Американские исследователи вывели математическое выражение, которое описывает, что определенные углы наклона примесей в воде облегчают соединение и кристаллизацию ее молекул. Из-за этого лед может образовываться при 0°С и выше. По словам ученых, новая модель замерзания воды поможет разработать более эффективные устройства для производства льда и снега и объяснить роль минеральных частиц в образовании облаков. Исследование представлено на весеннем собрании Американского химического общества.
Как правило, молекулы жидкой воды вращаются с большой скоростью и проносятся мимо друг друга. Когда температура внешней среды падает, молекулы теряют свою энергию и замедляются. Чтобы избежать отталкивания и максимально увеличить притяжение между друг другом, они останавливаются и образуют кристаллическую сеть — лед. Если вода полностью чиста, лед появится только при температуре -46 °С. Однако если в воде есть даже мельчайшие примеси — бактерии или белки — кристаллы льда образуются быстрее, иногда даже при температуре выше 0 °С.
Ранее ученые выяснили, что формы, виды и расстояния между примесями по-разному влияют на температуру замерзания воды, однако этому не было математического объяснения. Теперь американские исследователи решили построить теоретическую модель, которая показала бы процесс замерзания воды с примесями. Для этого они собрали прошлые измерения того, как углы, под которыми расположены микроскопические частицы, влияют на температуру замерзания воды. Затем ученые протестировали теоретические модели на процессах, которые способствуют образованию кристаллов льда, например на связывании воды с примесями.
В результате исследователи вывели математическое выражение. Оно показывает, что определенные углы между частицами облегчают соединение и кристаллизацию молекул воды при относительно высоких температурах. По словам ученых, эта модель позволит разработать новые материалы, которые будут способствовать более быстрому образованию льда при минимальных затратах энергии: например, устройства для производства снега или льда. В будущем работа исследователей поможет объяснить то, как небольшие минеральные частицы в атмосфере способствуют образованию облаков за счет ледяных зародышей.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
