Все мы знаем со школьной скамьи, что температура замерзания пресной воды равна 0 ºC, однако на самом деле вода имеет много точек замерзания, зачастую намного ниже нуля. Проблема в том, что до сих пор мы не могли заморозить воду ниже -38 градусов по Цельсию.

Доктор Хади Гасеми из Хьюстонского университета побил этот рекорд и получил невероятные знания о воде, которые могут пригодиться во многих областях, от трансплантации органов до авиации.

Проблема замерзания воды кроется в термодинамике зародышеобразования, или нуклеации. При определенных температурах в точках зародышеобразования вода кристаллизуется, то есть меняет своё агрегатное состояние. Но для научных целей нужна именно холодная вода, а не лёд.

Доктор Гасеми воспользовался знанием о том, что очень чистая вода не имеет центров зародышеобразования и может быть охлаждена до температур существенно ниже 0 ºC без замерзания.

Капли воды, которые Гасеми использовал для установления нового рекорда, были настолько крохотными, что без особого микроскопа их было не увидеть — всего несколько нанометров в диаметре.

Основная проблема, как отмечает учёный, заключалась в том, что крошечные капельки воды либо испарялись, либо слипались на твёрдых поверхностях.

«Мы обнаружили, что, если капля воды контактирует с мягкой поверхностью, температура замерзания может быть значительно ниже, чем на твердых поверхностях», — пояснил Гасеми.

Поэтому учёный поместил капли различных размеров в поры мембраны из оксида алюминия, окруженные маслом.

Без масла стенки мембраны действовали как центры зародышеобразования, и капли замерзали при 0 ºC. Однако масло удержало капли в жидком состоянии. Благодаря этому Гасеми смог получить холодную жидкую воду при температуре -44 ºC, что стало новым абсолютным рекордом.

Условия эксперимента требуют определенных размеров капель воды и наличия масла.

© Хьюстонский университет

На установление рекорда повлияли и размеры капелек воды. Предыдущие исследования показали, что для образования кристаллического льда из жидкой воды требуется не меньше 275 молекул. В каплях диаметром значительно меньше двух нанометров отсутствуют молекулы для образования кристаллов льда, поэтому вода сохранила свою жидкую форму.

Некоторые животные могут впадать в анабиоз, пользуясь этой природной гибкостью замерзания воды, из которой мы все состоим. Это означает, что мы можем мимикрировать под них и, пользуясь технологией Гасеми, замораживать органы для пересадки в условиях нехватки времени.

Кроме того, благодаря этому рекорду мы сможем научиться контролировать образование льда на крыльях самолета. И это лишь малая часть областей, где найдет применение новое открытие.