При контакте с определенным классом веществ переохлажденная вода начинает превращаться в лед с повышением температуры. Такой необычный опыт провела группа исследователей под руководством Игоря Любомирского из научного института Вайцмана.

Чистая переохлажденная вода способна оставаться жидкой до -40 градусов по Цельсию, и обычно переходу ее в кристаллическое состояние способствует какое-либо внешнее возмущение или добавка центров кристаллизации (мелких твердых частиц). Однако возможна парадоксальная ситуация, при которой переохлажденная жидкость самопроизвольно и резко начнет обращаться в лед 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 пленке SrTiO3 ученые 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, охлажденные 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 твердое тело/вода, а на отрицательно заряженной поверхности лед растет 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 ее края к заряженной поверхности пироэлектрика.

"Разница между положительным и отрицательным зарядами была неожиданной", — прокомментировал наблюдаемые эффекты Любомирский, пишет membrana со ссылкой на Science.

Понимание всех тонкостей взаимодействия воды и пироэлектриков может дать богатую пищу для размышлений о защитных процессах в тканях холоднокровных животных, попадающих в лед, а также может привести к новым методам криоконсервации клеток и тканей, защиты сельскохозяйственных растений от замерзания и искусственной генерации облаков.

 

mignews.ru