Главная / Технології / Лід можна розплавити при температурі нижче нуля

Лід можна розплавити при температурі нижче нуля

Американські фізики з’ясували, що багато сплавів та інші тверді речовини, в тому числі і лід, можна перетворити у рідину при температурах помітно нижче їхньої точки плавлення, особливим чином змінюючи тиск.

574373a61fdf6dade3e896b1dcc85b20

«Так як перетворюючі фазові переходи є фундаментальним процесом в природі, наше дослідження дало нам нову інформацію про те, як різні матеріали змінюють свої властивості. Можливо, що й інші речовини можуть трансформуватися аналогічним чином», — заявив Гоїнь Шень з Інституту науки Карнегі у Вашингтоні (США).

Крім класичної трійки «газ — рідина — тверда речовина» і примкнувшої до них плазми, існує і кілька екзотичних варіацій агрегатних станів, у яких деякі сполуки або елементи можуть знаходитися необмежено довгий час. Приміром, при певних обставинах вода залишається рідкою при температурах нижче нуля. Аналогічно ведуть себе вуглекислота і ряд інших сполук, а також сплавів.

Цей стан, так званий «над охолоджена рідина», грає велику роль у формуванні хмар в атмосфері Землі, а також широко використовується в промисловості і харчовій індустрії. Фізики та хіміки сьогодні активно вивчають властивості таких сполук і винаходять нові способи їх отримання.

Шень і його колеги, відкрили принципово новий спосіб отримання надохолоджених рідин, використовуючи метод «від протилежного». Як пояснюють вчені, зазвичай фізики та інженери отримують такі рідини, охолоджуючи їх особливим чином і в особливих умовах до температур нижче точки перетворення в тверду матерію.

Вчені з Інституту науки Карнегі пішли зворотним шляхом: вони намагалися змусити твердий матеріал розплавитися до того, як його температура досягне точки плавлення.

Подібний підхід цікавий не тільки з наукової точки зору, але і для вирішення цілого ряду практичних задач, у тому числі транспортування та «розчинення» матеріалів, які зазвичай є твердою матерією, а не рідиною. Приміром, багато геологів вважають, що матерія ядра Землі і навколишньої його мантії може бути такою метастабільною рідиною, властивості якої слід враховувати при вивченні надр планети.

Видавити воду з каменя

Керуючись подібною аналогією, команда Шеня експериментувала з кристалами вісмуту – рідкоземельного металу, що використовується в обробній промисловості та у якості бази для ряду каталізаторів і наукових приладів. Одним з найбільш цікавих властивостей вісмуту є те, що його щільність у вигляді твердого металу помітно нижча, ніж щільність рідкого. Це робить його дуже схожим на воду, яка теж володіє подібними аномальними властивостями.

Намагаючись відтворити умови в центрі Землі, Шень і його колеги стискали вісмут в алмазних лещатах до тиску, що перевищує атмосферне в 30 тисяч разів, а потім плавно опускали його до рівня 12 тисяч атмосфер, спостерігаючи, що відбувається з кристалами металу. При цьому вісмут був нагрітий до всього 215 градусів Цельсія, що майже на 60 градусів менше температури його плавлення в нормальних умовах.

Як показали ці досліди, подібна процедура призводить до перетворення вісмуту в надохолоджену рідину в момент, коли тиск падає до точки в 24 тисячі атмосфер (2,3 гігапаскаля). У такому стані, за словами вчених, вісмут може перебувати протягом багатьох годин або навіть днів, поки його не нагріють або не охолодять. Це дозволяє вченим говорити про те, що матерія в надрах Землі дійсно може бути подібної до рідини.

Схожим чином, як вважають вчені, можна розплавити і інші матеріали, які здатні перетворюватися в охолодженні рідини. Їх створення і вивчення допоможе краще зрозуміти, які процеси керують їх народженням і як їх можна використовувати у повсякденному житті, науці та промисловості.

 
comments powered by HyperComments