Подпишитесь на нашу ежедневную рассылку с новыми материалами

Наука


Если что-либо охладить до критической температуры, то оно станет твердым и замерзнет, а его молекулярная структура будет представлять собой твердую структуру. Так утверждает классическая физика, но, как показывают последние исследования, иногда бывают случаи, когда желеобразные формы вещества более стабильным, чем твердые.

В последнем номере научного журнала Nature Physics группа исследователей описывает эксперимент, в котором была создана модель состояния жидкого вещества, которое по своей сути не является жидким.

Пока данный эксперимент был реализован в теории, точнее на компьютере, но ученые говорят, что с реальным молекулами он также будет воспроизведен. Кроме того, подобные эксперименты предоставляют важные научные сведения о том, как формируются кристаллические формы вещества в природа.

Одновременно с этим опыт подсказывает физикам, как не допустить кристаллизации вещества, оставив его для разных нужд в аморфной форме.

Чтобы получить вещество в этой странной псевдожидкой форме, исследователи начали с коллоидной формы вещества, то есть формы, в которой жидкая часть перемешана с твердыми частицами.

Классический пример коллоида - молоко, где сама жидкость бесцветна, но мельчайшие твердые протеины там обладают белым цветом. Заморозив молоко, можно получить более прозрачную жидкость с отделенными от нее и замерзшими твердыми частицами.

"Коллоиды имеют частицы достаточно малые, чтобы температурная энергия для них имела роль", - говорит Френк Смалленбург, физик из Университета Ла-Сапьенза в Риме.

По его словам, если молекулы коллоида связываются друг с другом в нужном порядке, то кристаллизации вещества не происходит. Вместо этого вещество обретает стабильную форму, но остается по своей сути жидким.

Исследователи говорят, что полученные коллоиды имеют гибкую молекулярную связь, поэтому молекулы находятся почти в состоянии идеального баланса между энергией и энтропией. С охлаждением молекулы становятся более статичными, с подогревом их энтропия возрастает.

Смалленбург утверждает, что от кристаллизации коллоиды отделяет буквально один шаг, поэтому на практике работа с ними будет очень сложна. Кроме того, коллоиды имеют очень тонкую температурную градацию, то есть чуть более сильное охлаждение их тут же кристаллизует, а подогрев делает жидкими.

Он объясняет, что пока "жидко-твердого" вещества не существует в природе, оно есть лишь в компьютерной модели. Но ученые работают над практической реализацией. Кроме того, у ученых есть уравнения, описывающие, как "жидко-твердые" коллоиды ведут себя при повышении температуры или при ее снижении. Если такие вещества будут созданы, то это будет что-то вроде полимеров или кремния с водой.
Нужные услуги в нужный момент