Не для коктейлів. Британські вчені створили новий вид льоду з унікальними властивостями
Новий лід був створений за допомогою пошипників з нержавіючої сталі (Фото:Alexander Rosu-Finsen, Christoph Salzmann)
Використовуючи кулькові підшипники, команда з Університетського коледжу Лондона отримала лід, який має ту саму густину, що й вода.
Форму льоду, відома як аморфний лід середньої густини, вважали одним із проміжних станів води. Раніше його існування вважалося можливим суто теоретично, але британським ученим вдалося створити його на практиці.
На відміну від кристалічного льоду, який природно утворюється на Землі, лід середньої густини не має організованої молекулярної структури. Його молекули розташовані хаотично.
Зазвичай, при замерзанні молекули води складаються в організовану кристалічну структуру. В результаті виходить тверда речовина, яка впевнено утримується на поверхні води за рахунок порівняно великих проміжків у кристалічній решітці.
Це є рідкісною особливістю води, адже інші речовини, переважно, при переході в твердий стан утворюють щільніші структури.
За певних обставин вода може замерзнути у неорганізованому, аморфному стані. Це часто трапляється в природі, але процес можна відтворити в лабораторії. Щоправда, раніше вченим вдавалося створювати аморфний лід або занизької, або, навпаки, вищої густини, ніж звичайний кристалічний.
Аморфний лід низької густини вперше був створений штучно в 1930-х роках. Це робилося шляхом осадження водяної пари на дуже холодні поверхні. Як пояснює автор нового дослідження, професор фізичної хімії та хімії матеріалів в Університетському коледжі Лондона Крістоф Зальцманн, процес створення аморфного льоду низької густини відбувається природним чином у космосі, тому ця речовина може бути найпоширенішою формою льоду у Всесвіті.
У 1980-х роках дослідники виявили, що вони можуть виробляти аморфний лід високої густини, стискаючи звичайний лід за дуже низьких температур.
Ніхто ніколи не створював аморфний лід середньої густини доти, поки Зальцману та його колегам не спала на думку «божевільна ідея п’ятничного дня». Вчені уми вирішили спробувати подрібнити лід у барабанно-кульовому млинку.
Цей пристрій дуже схожий на супершейкер для коктейлів. Принцип його роботи полягає у подрібненні речовини за допомогою кульок з нержавіючої сталі, поміщених у барабан. За словами Зальцманна, барабанно-кульовий млинок використовується в багатьох галузях промисловості, але особливо добре він підходить для створення аморфних матеріалів та подрібнення заморожених речовин до порошкоподібного стану.
Дослідники очікували, що кульовий млинок просто розіб'є кристали льоду на дрібніші. Але сталося щось дивне.
Натомість падаючі сталеві кульки розрізали і стиснули лід, змінивши структуру кристалічної решітки.
Нова форма льоду була утворена за температури 77 кельвінів, або -196 °C. ЇЇ густина складає 1,06 грама на см куб., що майже ідентично густині води (1 г на см куб.).
Але це не єдина химерність нового стану води.
Коли дослідники стиснули отриманий лід середньої густини і нагріли його до -120 °C, лід перекристалізувався, виділивши велику кількість тепла.
«З іншими формами [аморфного] льоду, якщо ви стиснете їх і послабите тиск, нічого не станеться, — сказав Зальцман. Але MDA [аморфний лід середньої густини] якимось чином має здатність накопичувати механічну енергію та вивільняти її при нагріванні».
За словами Зальцманна, аморфний лід середньої густини може природно утворюватися на крижаних супутниках газових гігантів, де гравітаційні сили стискають і зсувають лід. Якщо це так, то механічна енергія, що зберігається в цій формі льоду, може впливати на тектоніку цих місяців.
