Apa lichidă suprarăcită atinge un nivel record

Folosind un pistol cu ​​apă în miniatură și un laser puternic, cercetătorii au testat mici picături de apă la –46° Celsius, cea mai scăzută temperatură pe care apa obișnuită a fost detectată vreodată în faza lichidă.

„Este un record mondial și este greu de imaginat că va cădea vreodată”, spune H. Eugene Stanley, fizician la Universitatea din Boston.

Studiul, publicat în 19 iunie Natură, marchează prima dată când oamenii de știință au observat apă lichidă în regiunea cu temperatură scăzută, unde proprietățile deja neobișnuite ale apei sunt de așteptat să devină și mai ciudate. Studiind astfel de condiții reci, cercetătorii speră să înțeleagă particularitățile apei la toate temperaturile și modul în care viața profită de ele.

Proprietățile ciudate ale apei o fac specială pentru viață. Spre deosebire de majoritatea substanțelor, apa este mai densă sub formă lichidă decât sub formă solidă, ceea ce permite creaturilor acvatice să supraviețuiască în buzunare de lichid sub suprafața înghețată a unui lac. Apa are alte proprietăți, inclusiv capacitatea sa de a absorbi căldura și compresibilitatea scăzută, care se schimbă brusc la temperaturi foarte scăzute. Oamenii de știință au fost dornici să exploreze ce declanșează aceste schimbări în frigul extrem. „Dacă înțelegi apa acolo, o înțelegi peste tot”, spune Anders Nilsson, fizician la Universitatea Stanford și Laboratorul Național Accelerator SLAC din Menlo Park, California.

Deși apa îngheață de obicei la 0 ° C, H pur₂O poate rămâne lichid cu mult sub această temperatură. Această apă „suprarăcită” arată exact ca apa de la robinet, dar este mult mai delicată: se solidifică în momentul în care întâlnește o suprafață străină, cum ar fi un grăunte de praf, tavă pentru cuburi de gheață sau geamul unui avion de croazieră. Experimentele anterioare au detectat apă lichidă la –38 ° C, dar nu mai rece, în ciuda suspiciunii oamenilor de știință că ar putea subzista perioade de timp măsurabile la temperaturi și mai scăzute.

Pentru a menține apa rece și necontaminată, Nilsson și colegii au aruncat mici picături de apă de dimensiunea globulelor roșii într-o cameră vid. Pe măsură ce fiecare picătură a călătorit, unele dintre moleculele sale componente s-au evaporat, eliberând căldură și făcând ca temperatura picăturii să scadă cu până la 10 grade pe milisecundă.

Pe măsură ce picăturile suprarăcite au călătorit prin cameră, cercetătorii au folosit laserul cu raze X de la SLAC pentru a servi drept cameră bliț. Laserul a lovit impulsuri ultrascurte – fiecare cu o durată de 50 de milionemi de miliardime de secundă – care au lovit unele dintre picături. Energia laserului a făcut ca fiecare picătură nefericită să explodeze, dar nu înainte ca razele X să fi trecut prin echivalentul unei scanări medicale la un detector de pe cealaltă parte. „Este ca o lovitură și fugă”, spune Nilsson.

Rezultatele au arătat că unele dintre picături au existat sub formă lichidă la temperaturi de până la –46 ° C și ar putea rămâne în această stare timp de aproximativ o milisecundă înainte de înghețare. Acesta este un timp mai lung decât se așteptau unii oameni de știință, spune inginerul chimist de la Universitatea Princeton, Pablo Debenedetti. „Este o realizare experimentală majoră”, spune el.

Noua lucrare arată, de asemenea, că ciudățenia apei devine mai extremă pe măsură ce temperatura scade, spune Stanley. Acest lucru sprijină ideea, propusă de Stanley și colegii în urmă cu 22 de ani, că apa suprarăcită suferă o schimbare de fază la aproximativ -50 ° C în două stări lichide neobservate până acum. Una dintre aceste faze noi ar trebui să existe numai atunci când apa este sub presiune. Nilsson plănuiește să supună picăturile unei combinații de temperatură scăzută și presiune ridicată pentru a încerca să observe fazele duale.

O nouă simulare pe computer, descrisă de Debenedetti și colegii în același număr al Naturăoferă dovezi suplimentare că apa se împarte în două faze lichide la temperaturi scăzute.