Вода, которая никогда не замерзает
Сделать кубики льда очень просто: берем обычный пластиковый лоток для кубиков льда, наполняем его водой и ставим в морозильник. Вскоре вода кристаллизуется и превращается в лед. Если проанализировать структуру кристаллов льда, мы увидим, что молекулы воды расположены в виде правильных решетчатых структур. В воде же, напротив, молекулы расположены не в строгом порядке, хоть и близко друг к другу: иначе вода не могла бы течь.
А что, если бы вода никогда не превращалась в лед? И возможно ли это?
«Стеклянная» вода
Группа физиков и химиков из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) и Цюрихского университета во главе с профессорами Раффаэле Мецценга (Raffaele Mezzenga) и Эхудом Ландау (Ehud Landau) нашла необычный способ, который мешает воде кристаллизоваться, сообщается на сайте ETH. При экстремальных минусовых температурах – даже при -263 градусах по Цельсию – вода сохраняет характеристики жидкости.
По порядку – о поиске нового метода. На первом этапе исследователи разработали и синтезировали новый класс липидов (молекул жира) для создания новой формы «мягкой» биологической субстанции, известной как липидная мезофаза. Мезофазой называется агрегатное состояние вещества, промежуточное между жидкостью и твердым телом. Самый известный пример мезофазы – желатин. В этом материале липиды самопроизвольно собираются и объединяются, образуя мембраны, которые ведут себя так же, как молекулы натурального жира. Эти мембраны затем формируют сети соединенных каналов диаметром менее одного нанометра. Температура и количество воды, а также новая структура разработанных липидных молекул определяют структуру, которую принимает липидная мезофаза.
Затем воду смешали с липидной мезофазой. Используя жидкий гелий, исследователи смогли охладить липидную мезофазу, состоящую из химически модифицированного моноацилглицерина, до температуры -263 градуса по Цельсию (что всего на 10 градусов выше абсолютного «нуля»), и кристаллы льда не образовались. При этой температуре вода стала «стеклообразной», что исследователи смогли продемонстрировать и подтвердить при моделировании. В отличие от пластикового лотка для кубиков льда с крупными «лунками», в узких каналах липидной мезофазы нет места для образования кристаллов льда, поэтому вода остается беспорядочной даже при экстремальных минусовых температурах. Липиды тоже не замерзают. Результаты исследования этого необычного поведения воды, когда она заключена в липидную мезофазу, были описаны в статье, опубликованной в журнале Nature Nanotechnology.
«Ключевым фактором является соотношение липидов и воды», – объясняет профессор Раффаэле Мецценга из Лаборатории пищевых и мягких материалов в ETH Zurich. Соответственно, именно содержание воды в смеси определяет температуру, при которой изменяется геометрия мезофазы. Если, например, смесь содержит 12% воды, структура мезофазы будет переходить при температуре около -15 градусов Цельсия из кубической решетки в пластинчатую структуру.
Естественный «антифриз» для бактерий
«Что делает разработку этих липидов настолько сложной, так это их синтез и очистка», – говорит Эхуд Ландау, профессор химии в Цюрихском университете. Так происходит потому, что молекулы липидов состоят из двух частей: одна является гидрофобной (отталкивает воду), а другая – гидрофильной (наоборот, притягивает воду). С ними чрезвычайно сложно работать, отмечает ученый.
Мягкий биоматериал, образованный из липидных мембран и воды, имеет сложную структуру, которая сводит к минимуму контакт воды с гидрофобными частями и максимизирует ее взаимодействие с гидрофильными частями.
Исследователи смоделировали новый класс липидов на мембранах определенных бактерий. Эти бактерии также вырабатывают особый класс самоорганизующихся липидов, которые могут естественным образом ограничивать количество воды в их внутреннем пространстве, позволяя микроорганизмам выживать в очень холодных условиях.
У нового класса тоже есть свой хитрый механизм. Новизна этих липидов заключается в том, что молекулы гидрофобных частей липидов образуют маленькие кольца, которые создают необходимую «кривизну» для образования крошечных водяных каналов и предотвращают кристаллизацию липидов.
Мягкая материя для исследований
Для чего понадобятся липидные мезофазы, которые не дают воде замерзнуть? Главным образом, они будут служить инструментом для других исследователей. Например, для биологов, которые изучают структуру и функции крупных биомолекул, таких как белки или крупные молекулярные комплексы. Обычно такие образцы помещают в быстро охлажденную воду, чтобы сохранить их и в дальнейшем изучить. Но как только они превращаются в ледяные кристаллы, разрушаются их мембраны и важные составляющие молекул.
