала 150 кельвинов (−123 °C). Специально разработанные методы компьютерного моделирования предсказывали свойства нанокапель, а соответствие модели реальному положению дел контролировалось при помощи инфракрасной спектроскопии. Итогом работы стал вывод, что лед не сможет образоваться, если нанокапли состоят из менее чем 90 молекул. Такие капли имеют размер всего 2 нанометра, то есть обычная снежинка больше их в миллион раз.

Также ученые обнаружили, что кластеры размером 90–150 молекул способны попеременно переходить из жидкого состояния в лед и обратно, что обусловлено их малыми размерами. Данный эффект предсказан три десятилетия назад, но до сих пор не был подтвержден экспериментально. «Макроскопические системы не имеют аналогичного механизма. Вода либо твердая, либо жидкая. Такое колебательное поведение уникально для кластеров данного размера и данного диапазона температур», — говорит профессор Томас Цойх (Thomas Zeuch) из Геттингенского университета.

Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Обсудите в соцсетях

«Ангара» Африка Византия Вселенная Гренландия ДНК Иерусалим КГИ Луна МГУ МФТИ Марс Монголия НАСА РБК РВК РГГУ РадиоАстрон Роскосмос Роспатент Росприроднадзор Русал СМИ Сингапур Солнце Титан Юпитер акустика антибиотики античность антропогенез археология архитектура астероиды астрофизика бактерии бедность библиотеки биоинформатика биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера вакцинация викинги вирусы воспитание вулканология гаджеты генетика география геология геофизика геохимия гравитация грибы дельфины демография демократия дети динозавры животные здоровье землетрясение змеи зоопарк зрение изобретения иммунология импорт инновации интернет инфекции ислам исламизм исследования история карикатура картография католицизм кельты кибернетика киты клад климатология клонирование комары комета кометы компаративистика космос культура культурология лазер лексика лженаука лингвистика льготы мамонты математика материаловедение медицина металлургия метеориты микробиология микроорганизмы мифология млекопитающие мозг моллюски музеи насекомые наука нацпроекты неандертальцы нейробиология неолит обезьяны общество онкология открытия палеоклиматология палеолит палеонтология память папирусы паразиты перевод питание планетология погода политика право приматы природа психиатрия психоанализ психология психофизиология птицы путешествие пчелы ракета растения религиоведение рептилии робототехника рыбы сердце смертность собаки сон социология спутники старение старообрядцы стартапы статистика такси технологии тигры топливо торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология физика физиология фольклор химия христианство цифровизация школа экзопланеты экология электрохимия эпидемии эпидемиология этология язык Александр Беглов Алексей Ананьев Дмитрий Козак Древний Египет Западная Африка Латинская Америка НПО «Энергомаш» Нобелевская премия РКК «Энергия» Российская империя Сергиев Посад Солнечная система альтернативная энергетика аутизм биология бозон Хиггса вымирающие виды глобальное потепление грипп защита растений инвазивные виды информационные технологии искусственный интеллект история искусства история цивилизаций исчезающие языки квантовая физика квантовые технологии климатические изменения компьютерная безопасность компьютерные технологии космический мусор криминалистика культурная антропология культурные растения междисциплинарные исследования местное самоуправление мобильные приложения научный юмор облачные технологии обучение одаренные дети педагогика персональные данные подготовка космонавтов преподавание истории продолжительность жизни происхождение человека русский язык сланцевая революция физическая антропология финансовый рынок черные дыры эволюция эволюция звезд эмбриональное развитие этнические конфликты ядерная физика Вольное историческое общество Европейская южная обсерватория жизнь вне Земли естественные и точные науки НПО им.Лавочкина Центр им.Хруничева История человека. История институтов дело Baring Vostok Протон-М 3D Apple Big data Dragon Facebook Google GPS IBM MERS PayPal PRO SCIENCE видео ProScience Театр SpaceX Tesla Motors Wi-Fi

Редакция

Электронная почта: polit@polit.ru
Телефон: +7 929 588 33 89
Яндекс.Метрика Top.Mail.Ru
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003 года. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2020.