Водяний лід розкриває деякі його секрети
Перетворення води на лід може здатися надзвичайно буденним процесом, доступ до якого має навіть кожен, якщо у нього є морозильна камера. Але в очах дослідників цей перехід все ще зберігає деякі секрети, які вони зараз намагаються розкрити.
Перехід між водою та льодом - одне з найважливіших перетворень, яке можна спостерігати на нашій Землі. Це впливає на наш клімат і регулює життя. Ось чому так багато дослідників активно працюють задля кращого розуміння процесів. І сьогодні міжнародна команда зацікавлена в граничних умовах утворення льоду, і французькі дослідники пояснюють, чому вона так добре ковзає.
Згадаймо перш за все, що на нашій планеті лід існує майже виключно у дуже впорядкованій і термодинамічно стабільній кристалічній формі, яку фізики називають льодом I. Коли в нашій атмосфері краплі води утворюються, вони можуть замерзнути, а потім агломерувати у більші кристали і нарешті, хмарами. Але дослідникам відомо, що нижче певного діаметра краплі води вже не можуть утворювати лід.
І дослідники, зокрема, з Університету Геттінгена (Німеччина) та університетів Юти та Каліфорнії (США), нарешті, досягли успіху в розробці експериментального протоколу та комп’ютерних моделей, що дозволяють їм отримати доступ до цієї межі. Їх результати чітко показують, що це навколо крапель, що складаються лише з 90 молекул води. Краплі діаметром не більше двох нанометрів, це приблизно в мільйон разів менше, ніж сніжинка .
Ще один висновок їх роботи: краплі води такого розміру мають тенденцію коливатися між рідким та твердим станом. Поведінка, передбачена теорією кілька років тому, але яка ніколи раніше не спостерігалася.
Чому ковзає лід ?
Дослідникам CNRS та ENS-PSL - за підтримки команди з Політехніки École - вперше вдалося продемонструвати, що тертя справді створює тонкий шар рідкої води на льоду, а й виміряти цю плівку. Той самий, який пояснює слизьку природу льоду.
Для зондування льоду вони використовували банальний камертон, як у музиці. І несподівано, при товщині, що вимірюється від декількох сотень нанометрів до мікрона, плівка рідкої води, що утворюється на льоду, виглядає набагато тоншою, ніж очікувалося теоретично.
Він також складається з води, такої в’язкої, як олія, зі складними в’язкопружними властивостями. Несподівана поведінка припускає, що поверхневий лід не повністю перетворюється на рідку воду, а навпаки, потрапляє у змішаний стан, близький до “граніту”. Результат, який може допомогти знайти інноваційні рішення для збільшення тертя, щоб уникнути, наприклад, заносів на крижаних дорогах.