Ученые заморозили воду при нагреве

Как известно, точка замерзания воды в обычных условиях находится на отметке в 0º по Цельсию. Однако последние эксперименты в этой области показывают, что вода может оставаться в жидком состоянии при более низких температурах, и даже замерзать при нагреве – в определенных условиях. Главный фактор в проведенных недавно экспериментах – электрический заряд поверхности, на которой расположена вода. Игорь Любомирский (Igor Lubomirsky) из Института Вейцмана в Реховоте (Weizmann Institute of Science in Rehovot, Israel) рассказывает: «Мы очень удивлены результатами. Получается, что при помощи контроля заряда поверхности можно подавлять или побуждать формирование льда».

Обычно вода замерзает, формируя кристалл льда вокруг какой-либо посторонней частицы. Оставаясь максимально стерильной, точка замерзания сдвигается до -42º C. Такая суперохлажденная жидкая вода используется в лабораториях для криогенного сохранения крови и тканей, встречается она и в природе.

Ученые давно подозревали, что электрические поля могут быть использованы для настройки точки замерзания. Молекула воды имеет положительный заряд с одной стороны и отрицательный – с другой, что позволяет электрическому полю выстраивать водяные молекулы в строгие формации соответственно зарядам. Но предыдущие эксперименты осложнялись выбором материала для подложки. Лучше всего заряд сохраняют металлы, однако все знают, что лед легко образуется на металле и без электрического воздействия. Поэтому необходимо было найти такой материал, который бы не искажал чистоту воздействия электрического заряда.

Любомирский и его коллеги вместо металла использовали пироэлектрический материал, который может формировать кратковременный заряд при нагреве или охлаждении. Ученые поместили четыре пироэлектрических кристалла и поместили их в медные цилиндры. Нижние поверхности двух цилиндров покрыли хромом для управления электрическим зарядом. На поверхность двух других цилиндров нанесли оксид алюминия, чтобы поверхность оставалась незаряженной. Все цилиндры поместили в комнату с повышенным уровнем влажности, уменьшили температуру в ней, пока капельки воды формировались на кристаллах, затем снизили температуру до замерзания воды.

Результаты оказались следующими: вода на незаряженной поверхности замерзла при -12,5º C, на позитивно заряженной – при -7º C. Вода на отрицательно заряженной поверхности «продержалась» до -18º C. Простота эксперимента подтверждает, что ключевым фактором в получении таких результатов стал именно тип электрического заряда поверхности, а не что-либо другое.

Замерзание при нагреве получилось удалось осуществить следующим образом. Вода оставалась в жидком состоянии при -11º C на протяжении 10 минут (на отрицательно заряженной поверхности). После того, как заряд рассеялся, нагрева комнаты до -8º C оказалось достаточно, чтобы индуцировать положительный заряд на поверхность пироэлектрического кристалла и заморозить воду.

Пока не до конца ясно, что побуждает точку замерзания «плавать», однако одним из факторов называется то, как молекулы воды выстроены относительно поверхности, на которой они замерзают. Ученые еще не определились с областью применения их открытия, однако патент на технологию уже оформили. Дальнейшие исследования в этой области прояснят загадочные свойства «плавающего ноля».