Kreirajući led od malih kapljica vode, veličine samo par stotina molekula, naučnici su došli do novih saznanja o načinu na koji voda prelazi u čvrsto agregatno stanje.
Način na koji voda prelazi u led važan je za razumevanje velikog broja prirodnih procesa, kao što su klimatske fluktuacije, dinamika oblaka, kruženje vode u prirodi, kao i način na koji pojedine životinje opstaju u ledenim uslovima, piše „Lajvsajens“.
Voda može da ostane tečna do minus 44 stepena
Pojedine životinjske vrste, kao što su neke žabe, mogu da prežive izuzetno niske temperature tako što im se tela zamrznu i dođu u stanje hibernacije. Led može da probije ćelijsku membranu, pa one moraju da imaju posebne mehanizme koji sprečavaju zamrzavanje na ćelijskom nivou, a razumevanje kako se voda zamrzava doprinosi i razumevanju tih ekstremnih karakteristika pojedinih organizama.
Osnovno pravilo je da se voda zamrzava na nula stepeni Celzijusa, ali u zavisnosti od mnogih činilaca, voda može ostati tečna i do minus 38 stepeni. Međutim, naučnici su sada uspeli da tu temperaturu spuste čak do minus 44 stepena, stoji u novoj naučnoj studiji objavljenoj u časopisu „Nejčr komjunikejšns“.
Dva su ključna razloga za takav naučni proboj: radi se o veoma malim kapljicama vode i veoma mekoj površini. Naučnici su počeli eksperiment sa kapljicama promera 150 nanometara, što je tek malo više od veličine virusa gripa, a smanjivali su ih sve do dva nanometra, što je bila veličina kapljice u kojoj je bilo samo 275 molekula vode.
„Koristili smo različite veličine kako bismo razumeli u kojim uslovima će se formirati led - na kojoj temperaturi i pri kojoj veličini kapljice. I što je još važnije, utvrdili smo da se kod pokrivanja kapljica mekim materijalom, temperatura zamrzavanja spušta izuzetno nisko“, kaže Hadi Gasemi, profesor Univerziteta Hjuston.
Meki materijal koji su naučnici koristili je oktan, ugljovodonik koji je okruživao svaku kapljicu u porama nano-veličine u membrani anodizovanog aluminijum oksida. To je omogućilo da kapljice poprime okrugliji oblik, sa većim pritiskom, što je ključno u sprečavanju zamrzavanja na niskim temperaturama, navode naučnici.
Važno za prevenciju nastanka leda
Pošto je u suštini nemoguće posmatrati proces smrzavanja kod tako malih dimenzija, naučnici su merili električnu provodljivost, pošto je led provodljiviji od vode, kao i svetlost emitovanu u infracrvenom spektru, kako bi utvrdili tačan momenat i temperaturu na kojoj su kapljice prešle iz tečnog u čvrsto agregatno stanje.
Što je kapljica vode manja, potrebna je niža temperatura da bi se led formirao, utvrdili su naučnici, a za kapljice veličine 10 nanometara i manje, taj odnos se dramatično menja. Tako su izmerili da je za najmanje kapljice potrebna temperatura od čak minus 44 stepena Celzijusa da bi došlo do formiranja leda.
Gasemi kaže kako bi ovo saznanje moglo da znači mnogo za prevenciju nastanka leda na materijalima koje prave ljudi, na primer u avio-industriji ili na energetskim sistemima.
Ako se voda na mekim površinama sporije zamrzava, inženjeri bi mogli da naprave kombinaciju mekih i tvrdih materijala kako bi sprečili nastanak leda na površinama.