14:14 2023-05-30
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Cercetătorii dezvoltă o metodă de sondare a apei suprarăcite folosind difracția electronică
_ Cercetătorii dezvoltă o metodă de sonda de apă suprarăcită utilizând difracția de electroni
Cercetătorii de la EPFL au găsit o modalitate de a studia apa din „țara nimănui”, un interval de temperatură sub zero în care apa se cristalizează rapid. Din punct de vedere istoric, incapacitatea de a accesa „pământul nimănui” i-a împiedicat pe oamenii de știință să dezlege natura anormală a apei, dar metoda inovatoare poate schimba asta acum.
Apa este una dintre compușii cei mai esențiali și răspândiți pe Pământ. Acoperind peste 70% din suprafața planetei, și-a modelat compoziția și geologia, își reglează clima și modelele meteorologice și se află la baza întregii vieți așa cum o cunoaștem noi.
Dar apa este, de asemenea, ciudată. . Prezintă o serie de proprietăți anormale, dintre care oamenii de știință au identificat peste șaptezeci – până acum. Mai multe teorii încearcă să explice aceste anomalii, dar verificarea lor experimentală este dificilă. Unul dintre motive este că acest lucru ar necesita studierea apei între 160 K și 232 K (-113 °C la -41 °C), un interval de temperatură notoriu cunoscut sub numele de „țara nimănui” unde apa cristalizează atât de repede încât a fost imposibil. pentru ca oamenii de știință să-i studieze proprietățile.
Dar de ce ar vrea cineva să răcească apa la temperaturi atât de scăzute? Pentru că atunci când apa este răcită mult sub punctul său de îngheț, devine „suprarăcită” cu proprietăți unice și fascinante; de exemplu, în anumite condiții poate rămâne sub formă lichidă, dar poate îngheța instantaneu atunci când este deranjat sau expus la anumite substanțe. Apa suprarăcită se obține prin luarea apei lichide și răcirea acesteia sub punctul de îngheț, folosind trucuri pentru a preveni cristalizarea sau cel puțin încetinirea acestui proces. Cu toate acestea, chiar și cu aceste trucuri, cristalizarea în „țara nimănui” este încă prea rapidă.
„Un experiment pentru a investiga în mod sistematic structura apei în așa-numitul „țara nimănui” a rămas evaziv timp de decenii. ”, spune profesorul Ulrich Lorenz de la Școala de Științe de bază a EPFL. Acum, oamenii de știință conduși de Lorenz au găsit o modalitate de a face exact asta. Echipa a dezvoltat o modalitate de a pregăti rapid apa suprarăcită profund la o temperatură bine definită și de a o sonda cu difracția de electroni înainte de a se cristaliza.
„Încă nu am înțeles pe deplin de ce apa este un lichid anormal, în ciuda faptului că acest subiect fiind aprig dezbătut de peste patruzeci de ani”, spune Lorenz. „Răspunsul pare să se afle în „țara nimănui”. Dar din cauza cristalizării rapide, nicio măsurătoare pe întregul interval de temperatură nu a fost posibilă. Facem asta pentru prima dată. Acest lucru ne aduce mai aproape de rezolvarea acestui mister de lungă durată.”
Oamenii de știință au efectuat experimentele cu un microscop electronic specializat, rezolvat în timp, pe care l-au construit personalizat în laboratorul lor. Ei au pregătit apa suprarăcită la o temperatură bine definită. temperatura și au sondat-o direct înainte de a avea loc cristalizarea. Pentru a face acest lucru, au răcit un strat de grafen la 101 K și au depus o peliculă subțire de gheață amorfă. Apoi au topit local filmul cu un impuls laser de microsecunde pentru a obține apă în „țara nimănui”. ,” și au capturat un model de difracție cu un impuls de electroni intens, de înaltă luminozitate.
Cercetătorii au descoperit că, pe măsură ce apa este răcită de la temperatura camerei la temperaturile criogenice, structura ei evoluează fără probleme. La temperaturi sub 200 K (aproximativ -73 °C), structura apei începe să arate ca cea a gheții amorfe - o formă de gheață în care moleculele de apă sunt într-o stare dezordonată - spre deosebire de gheața cristalină ordonată cu care suntem de obicei familiarizați. .
„Faptul că structura evoluează fără probleme ne permite să restrângem gama de posibile explicații pentru originea anomaliilor apei”, spune Lorenz. „Descoperirile noastre și metoda pe care am dezvoltat-o ne apropie de dezlegarea misterelor apei. Este greu să scăpăm de fascinația acestui lichid omniprezent și aparent simplu, care încă nu a renunțat la toate secretele sale.”
Cercetarea este publicată în revista Nature Communications.
Comentarii:
Adauga Comentariu