Незвичайний аморфний лід має щільність, близьку до рідкої води.
Кубики льоду плавають у воді, оскільки вони менш щільні, ніж рідина. Але щільність нового типу льоду майже дорівнює щільності вашої склянки з водою , повідомляють дослідники в Science. Якби ви могли плюхнути цей лід у свою чашку без того, щоб він одразу розтанув, він би хитався, не плаваючи й не тонучи.
Новий лід — це особливий тип, який називається аморфним. Це означає, що молекули води всередині нього не розташовані в чіткому порядку, як у звичайному кристалічному льоду. Інші типи аморфного льоду вже відомі, але вони мають щільність або нижчу, або вищу, ніж щільність води за стандартних умов. Деякі вчені сподіваються, що цей нещодавно створений аморфний лід може допомогти розгадати наукові таємниці, які вирують навколо води.
Щоб створити новий лід, вчені використали напрочуд просту техніку. Його називають кульовим подрібненням і включають струшування контейнера з льодом і кульками з нержавіючої сталі, охолодженими до 77 кельвінів (майже –200° за Цельсієм). Дослідники були мотивовані цікавістю; вони не очікували, що ця техніка створить новий аморфний лід. «Це була якась ідея в п’ятницю після обіду, просто спробувати й подивитися, що станеться», — каже фізико-хімік Крістоф Зальцманн з Університетського коледжу Лондона.
Аналіз того, як рентгенівське випромінювання розсіювалося від морозної речовини, припустив, що вони створили аморфний лід. А комп’ютерне моделювання, яке імітувало ефекти подрібнення куль, показало, що невпорядкована структура може бути створена шарами льоду, які ковзають один повз один одного у випадкових напрямках у відповідь на сили, які діють кульками.
«Ви повинні бути відкритими, як науковець, до несподіванок», — каже фізик-хімік Андерс Нільссон зі Стокгольмського університету, який не брав участі в дослідженні. За його словами, техніка кульового млину «була досить інноваційною».
Оскільки матеріал був виготовлений шляхом розтирання звичайного льоду, його зв’язок із рідкою водою невідомий. Незрозуміло, чи можна його виробляти безпосередньо шляхом охолодження рідкої води. Не всі аморфні льоди мають такий зв’язок із своїм рідким станом.
Якщо новий лід дійсно має такий зв’язок із рідиною, лід може допомогти вченим краще зрозуміти особливості води. Вода викликає здивування, оскільки вона порушує норми для рідин. Наприклад, у той час як більшість рідин стають щільнішими при охолодженні, вода стає щільнішою, коли вона наближається до 4 °C, але стає менш щільною, коли її охолоджують.
Багато вчених підозрюють, що дивовижність води пов’язана з її поведінкою як переохолодженої рідини. Чиста вода може залишатися рідиною при температурах значно нижче точки замерзання. Вважається, що за таких умов рідка вода існує у двох різних фазах, рідині високої щільності та рідині низької щільності, і ця подвійна природа може пояснити поведінку води за більш типових умов. Але багато чого залишається незрозумілим щодо цієї ідеї.
Зальцманн і його колеги припускають, що новий лід може бути особливою формою води, яка називається склянкою. Окуляри можна виготовити шляхом достатньо швидкого охолодження рідини, щоб молекули не могли перегрупуватися в кристалічну структуру. Скло у віконному склі є прикладом такого матеріалу, виготовленого шляхом охолодження розплавленого кварцевого піску, але інші речовини також можуть утворювати скла.
Якщо новий лід є скляним станом води, вченим потрібно буде визначити, як він вписується в картину подвійної рідини. І це може допомогти вченим зрозуміти, що насправді відбувається в умовах переохолодження, які важко досліджувати.
Але деякі дослідники скептично ставляться до того, що новий матеріал має якийсь зв’язок із дивною фізикою рідкої води. Фізико-хімік Томас Лоертінг з Університету Інсбрука в Австрії вважає, що лід «тісно пов’язаний з дуже маленькими спотвореними кристалами льоду», а не з рідкою формою води.
Тим не менш, більш раннє комп’ютерне моделювання припустило, що вода може утворювати скла з діапазоном густини, близькою до рідкої води, каже фізик-обчислювальний Ніколас Джовамбаттіста з Бруклінського коледжу Міського університету Нью-Йорка. За словами Джовамбаттіста, який не брав участі в новому дослідженні, це моделювання створило структури, подібні до тих, що спостерігаються в комп’ютерному моделюванні льоду з кульової млини.
«Це відкриває двері для нових питань. Це нове, то що це?»