Цивилизация
С детства каждый помнит, что вода замерзает при температуре 0 градусов по Цельсию. Возможно, кто-то слышал и о том, что чистая пресная вода в очень чистом сосуде может находиться в жидком состоянии и при отрицательных температурах. Ученые в своих опытах доходили до температуры минус 40 градусов по Цельсию. Вода в жидком виде при отрицательной температуре носит название «переохлажденной», и при этом она находится в очень неустойчивом состоянии:
стоит появиться хоть одной посторонней частице, вокруг которой может образоваться кристалл льда, как тут же вся вода замерзает.
Группа ученых из института имени Вейцмана (Израиль) под руководством Игоря Любомирского выяснила, что переохлажденная вода замерзает при различных температурах в зависимости от того, положительно или отрицательно заряжена поверхность, с которой соприкасается вода. Соответствующая работа опубликована в журнале Science.
Основным предметом исследования израильских ученых стали пироэлектрические (обладающие поляризацией в отсутствие внешних воздействий) аморфные (не имеющие упорядоченной кристаллической структуры) твердые тела. Однажды Игорь Любомирский обнаружил, что если вода контактирует с поверхностью из подобного материала, то температура замерзания воды зависит от заряда поверхности.
Отрицательный заряд понижал температуру замерзания, а положительный повышал ее.
Обратив внимание на этот факт, ученые решили подробнее исследовать его. Используя мощные микроскопы, Игорь Любомирский и коллеги обнаружили, что капельки воды на кристаллах танталата лития (LiTaO3) и тонких пленках из титаната стронция (SrTiO3) замерзают при температуре -11 градусов. С изменением заряда с отрицательного на положительный температура замерзания повышалась на несколько градусов.
Используя метод рентгеноструктурного анализа, исследователи отметили, что положительно заряженные поверхности вызывают начало замерзания переохлажденной воды на границе «поверхность – вода», тогда как отрицательно заряженные поверхности влекут начало замерзания на поверхности «вода – воздух».
Комментируя свою работу, Игорь Любомирский признается, что не знает, почему изменение заряда так меняет свойства воды. «То, что мы теперь знаем, дает нам очень, очень, очень хорошую тему для размышлений», — приводит слова ученого National Public Radio.<4>
Возможность контролировать температуру замерзания переохлажденной воды может быть весьма актуальной.
В частности, результаты работы израильских ученых могут найти свое применение в актуальных областях исследований:
— выживание холоднокровных животных;
— криоконсервация (методы хранения органов, тканей или отдельных клеток при пониженной температуре);
— защита сельскохозяйственных культур от замерзания;
— «посев» облаков (то есть целенаправленное изменение погоды для создания дождя в засушливых местах или вызывание дождя с целью уменьшения вероятности града).