Научные сотрудники впервые наблюдали процесс, в ходе которого вода трансформируется не в лед, а в стеклоподобное аморфное твердое тело. Это происходит не за счет упорядоченных кристаллов, а благодаря «беспорядочной» молекулярной структуре. Удивительно, что такое превращение наблюдается в довольно широком диапазоне температур. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Communications (NatCom).
Группой ученых, возглавляемой Раффаэле Медзенги из Швейцарской высшей технической школы Цюриха, в сотрудничестве с Австралийской организацией ядерной науки и технологий, была разработана методика, позволяющая предотвратить кристаллизацию воды. Для этого исследователи использовали слои воды, толщиной в нанометры, размещенные между молекулами фитантриола — жирного спирта, который сохраняет свою стабильность даже при низких температурах.
В таком «зажатом» состоянии вода не смогла образовать лед. С помощью рассеяния рентгеновских лучей и нейтронной спектроскопии ученые смогли проследить, как при охлаждении молекулы воды замедляют свое движение. Это происходило в диапазоне температур от минус 63 до минус 20 градусов, а переход в стекло фиксировался между минус 74 и минус 64 градусами.
Аморфный лед — это не экзотическое явление: считается, что именно в таком виде вода может существовать в кометах и в межзвездном пространстве. Однако наблюдать этот переход в лабораторных условиях удавалось крайне редко. Понимание процесса, при котором вода замерзает без образования разрушительных кристаллов, имеет большое практическое значение. Это может оказать влияние на методы криоконсервации биологических тканей и клеток, а также на технологии заморозки продуктов, где кристаллы льда могут испортить структуру.
Неожиданным открытием стало то, что превращение не происходит скачком в одной точке, а растянуто по температурному диапазону. Это меняет представление о поведении переохлажденной воды и может объяснить, почему в природе вода иногда замерзает столь необычным образом. Понимание этих процессов важно также для фармацевтики, где многие препараты и вакцины требуют заморозки без потери своих свойств.
Это интересно:
