Fyzika studoval vlastnosti kapalné vody při nízkých teplotách

Video: V Jakutsku objevena mamutí tekuté krve (news)

Výzkumníci již dlouho známo, že voda může zůstat v kapalném stavu a při velmi nízkých teplotách. Aby však bylo možné studovat podrobnosti jeho struktury a vlastnosti v tomto stavu již nebylo možné.

Nyní vědci z SLAC National Accelerator Laboratory provedena první pozorování pro strukturu kapalné vody při teplotách až minus 46 stupňů Celsia. Pro provedení fyzikální pokusy použít lineárního urychlovače, zdroj koherentního záření a rentgenového laseru.

Existence takového stavu vody, je možné v takzvané neutrální zónou ("no-man`s půda"), To znamená v rozmezí teplot od minus 42 až minus 172 ° C.

"Hlavním kapalina bez kterého život není možné, má hodně podivné vlastnosti ve srovnání s jinými látkami. Nyní, díky naší nové zařízení, jsme byli schopni dívat se do média, která odhalila jedinečné vlastnosti vody přírody"- říká vedoucí autor studie Anders Nilsson (Anders Nilsson).

I přes jednoduché molekulární struktury, voda má hmotnost neobvyklými vlastnostmi. Například, v pevném stavu, který je led, voda má nižší hustotu než je tekutina. Je schopen absorbovat velké množství tepla, které se pohybuje na velké vzdálenosti s mořských proudů, a zejména rozdělení hustoty v celém objemu chrání oceánů a jezer úplné zmrazení povrchu až na dno.

Rentgenový laser při setkání s vodní kapky, v reprezentaci umělce (Vector Greg Stewart / SLAC).

Ještě překvapivější vlastnosti vody dostane, když je vyčištěn a ochladí se na velmi nízké teploty. Je-li voda velmi čistá a nemá žádné nečistoty, které by mohly přispět ke krystalizaci (tj., Tvorba ledu), může zůstat v tekutém stavu i při velmi nízkých teplotách.

Po desetiletí se vědci snažili lépe pochopit, co se děje s molekulami vody při teplotách pod minus 42 stupňů Celsia, ale nejprve museli spoléhat pouze na teoretických výpočtů a počítačového modelování.

Nilsson a kolegové použili laser ray pulsy quadrillionth zlomek sekundy produkovat jasný obraz ukazující jednotlivé molekulární strukturu kapalné vody ve středním pásmu.

Studie ukázala, že struktura trvale transformována, když vstoupí do středního pásma, a po dalším ochlazení strukturální změny dochází mnohem rychleji, než je dáno teoretickým modelem. Bylo zjištěno, že odchod do pyramidy (H2O molekuly umístěné ve vrcholech) chlazení na -46 stupňů molekulami vody. Předchozí studie, které nesměli vidět.

Po ochlazení čisté molekuly vody shromažďují v pyramidě (Vector Greg Stewart / SLAC).

Video: Halle - kov, který taje v ruce

Pro experimentální fyziky nucen drobné kapičky vody pohybovat stálý proud ve vakuové komoře. Při přesunutí těchto kapek ve směru laserového paprsku, některé z nich se rychle odpaří a zbylá kapalina se dále ochladí. Nastavením vzdálenosti, které bylo nutné překonat kapky před setkáním s laserovými pulsy, výzkumníci dosáhne požadované teploty kapaliny.

V tiskové zprávě se uvádí, že v budoucnu, tým doufá, že k dosažení Nilsson stále nižších teplot, při které voda promění sklovité non-krystalického materiálu. Vědci také plánují přesně určit teplotu, při které se neobvyklé vlastnosti vody dosáhne svého vrcholu.

Tato studie má velký význam nejen pro základní fyzice, ale také pro studium klimatu, protože neutrální zóna se nachází v horních vrstvách atmosféry a procesů probíhajících v to mít vliv na globální klima.

Tento článek s výsledky studie zveřejněné v časopise Nature.

Video: Okamžité zmrazení vody