Минус 48 по Цельсию: когда вода окончательно становится льдом?

Одно из самых простых, распространенных в земной природе и в то же время загадочных химических соединений – вода – только что рассталось с одним из своих секретов. Валерия Молинеро и Эмили Мур, химики из Университета Уты (США), выяснили минимальную температуру, при которой сверхохлажденная вода превращается в лед, и, что самое главное, разобрались с механизмом этого превращения.

Обычная вода, как известно, замерзает при нуле градусов Цельсия. При этой температуре на ее примесях начинают расти ледяные кристаллики, в конце концов захватывая в ледяной плен всю жидкость. Однако очень чистая, не имеющая примесей вода таких центров кристаллизации не имеет и способна оставаться в жидком состоянии при более низких температурах. В конце концов, достигая "предела", эта сверхохлажденная вода тоже превращается в лед. Однако до сих пор было совершенно непонятно, почему она вообще это делает, если не имеет центров кристаллизации, и что с ней при этом происходит – ведь само преобразование осуществляется практически мгновенно. Во всяком случае, оно происходит настолько быстро, что существующие приборы не в состоянии отследить этот процесс.

Молинеро и Мур решили прибегнуть к помощи компьютера. До них уже неоднократно проводились попытки компьютерного моделирования поведения сверхохлажденной воды. Однако каждый раз они заканчивались неудачей, поскольку сам процесс требовал слишком много времени. Молинеро и Мур упростили задачу, представив в расчетах молекулу воды не как соединение двух атомов водорода с одним атомом кислорода, а как точку, способную, подобно молекуле воды, образовывать водородные связи. И все же программа, даже ускоренная, работала многие тысячи часов, чтобы отследить поведение 32768 молекул (это намного меньше, чем капля воды), после чего "огласила" результат.

По расчетам, минимальная температура замерзания сверхохлажденной воды равна минус 48 градусов Цельсия. Но самое главное – стал понятен механизм превращения сверхохлажденной воды в лед. При приближении к критической температуре молекулы воды начинают собираться в группы по четыре, то есть в тетраэдры, а тетраэдры, в свою очередь, ищут себе подобных и соединяются с ними. Получается уже не вода, но еще и не лед, а что-то вроде водо-ледяной кашицы – ученые назвали это состояние "промежуточным льдом". Промежуточный лед живет недолго, тетраэдры начинают выстраиваться в правильную кристаллическую решетку с такой скоростью, что решетка формируется почти мгновенно.

Читайте на CNews
Как ищут экзопланеты? Методы и технологии
Лазер делает ядерную бомбу доступной
Белковая инъекция: летальная доза радиации не смертельна