Author(s): Giovanna Cicognani
Перекладено Юрієм Дзюбаном. Дослідники з Інституту Лауе-Ланжевена (Institut Laue-Langevin (ILL)) та Університету Жозефа Фур‘є, що у Греноблі, Франція, відкрили камінь, що,…
Багато в кого перше знайомство з фізикою відбувається при спостереженні за таємничими трансформаціями, що відбуваються з водою: тверда у морозильнику вона перетворюється на рідину за кімнатної температури і зникає у вигляді пари в печі. Далі з‘ясовується, що температури, за яких киплять та стають твердими різні речовини, різняться у порядки, але все ж практично будь-яку субстанцію можна отримати у кожній із зазначених форм – має значення лише температура. Але як бути з речовиною, що тане, будучи охолодженою, та твердіє при нагріванні?
Марі Плазанет (MariePlazanet), фахівець з обладнання ІЛЛ, разом з колегами виявили специфічний водний розчин, який формує молочно-білу тверду масу при нагріванні до 60°С і знову стає гомогенною прозорою рідиною, коли охолоджується. Таємничий розчин є сумішшю води, цукру під назвою альфа-циклодекстрин та метилпіридину, складової пластику.
“Щоб отримати хоча б приблизне уявлення про те, наскільки дивним це виглядає, – каже Джованна Ціконані, що є науковим координатором у ІЛЛ, – уявіть собі склянку Кока-Коли зі шматочками льоду. Кожен знає, що має відбутись із часом – лід розтане і Кока-Кола стане дещо холоднішою. Але якщо уявити склянку із нашим розчином, то при нагріванні до 60°С він повністю затвердіє”.
Перелік необхідного
обладнання:
нейтронорозсіююча
установка
Науковці дослідили речовину за допомогою нейтронів, згенерованих атомним реактором, який обслуговує дослідників ІЛЛ. Нейтрони утворюються у реакторі внаслідок ланцюгової реакції, після чого контрольовано концентруються у неймовірно тонкий промінь і фокусуються на досліджуваних кристалах чи інших матеріалах. Нейтрони променя зіштовхуються з нейтронами зразка, утворюючи дифракційну картину (дифрактограму). Розшифрувавши останню, можна отримати високоточну “картинку” структури речовини, що вивчається, – її своєрідну “поатомну карту”.
“Ми використали нейтрони, щоб вивчити внутрішню структуру нашої суміші, і продемонстрували, що у твердому агрегатному стані відбувається формування жорстко впорядкованої структури, навіть хоча інша частина суміші водночас залишається рідкою”, – пояснює Ральф Счвейнс (RalphSchweins), науковець з ІЛЛ і член дослідницької групи.
Науковці із Гренобля переконані у тому, що в основі описаних змін консистенції лежать процеси утворення та руйнування водневих зв‘язків. При температурі за 60°С відбувається утворення водневих зв‘язків – або між молекулами циклодекстрину та метилпіридину, або між циклодекстрином та молекулами води, і це підтримує речовину у твердому стані. При зниженні температури водневі зв‘язки руйнуються і утворюються нові, але тепер лише між циклодекстриновими молекулами. Як наслідок, тверда маса знову набуває властивостей рідини. Ці міркування підтверджуються результатами комп‘ютерного моделювання поведінки молекул у розчині.
Тож, насправді, дана речовина в дійсності не зазіхає на істинність законів фізики. Але вона дозволяє отримати нові цікаві відомості про природу водневих зв‘язків, що, нагадаємо, відіграють вельми важливу роль у нашому житті – і не лише коли надворі холодно і ми чекаємо на сніг!
Resources
- Відкриття більш детально описане у: Плазанет М та ін. (2004) Замерзання при нагріванні рідких розчинів. Фізико-хімічний журнал 121: 5031-5034, doi: 10.1063/1.1794652
- Завдяки міжнародному фінансуванню та компетентності працівників, Інститут Лауе-Ланжевена (ІЛЛ) пропонує науковцям та промисловості передові можливості нейтронних технологій та досліджень. Із Гренобля, що у південно-східній Франції, інститут керує роботою найбільш потужного джерела нейтронів на планеті. Для отримання інформації про ІЛЛ, його дослідження та події, відвідайте: www.ill.fr
- Інформацію про Університет Жака Фур‘є у Греноблі можна знайти на: www.ujf-grenoble.fr
Institutions
Review
Стаття, здавалось би, ставить під сумнів закони фізики. Читачеві не без гумору пояснюється, що підвищення температури не є однозначним аргументом на користь перетворення рідину на пару. Навпаки, деякі речовини, як з‘ясовується, плавляться при охолодженні.. Дана стаття є хорошим прикладом того, як стара тема (водневі зв‘язки) розкривається у світлі нових відкриттів.
Моніка Масілек-Хофер (Monika Musilek-Hofer), Австрія
License
