При контакте с определённым классом веществ переохлаждённая вода начинает превращаться в лёд с повышением температуры. Такой необычный опыт провела группа исследователей под руководством Игоря Любомирского из научного института Вайцмана.
Чистая переохлаждённая вода способна оставаться жидкой до -40 градусов по Цельсию, и обычно переходу её в кристаллическое состояние способствует какое-либо внешнее возмущение или добавка центров кристаллизации (мелких твёрдых частиц). Однако возможна парадоксальная ситуация, при которой переохлаждённая жидкость самопроизвольно и резко начнёт обращаться в лёд при нагреве.
Данный эффект, как открыли Любомирский (он на фото под заголовком) и его коллеги, получается при контакте воды с пироэлектриками. Последние представляют собой материалы, способные при росте или падении температуры создавать на своей поверхности временные нескомпенсированные электрические заряды.
По результатам экспериментов с водой на кристалле LiTaO3 и на квазиаморфной тонкой плёнке SrTiO3 учёные установили, что появление положительных зарядов на поверхности этих веществ способствует кристаллизации H2O, а отрицательных зарядов, напротив, снижает температуру замерзания воды.
Это, в свою очередь, приводит к интересным явлениям.
Так, капельки воды, охлаждённые на отрицательно заряженной поверхности LiTaO3 до 11 градусов ниже нуля (и остающиеся при этом жидкими), мгновенно замораживаются при повышении температуры до -8 °C, поскольку пироэлектрик в этот момент меняет заряд поверхности на положительный.
Также авторы эксперимента, используя рентген, установили, что на положительно заряженной поверхности замораживание начинается с раздела твёрдое тело/вода, а на отрицательно заряженной поверхности лёд растёт с границы вода/воздух. Вероятно, это связано с поляризацией молекул воды (электронные облака в которой смещены в сторону кислорода) и притягиванием (или отталкиванием) того или иного её края к заряженной поверхности пироэлектрика.
«Разница между положительным и отрицательным зарядами была неожиданной», — прокомментировал наблюдаемые эффекты Любомирский. Детали опыта можно найти в статье в Science.
Понимание всех тонкостей взаимодействия воды и пироэлектриков может дать богатую пищу для размышлений о защитных процессах в тканях холоднокровных животных, попадающих в лёд, а также может привести к новым методам криоконсервации клеток и тканей, защиты сельскохозяйственных растений от замерзания и искусственной генерации облаков.
Загрузка ...
