Undersøgelse undersøger en kritisk overgang i vand, der forbliver flydende langt under frysepunktet

Vand kan forblive flydende ved temperaturer langt under 0 grader Celsius. Denne superkølede fase er et aktuelt fokus for videnskabelig forskning. En teoretisk model udviklet ved São Paulo State University (UNESP) i Brasilien viser, at i underkølet vand, der er et kritisk punkt, hvor egenskaber som termisk ekspansion og komprimerbarhed udviser unormal adfærd.

Anført af Mariano de Souza, professor i fysikafdelingen ved UNESP's Institute of Geosciences and Exact Sciences i Rio Claro, undersøgelsen blev støttet af FAPESP. En artikel af Souza og samarbejdspartnere, der beskriver undersøgelsen, er blevet offentliggjort i Videnskabelige rapporter .

"Vores undersøgelse viser, at dette andet kritiske punkt er analogt med væske-gasovergangen i vand ved omkring 374 grader Celsius og ved et tryk på omkring 22 megapascal, "Fortalte Souza.

Væske- og gasfaser sameksisterer i vand ved cirka 374 grader Celsius. Oprindelsen af ​​denne eksotiske adfærd kan observeres, for eksempel, i en trykkoger. På dette tidspunkt, vandets termodynamiske egenskaber begynder at udvise uregelmæssig adfærd. Af denne grund, punktet betragtes som "kritisk".

I tilfælde af underkølet vand, to faser sameksisterer også, men begge er flydende. Den ene er mere tæt og den anden mindre tæt. Hvis systemet fortsat afkøles korrekt under 0 grader Celsius, der kommer et punkt på fasediagrammet, hvor stabiliteten af ​​de to faser nedbrydes, og vandet begynder at krystallisere. Dette er det andet kritiske punkt, bestemt teoretisk af den nylige undersøgelse.

"Undersøgelsen viser, at dette andet kritiske punkt forekommer i området 180 kelvin [ca. -93 grader Celsius]. Over dette punkt, flydende vand kan eksistere. Det kaldes superafkølet vand, "Sagde Souza.

"Den mest interessante del er, at den teoretiske model, vi har udviklet til vand, kan anvendes på alle systemer, hvor to energivægte sameksisterer. F.eks. det gælder et jernbaseret superleder-system, hvor der også er en nematisk fase [med molekyler orienteret i parallelle linjer, men ikke arrangeret i veldefinerede planer]. Denne teoretiske model stammer fra flere eksperimenter med termisk ekspansion ved lave temperaturer udført i vores forskningslaboratorium. "

Denne universelle model blev opnået ved hjælp af en teoretisk forfining af parameteren Grüneisen, opkaldt efter den tyske fysiker Eduard Grüneisen (1877-1949). Kort fortalt, denne parameter beskriver virkningerne af variationer i temperatur og tryk på et krystalgitter.

"Vores analyse af parametrene Grüneisen og pseudo-Grüneisen kan anvendes på en undersøgelse af kritisk adfærd i ethvert system med to energivægter. Det er tilstrækkeligt at foretage passende justeringer af de kritiske parametre i overensstemmelse med interessesystemet, "Sagde Souza.