Fyzika študoval vlastnosti kvapalnej vody pri nízkych teplotách

Video: V Jakutsku objavená mamutie tekutej krvi (news)

Výskumníci už dlho známe, že voda môže zostať v kvapalnom stave a pri veľmi nízkych teplotách. Aby však bolo možné študovať podrobnosti jeho štruktúry a vlastnosti v tomto stave už nebolo možné.

Teraz vedci z SLAC National Accelerator Laboratory vykonaná prvé pozorovanie pre štruktúru kvapalnej vody pri teplotách až mínus 46 stupňov Celzia. Pre vykonanie fyzikálne pokusy použiť lineárneho urýchľovača, zdroj koherentného žiarenia a röntgenového lasera.

Existencia takého stavu vody, je možné v takzvanej neutrálnej zónou ("no-man`s pôda"), To znamená v rozmedzí teplôt od mínus 42 až mínus 172 ° C.

"Hlavným kvapalina bez ktorého život nie je možné, má veľa podivné vlastnosti v porovnaní s inými látkami. Teraz, vďaka našej novej zariadenie, sme boli schopní pozerať sa do média, ktorá odhalila jedinečné vlastnosti vody prírody"- hovorí vedúci autor štúdie Anders Nilsson (Anders Nilsson).

Aj cez jednoduché molekulárnej štruktúry, voda má hmotnosť neobvyklými vlastnosťami. Napríklad, v pevnom stave, ktorý je ľad, voda má nižšiu hustotu ako je tekutina. Je schopný absorbovať veľké množstvo tepla, ktoré sa pohybuje na veľké vzdialenosti s morských prúdov, a najmä rozdelenie hustoty v celom objeme chráni oceánov a jazier úplné zmrazenie povrchu až na dno.

Röntgenový laser pri stretnutí s vodnou kvapky, v reprezentácii umelca (Vector Greg Stewart / SLAC).

Ešte prekvapivejšie vlastnosti vody dostane, keď je vyčistený a ochladí sa na veľmi nízke teploty. Ak je voda veľmi čistá a nemá žiadne nečistoty, ktoré by mohli prispieť ku kryštalizácii (tj., Tvorba ľadu), môže zostať v tekutom stave aj pri veľmi nízkych teplotách.

Po desaťročia sa vedci snažili lepšie pochopiť, čo sa deje s molekulami vody pri teplotách pod mínus 42 stupňov Celzia, ale najprv museli spoliehať iba na teoretických výpočtov a počítačového modelovania.

Nilsson a kolegovia použili laser ray pulzy quadrillionth zlomok sekundy produkovať jasný obraz ukazujúci jednotlivé molekulárnu štruktúru kvapalnej vody v strednom pásme.

Štúdia ukázala, že štruktúra trvalo transformovaná, keď vstúpi do stredného pásma, a po ďalšom ochladení štrukturálne zmeny dochádza oveľa rýchlejšie, než je dané teoretickým modelom. Bolo zistené, že odchod do pyramídy (H2O molekuly umiestnené vo vrcholoch) chladenie na -46 stupňov molekulami vody. Predchádzajúce štúdie, ktoré nesmeli vidieť.

Po ochladení čistej molekuly vody zhromažďujú v pyramíde (Vector Greg Stewart / SLAC).

Video: Halle - kov, ktorý sa topí v ruke

Pre experimentálnej fyziky nútený drobné kvapôčky vody pohybovať stály prúd vo vákuovej komore. Pri presunutí týchto kvapiek v smere laserového lúča, niektoré z nich sa rýchlo odparí a zvyšná kvapalina sa ďalej ochladí. Nastavením vzdialenosti, ktoré bolo nutné prekonať kvapky pred stretnutím s laserovými impulzmi, výskumníci dosiahne požadovanú teplotu kvapaliny.

V tlačovej správe sa uvádza, že v budúcnosti, tím dúfa, že na dosiahnutie Nilsson stále nižších teplôt, pri ktorej voda premení sklovité non-kryštalického materiálu. Vedci tiež plánujú presne určiť teplotu, pri ktorej sa neobvyklé vlastnosti vody dosiahne svoj vrchol.

Táto štúdia má veľký význam nielen pre základné fyzike, ale aj pre štúdium klímy, pretože neutrálna zóna sa nachádza v horných vrstvách atmosféry a procesov prebiehajúcich v to mať vplyv na globálnu klímu.

Tento článok s výsledkami štúdie uverejnenej v časopise Nature.

Video: Okamžité zmrazenie vody