Существует метод витрификации – «стеклования» живых клеток. В криобиологии этот термин используют для обозначения метода сверхбыстрого замораживания живых образцов. Криопротекторный раствор, в котором находятся живые объекты, не кристаллизуется при охлаждении, а переходит в стекловидное состояние. Этот метод активно используют при криоэлектронной микроскопии, которая помогает изучить структуры биомеолекул в растворах. Новый способ, который использует липидные мезофазы, может стать альтернативой при подобных исследованиях.
«Наше исследование прокладывает путь для будущих проектов, чтобы определить, как белки могут сохраняться в своей первоначальной форме и взаимодействовать с липидными мембранами при очень низких температурах», – говорит профессор Швейцарской высшей технической школы Цюриха.
Источник
Как почувствовать себя волшебником — мгновенная заморозка воды
Кто из нас в детстве не увлекался фокусами? Детство проходит, но вера в чудеса остается. Нехитрые приготовления, и вот вы уже творите настоящее волшебство. Немного научных знаний, ловкость рук и, главное, никакого мошенничества. Предлагаем вам поучаствовать в эксперименте, ход которого очень прост.
Процесс, который запечатлен на видео, называется мгновенной заморозкой воды. Для эксперимента вам понадобится очищенная вода. Конечно, дистиллированную воду достать проблематично, но для нашего случая вполне подойдет очищенная питьевая вода, которая продается в магазине. Пол-литровую бутылку необходимо поместить в морозильную камеру, температура в которой около -15 – 18 градусов. Когда спустя полтора-два часа вы достанете бутылку, вода в ней по-прежнему будет находиться в жидком состоянии, но ее температура будет значительно ниже нуля. Почему же она не замерзает? Все дело в том, что она не содержит в себе примесей, необходимых для кристаллизации льда и может находиться при температуре до минус 40 градусов в жидком состоянии. То есть она уже остыла и готова замерзнуть, но у нее нет для этого подходящих центров кристаллизации, вокруг которых происходит образование льда.
А вот с обычной пресной питьевой водой, содержащей, как правило, растворенные соли, такой трюк не получится. Она начнет замерзать уже в морозильной камере.
Но что же происходит, когда мы достаем бутылку из холода? Как показано на видео, экспериментатор встряхивает бутылку или прикасается к воде кусочком льда. От механического воздействия или соприкосновения с кристаллами льда переохлажденная вода начинает прямо на глазах превращаться в лед. Вода обретает тот самый недостающий центр кристаллизации и, поскольку ее температура значительно ниже нуля градусов, запускается цепная реакция — кристаллики льда пристраиваются друг к другу и постепенно заполняют собой весь объем бутылки.
Обязательно попробуйте сделать такое со своими друзьями или удивите детей! Это очень эффектный эксперимент, а главное, легко выполнимый в домашних условиях.
Источник
Мгновенное замерзание дистиллированной воды.
При охлаждении дистиллированной воды до минусовой температуры можно получить интересный эффект — она не замерзает, но стоит только потрясти бутылку, как происходит очень быстрое превращение воды в лёд!
Для проведения эксперимента воду купил в «Ашане». Она продаётся в автомобильном отделе. Не открывая бутылку, я положил её на мороз -15 градусов в первом видео, и -12 градусов во втором на несколько часов.
В первом видео вода больше переохладилась, поэтому замерзала быстрее, чем во втором случае.
По возможности, пожалуйста, подпишитесь на мой youtube канал , в будущем может потребоваться определённое число подписчиков.
Судя по комментариям и другим источникам, подобный опыт происходит не только с дистиллированной водой, но и с обычной бутилированной водой и даже с газировкой «Спрайт». Я сам не проверял, поэтому подтвердить или опровергнуть эти данные не могу.
Информация о переохлаждённой жидкости из Википедии: «жидкость, имеющая температуру ниже температуры кристаллизации при данном давлении. Является одним из неустойчивых (метастабильных) состояний жидкости. Переохлаждённая жидкость получается из обычной путём охлаждения при отсутствии центров кристаллизации. Существует точка зрения, что обыкновенное (силикатное) стекло является примером переохлажденного, метастабильного, аморфного состояния вещества. Если очистить воду от примесей, то её можно охладить до температуры −48.3 °C».
Второе видео, где вода находилась при более высокой температуре.
Стоит отличать эксперимент с чистой водой от эксперимента с пересыщенным раствором ацетата натрия, хотя они очень похожи.
Опыт можно легко повторить самостоятельно. Стоит отметить, что часть воды осталась жидкостью и в первом, и, особенно во втором случае. Думаю, для быстрого замерзания всей воды нужна более низкая температура.
Спасибо за то, что дочитали мою статью! Я старался для Вас, отблагодарите подпиской!
Если информация понравилась, ставьте лайк и поделитесь в соцсетях. Также буду рад комментариям!
