14.07.2011

Физики вычислили температуру замерзания переохлажденной воды

Вода, охлажденная ниже нуля градусов Цельсия, может оставаться жидкой при некоторых условиях до тех пор, пока ее температура не понизится до 41 градуса мороза, сообщается в статье, размещенной в электронной библиотеке Корнеллского университета.

Для того, чтобы вода превратилась в лед, помимо низкой температуры, требуются точки кристаллизации — микроскопические пылинки, вокруг которых начинают формироваться кристаллы льда — либо сотрясение. Очень чистая вода при отсутствии толчков может оставаться в жидком состоянии при температуре значительно ниже ноля градусов Цельсия.

Ученые обнаружили такую воду в земных облаках, в формировании которых процесс сверхохлаждения жидкости играет ключевую роль.

Однако нижняя температурная граница существования сверхохлажденной воды пока не определена, поскольку необходимые условия находятся за пределами возможностей экспериментов.

Эмили Мур (Emily Moore) и Валерия Молинеро (Valeria Molinero) из университета штата Юта (США) при помощи компьютерного моделирования попытались определить границы «окна» сверхохлажденности поведения молекул охлаждаемой воды. В рамках своей модели ученые наблюдали за тем, как изменяется поведение нескольких тысяч молекул воды при различных темпах охлаждения.

Авторы исследования пришли к выводу, что нижняя граница существования сверхохлажденной воды находится на отметке минус 41 градус Цельсия. При дальнейшем понижении температуры вода спонтанно превращается в аморфный лед. В этом состоянии молекулы воды расположены случайным образом, что напоминает структуру обычного стекла.

Как отмечают Мур и Молинеро, сверхохлажденная вода по своей сути нестабильна при любых температурах, и превращается в лед в результате изменения структуры жидкости, что приводит к образованию микрокристаллов льда. При этом чем выше температура воды, тем менее стабильна жидкость и тем быстрее образуются кристаллы льда.

Ледяной шарик из ста молекул воды вызвал спонтанное замерзание всей виртуальной «емкости» при температуре в 38 градусов Цельсия ниже нуля.

«Главный вывод нашей работы заключается в том, что сверхохлажденная вода не сохраняет свою стабильность при температурах ниже минус 41 градуса Цельсия, что не соответствует существующим теориям об ее устройстве. Это поможет уточнить климатические модели, описывающие формирование облаков», — заключают ученые.

Источники:

1. news.mail.ru