Открыт новый механизм затвердевания жидкостей?
Корейские физики экспериментально доказали, что тонкая пленка воды может замерзнуть под действием электрического поля даже при комнатной температуре. Интрига состоит в том, что электрические поля, необходимые для этого, оказались в тысячу раз слабее того, что ожидали теоретики, и повсеместно встречаются в природе.
Вода превращается в лед не только при изменении температуры и давления. Молекулярная физика утверждает, что замерзание должно происходить и под действием достаточно сильного внешнего электрического поля. Это и неудивительно: ведь электрическое поле упорядочивает ориентацию и расположение молекул воды, «отбирая» у них ту свободу хаотического движения, которой они обладают в жидком воде. Правда, теоретические вычисления показывают, что необходимые для этого электрические поля столь велики (более миллиарда вольт на метр!), что не встречаются ни в природных явлениях (по крайней мере на Земле), ни в каких-либо технических устройствах.
Недавние эксперименты вдребезги разбивают эти выводы теоретиков. В опубликованной на днях статье корейских физиков E.-M. Choi et al., Physical Review Letters, 95, 085701 (19 August 2005) сообщается о замораживании тонкой пленки воды при комнатной температуре в электрическом поле, существенно — не менее чем в тысячу раз — более слабом, чем ожидали теоретики.
В опытах корейцев сверхтонкая (толщиной в несколько молекулярных слоев) пленка воды находилась в зазоре между иглой сканирующего туннельного микроскопа и подложкой. Сканирующий туннельный микроскоп создавал электрическое поле в зазоре, позволял плавно изменять его толщину и одновременно помогал определять, когда вода затвердевала. Исследователи обнаружили, что пленка воды превращалась в лед, когда ее толщина становилась менее 0,7 нм, а разность потенциалов составляла всего 2-4 мВ. В более слабых полях или при большей толщине пленки вода не замерзала. Авторы отмечают, что даже для такой тонкой пленки речь идет именно о слое воды, а не об отдельных молекулах, адсорбированных на золотую подложку, поскольку адсорбция воды на золото появляется только при очень низких температурах.
Стоит отметить, что такие разности потенциала (милливольты на расстоянии в несколько молекулярных слоев) встречаются в природе повсюду, начиная от грозовых облаков и заканчивая белковыми молекулами. Да и в нашей нервной системе циркулируют электрические сигналы порядка 50-100 мВ и передаются они от нейрона к нейрону контактным способом. Таким образом, новый эффект может иметь ко всем этим ситуациям самое прямое отношение.
Поскольку при таких слабых полях описанный теоретиками эффект «выстраивания» молекул воды не играет роли, корейские исследователи заявляют ни много ни мало об открытии нового механизма затвердевания жидкостей. Теоретикам же остается в качестве домашнего задания объяснить полученные результаты.
Игорь Иванов
