Fizyka badali właściwości ciekłej wody w niskich temperaturach

Wideo: W Jakucji odkryto mamuta płynnej krwi (Aktualności)

Badacze od dawna wiadomo, że woda może pozostawać w stanie płynnym i przy bardzo niskich temperaturach. Jednak, aby badać szczegóły jego struktury i właściwości w tym stanie nie było to możliwe.

Teraz naukowcy z Stanford Linear Accelerator Center przeprowadził pierwsze spostrzeżenie dla struktury wody w stanie ciekłym w temperaturze do minus 46 stopni Celsjusza. W celu przeprowadzenia eksperymentów fizyki wykorzystywane liniowy akcelerator, źródło promieniowania spójnego i lasera rentgenowskiego.

Istnienie takiego stanu wody jest możliwe w tak zwanej strefie neutralnej ("no-man`s ziemia"), To jest w temperaturze w zakresie od minus 42 do minus 172 ° C.

"Głównym ciecz, bez których życie jest niemożliwe, ma dużo dziwnych właściwości w porównaniu z innymi substancjami. Teraz, dzięki naszym nowych obiektów, udało nam się zajrzeć do pożywki, która ujawniła unikalne właściwości wody natury"- mówi główny autor badania Anders Nilsson (Anders Nilsson).

Pomimo prostej budowy cząsteczkowej, woda ma masę niezwykłych właściwościach. Na przykład, w stanie stałym, przy czym jest lód, woda ma mniejszą gęstość niż jest płynna. Jest ona w stanie pochłaniać duże ilości ciepła, które przemieszcza się na duże odległości z prądów morskich, a zwłaszcza rozkład gęstości w całej objętości chroni oceanach i jeziorach kompletnego zamrożenia powierzchni do dołu.

Laser X-ray, w obliczu tych kropli wody, w reprezentacji artysty (Vector Greg Stewart / SLAC).

Jeszcze bardziej zaskakujące właściwości wody dostaje gdy czyści się i chłodzi się do bardzo niskich temperatur. Gdy woda jest bardzo czysty i nie ma zanieczyszczeń, które mogłyby przyczynić się do krystalizacji (tj tworzenia lodu), może on pozostać w formie cieczy, nawet w bardzo niskich temperaturach.

Przez dziesięciolecia naukowcy próbowali lepiej zrozumieć, co dzieje się z cząsteczkami wody w temperaturze poniżej minus 42 stopni Celsjusza, ale najpierw musieli polegać tylko na obliczeniach teoretycznych i modelowania komputerowego.

Nilsson i wsp stosuje się impulsy laserowe promień quadrillionth ułamka sekundy do wytwarzania wyraźne obrazy przedstawiające szczegóły struktury molekularnej wody w stanie ciekłym, w strefie neutralnej.

Badania wykazały, że struktura trwale transformowane gdy wejdzie ona w strefie nieczułości, a po dalszym ochłodzeniu na zmiany strukturalne występują znacznie szybciej niż z przewidywaniami modelu teoretycznego. Stwierdzono, że dzieje się piramidy (cząsteczki H2O umieszczony na wierzchołkach) chłodzenie w -46 stopniach cząsteczek wody. Poprzednie badania wykazały, że nie wolno było zobaczyć.

Po ochłodzeniu do czystej cząsteczki wody gromadzą się piramidy (Vector Greg Stewart / SLAC).

Wideo: Halle - metal, który topi się w dłoni

Fizyki doświadczalnej zmuszony drobne kropelki wody przemieszczają się ciągły strumień do komory próżniowej. Podczas przesuwania tych kropli w kierunku wiązki laserowej, niektóre z nich szybko odparowuje, a pozostałą ciecz chłodzi się dalej. Poprzez regulację odległości, należało rozwiązać krople przed spotkaniem z impulsów laserowych badacze osiągnięciu żądanej temperatury cieczy.

Informacja prasowa wyjaśnia, że ​​w przyszłości, zespół ma nadzieję na osiągnięcie Nilsson jeszcze niższe temperatury, przy której woda zamienia się szklista materiału non-krystalicznej. Naukowcy planują również określenie dokładnej temperatury, przy której niezwykłe właściwości woda osiąga swój szczyt.

Badanie to ma duże znaczenie nie tylko dla fundamentalnej fizyki, ale także dla badań nad klimatem, ponieważ strefa neutralna znajduje się w górnych warstwach atmosfery i procesów zachodzących w jego wpływ na klimat globalny.

Artykuł z wynikami badań opublikowanych w czasopiśmie Nature.

Wideo: Błyskawiczne zamrażanie wody