Источник
Почему вода превращается в лед не при 0 градусов
Стандартное утверждение о том, что вода замерзает при достижении температуры в 0 градусов Цельсия, на самом деле некий стереотип. Температурных порогов, при которых замерзает вода, существует не так уж мало, и зависят они от разных свойств воды и окружающей обстановки. К примеру, чистая вода может даже замерзнуть при -42°С, в зависимости от условий, в которых она охлаждается.
Почему так происходит
Для формирования кристаллов льда могут использоваться различные частицы и дефекты тары
Чтобы кристаллы льда сформировались, необходима основа, а ею могут стать различные вещества и мелкие тела, например, пылевые частицы. А ожидать, что чистая вода замерзнет, согласно распространенному мнению, при нулевой температуре, не стоит. Ядрами кристаллизации, как известно из курса физики, могут выступать растворенные в воде минеральные и органические частицы, но и не только они.
Кристаллизация может «выбрать» в качестве основы различные дефекты тары, в которой вода в этот момент находится, такие как сколы и трещины, а также воздушные пузырьки. Кстати, так как у горячей воды число ядер кристаллизации больше, то и замерзает она быстрее, чем холодная. Этот интересный факт известен любому старшекласснику. Если сосуд чист, и сама вода тоже, то она может какое-то время при отрицательной температуре находиться в обычном жидком состоянии. Но оно считается неустойчивым, потому что стоит появиться какой-либо посторонней частице, например, пылинке, как вокруг нее немедленно начнет образовываться ледяной кристалл, и вся остальная вода вокруг тоже становится льдом.
Источник
Купил бутылку воды, забыл на ночь в машине, а она в минус 15 не замерзла! Что нам продают?
Всем привет. Сегодняшнее утро у меня с лёгкого шока началось — заметил, что покупная вода в бутылке даже при минусовой температуре не замерзает. Чудеса или что? Но по порядку все расскажу.
Я обычно в машину всегда бутылку воды 0,5 или 0,7 литра объемом беру, если с детьми куда ехать надо. Они же такие — есть вода — пить не хотят, нет — будут от жажды страдать всю дорогу, капризничать, что пить хочется. Покупаем, правда, воду мы очень редко — жена просто дома через фильтр на кухне наливает для меня или холодный кипяток из чайника детям. Зачем лишние деньги тратить? Такая же вода, ничем не хуже всяких минерале и родников с росой, я считаю.
Бывает, что и забуду зимой потом бутылку с водой в сумку бросить или пакет, домой занести, тогда наутро внутри — лёд, вся вода замерзает полностью.
А тут в среду ездили с сыном в больницу по врачам на очередной медосмотр, воду взяли, но забыли в машине её. А припарковались далеко, за кирпичом, метрах в 300, идти лень было. Я сбегал, в магазине рядом с больницей бутылочку Аква Минерале купил объемом 0,7 литра. И, как бывает, забыл потом домой унести.
Вчера я на работе был, на машине сегодня утром только поехал в магазин. И что увидел: лежат на пассажирском сиденье спереди 2 бутылочки с водой, одна — покупная, мы только пару глотков сделали, почти целая, вторая — с водой из-под крана с фильтром, домашняя, так сказать.
Так вот. Вода из под крана полностью замерзла — на улице ночью минус 15 у нас сегодня было, второй день как зима настоящая пришла. Покупная же вода, что удивительно, вообще не замерзла, хоть и холодная на ощупь. Я офигел, если честно. Сам пил, вода как вода, ну привкус есть, но там фтор, ионы-хреноны, это как обычно.
И удивительно то, что взял я эту «незамерзайку» питьевую, побулькал в руке, и вода за секунду раз — и наполовину в снежную кашу внутри превратилась. То есть половина воды, половина — какие-то хлопья из снега плавают. Еще интересней.
Вот и хожу сегодня, думаю — чего ж там наливают нам в эти бутылки, что вода в минус 15 не замерзает?
Ладно водка (употребление вредит здоровью, знаю и напоминаю) при минус 40 не замерзает, спирт же.
Ладно незамерзайка для стекол до минус 15-20 не замерзает, там такая химия в составе плюс метанол или чего там, забыл, ради этого и берём. Но вода питьевая? Сильно!
Этикетку почитал — ничего не нашел необычного, вода из скважины, артезианская, написано, первой категории, и всё тут. Ионы перечислены, минералы, не газированная. Что продают, не узнаешь, не на анализ же отправлять? Денег на такую блажь у меня лично нет.
Вот и думаю — лучше из фильтра наливать буду, возиться, чем куплю теперь. И деньги целее, и здоровье. Если вы в курсе, почему вода не замерзла, может, и мне объясните?
Сталкивались с чем подобным? Покупаете водичку? Какая лучше, по-вашему?
Источник
