Физика изучава свойствата на течност вода при ниски температури

Видео: В Якутия открили мамут течна кръв (новини)

Изследователите отдавна са известни, че водата може да остане в течно състояние и при много ниски температури. Въпреки това, да се проучи подробностите на нейната структура и свойства по това състояние не било възможно.

Сега учени от SLAC National Accelerator Laboratory, проведени първо наблюдение по отношение на структурата на вода в течно състояние при температури до минус 46 градуса по Целзий. За провеждане физични експерименти използвани линеен ускорител, източник на кохерентна радиация и рентгенов лазер.

Наличието на такова състояние вода е възможно в т.нар неутрална зона ("не-man`s земя"), Т.е. в температурния диапазон от минус 42 до минус 172 градуса по Целзий.

"Основна течност без които животът е невъзможен, има много странни свойства в сравнение с други вещества. Сега, благодарение на нашите нови съоръжения, ние бяхме в състояние да гледам в средата, която разкрива уникалните свойства на водата природата", - казва водещият автор на изследването Андерс Нилсон (Anders Nilsson).

Въпреки прост молекулна структура, водата има маса на необичайни свойства. Например, в твърдо състояние, който е в лед, вода има по-ниска плътност, отколкото е течност. Той е в състояние да абсорбира голямо количество топлина, което се движи на дълги разстояния с океанските течения, и по-специално разпределението на плътността на целия обем предпазва океани и езера на пълно замръзване на повърхността до дъното.

лазер рентгенова, изправени с водните капки, в представителството на художника (Vector Greg Stewart / SLAC).

Дори по-изненадващи свойства на вода получава, когато се почиства и се охлажда до много ниски температури. Когато водата е много чиста и няма примеси, които могат да допринесат за кристализация (т.е., образуване на лед), тя може да остане в течна форма, дори при много ниски температури.

В продължение на десетилетия учените са се опитали да разберат по-добре какво се случва с молекулите на водата при температури под минус 42 градуса по Целзий, но първо те трябва да разчита само на теоретични изчисления и компютърно моделиране.

Nilsson и колеги използват лазерен лъч импулси quadrillionth фракция на вторият за производство ясни изображения, показващи подробно молекулярната структура на течна вода в неутралната зона.

Проучването показва, че структурата постоянно трансформирана, когато тя влиза в неутралната зона, и при по-нататъшно охлаждане на структурни промени се появяват много по-бързо от очакваното от теоретичния модел. Установено е, че ще пирамидата (H2O молекула с върховете) охлаждане при -46 градуса водни молекули. Предишни изследвания, които не се позволява да се види.

При охлаждане чисти водни молекули събират в пирамидата (Vector Greg Stewart / SLAC).

Видео: Хале - метал, който се топи в ръката си

За експериментална физика принуден малки водни капчици се движат постоянен поток във вакуумна камера. Когато се движи тези капки в посока на лазерния лъч, някои от тях бързо се изпарява и след това останалата течност се охлажда. Чрез регулиране на дистанцията, която трябваше да се преодолее спада преди да се срещне с лазерни импулси, учените са стигнали до желаната температура на течността.

В съобщение за пресата се обяснява, че в бъдеще, екипът се надява да постигне Нилсон все още по-ниски температури, при която водата се превръща в стъклено Некристалинният материал. Учените планират също така да се определи точната температура, при която най-необичайните свойства на водата достига своя връх.

Това изследване е от голямо значение не само за фундаменталната физика, но също така и за изучаване на климата, тъй като неутралната зона се намира в горните слоеве на атмосферата и процесите, които протичат в него се отрази на глобалния климат.

Статията с резултатите от изследването, публикувано в списание Nature.

Видео: Instant замръзване на водата