Фото uiec.org.ua
Ученые продолжают интенсивно изучать свойства воды – самого привычного и распространенного, но по-прежнему таящего множество загадок вещества.
Новая работа голландских ученых Джинеша и Йооста Френкена из университета в г. Лейден, опубликованная в журнале Physical Review Letters, описывает способность воды к переходу в твердое состояние при заключении ее в объем, имеющий размеры порядка нанометров.
Следует отметить, что факт замерзания воды при положительных температурах отмечали и ранее (та же группа сделала это в 2006 г.), однако однозначно убедительных экспериментов по этому поводу не было.
Недавно были опубликованы работы, где описывали и противоположные эффекты – присутствие жидкой воды в нанотрубках при отрицательных температурах. Этот эффект был рассчитан с помощью моделирования, и были приведены некоторые экспериментальные факты.
В работе голландских физиков убедительно показано, с помощью прямого эксперимента, что вода при комнатной температуре замерзает.
Они сближали две плоские поверхности до расстояния между ними менее 10 диаметров молекул воды (около 1 нм), вода при этом попадала в зазор благодаря капиллярной конденсации из влажного воздуха.
Фазовое состояние воды наблюдали с помощью модифицированного метода сканирующей атомно-силовой микроскопии высокого разрешения, в котором измеряется сила трения микромеханического зонда с поверхностью изучаемого вещества.
При образовании льда движение вольфрамового наконечника становилось таким же, каким оно бывает при перемещении любого металлического предмета на поверхности льда, с чередованием проскальзывания и остановок движения.
Образующийся лед, по мнению авторов, имеет обычную гексагональную кристаллическую решетку. Объяснение эффекта связано с формированием упорядоченной структуры воды в нанообъеме, чему способствуют сами пространственные ограничения.
Сам факт существования твердой воды при комнатной температуре можно будет использовать для объяснения поведения воды как смазочного вещества.
У этого явления просматриваются и явно отрицательные последствия – при разработке электромеханических устройств нано- и микромасштабов придется учитывать возможность формирования ледяных пленок, нарушающих нормальную работу этих устройств.