Вода ведет себя загадочно. Особенно при температуре ниже нуля, когда ее называют переохлажденной водой, прежде чем она превратится в лед. Физики недавно наблюдали спонтанные первые шаги процесса образования льда, когда крошечные кристаллические кластеры размером всего 15 молекул начинают проявлять узнаваемый структурный образец кристаллического льда. Это часть нового исследования, которое показывает, что жидкая вода не становится полностью нестабильной, поскольку она становится переохлажденной, прежде чем превратиться в кристаллы льда.
Команда пришла к такому выводу, доказав, что энергетический барьер для образования кристаллов существует во всей области, в которой сжимаемость переохлажденной воды продолжает расти. Предыдущая работа утверждала, что этот барьер исчез, когда жидкость стала холоднее. Эти результаты были опубликованы в The European Physical Journal E Коннором Бухариваллой из Университета Святого Франциска Ксавьера в Антигонише, Канада, и его коллегами.Интересно, что жидкую воду легче сжимать, чем холоднее она становится — в отличие от других веществ, сжимать которые становится труднее при понижении температуры.
Происхождение сжимаемости воды обсуждается на протяжении десятилетий. Одно возможное объяснение — до сих пор неподтвержденное — этого необычного явления связано с наличием перехода, подобного переходу жидкость-газ, обнаруженному, когда вода становится паром.
Разница: в переохлажденной воде при охлаждении происходит переход от одной фазы жидкости к другой, очень похожей, фазе жидкой воды.Проблема в том, что в нормальном эксперименте переохлажденная вода кристаллизуется в условиях, при которых, как предсказывается, произойдет фазовый переход жидкость-жидкость. Соответственно, вместо этого команда исследовала модель, описывающую поведение переохлажденной воды, в которой предыдущая работа показала фазовый переход.
Там они рассчитали так называемую стоимость свободной энергии для образования небольших зародышей кристаллов льда. Эти результаты помогают объяснить, почему воду можно найти в двух очень разных твердых формах, которые не имеют кристаллической структуры, в отличие от льда в морозильной камере, называемых аморфным льдом низкой и высокой плотности.