Szobahőmérsékleten fagyott meg a víz egy kísérlet során

Rendkívüli körülmények között rendkívüli módon viselkedik a víz: képes szobahőmérsékleten is jéggé fagyni. Holland kutatók a Physical Review Letters hasábjain közölték, hogy pásztázó szondás mikroszkópjuk volfrám tűhegye és a grafitfelület között a víz jéggé fagyott.

K. B. Jinesh és J. W. M. Frenken a hollandiai Leidenben, a Kamerlingh Onnes Laboratóriumban végezték a kísérleteket. Egy különleges, nagyfelbontású súrlódóerő-pásztázó mikroszkóppal dolgoztak, ennek éles volfrám tűhegye mozgott a grafitfelület fölött.

A tűhegy és a felület között a víz kristályos jéggé alakult át szobahőmérsékleten. Csak a tűhegy és a grafit közti vízmolekulákból lett szilárd jég, a felület többi részén folyadék állapotban maradtak a molekulák.

A keletkezett jég a legszabályosabb, megszokott hatszöges rácsszerkezetet vette fel. A tű lassú mozgatásánál, viszonylag alacsony páratartalom mellett a tű nem folyamatosan mozgott, hanem elakadt, majd idővel tovább csúszott, majd újra elakadt. Két megállás között átlagosan 0,38 nanométer volt a távolság. A tűhegy mozgása feltörte a jeget, majd az újra visszafagyott. Ez a jelenség jelentősen megnöveli a súrlódást.

Ismert jelenség, hogy két egymáshoz közeli felület közé beszorított folyadék molekulái nagyon rendezetté válnak, szilárd anyaghoz hasonló szerkezetet vesznek fel. Ez csak nagyon kis távolság esetén valósul meg, akkor, ha a távolság kisebb 10 molekula átmérőnél, ez nagyjából 1 nanométer.

A víz esetében azonban nem ilyen egyszerű a helyzet. A víz az egyetlen folyadék, amely megfagyva kitágul, ami nehezen valósulhat meg a nagyon szűk térben. A fizikusok ezért vitatták, hogy megvalósulhat-e a víz megszilárdulása avagy sem, és mindkét tábornak voltak érvei.

A most közölt eredmények az első kísérleti bizonyítékot jelentik, eddig csak modellszámítások voltak. Jinesh szerint kísérletük kétségtelenül bizonyítja, hogy az összenyomott víz szobahőmérsékleten kristályosodik.

A mikro- és nano-elektromechanikai eszközök mozgó alkatrészei között jelentős súrlódás lép fel. A mostani kísérletből kiderült, hogy ezt a súrlódást nem lehet a víz kenőanyagként való használatával enyhíteni, az átmenetileg jéggé fagyó víz csak növeli a súrlódást. Ragasztónak, rögzítőanyagnak viszont jó lehet.