Юный техник, 2000 № 03 - [10]
Этот дворец в Саппоро (Япония) возведен из чистого льда. Подобные здания удается построить лишь потому, что поверхности ледяных глыб прочно склеиваются друг с другом под тяжестью собственного веса.
Эрасто Мпемба и не помышлял о славе. Просто стояли жаркие дни, и ему захотелось чего-нибудь холодненького, например, фруктового льда. Он взял упаковку сока и положил ее в морозильник. Так лакомился он не раз и не два. И вот что заметил: если сок предварительно подержать на солнцепеке, то замерзает он куда быстрее, чем обычный.
Удивленный юноша поделился своим наблюдением с учителем. Тот не смог объяснить загадочного явления и сообщил о курьезе в печати. Так «эффект Мпембы» стал известен ученым. Но чтобы разгадать его, понадобилось около тридцати лет! Лишь в 1996 году физик Дэвид Ауэрбах нашел объяснение.
Ауэрбах провел серию экспериментов, только не с соком, а с водой. Целый год он то подогревал воду в стакане, то охлаждал ее. И в конце концов выяснилось: при нагревании пузырьки воздуха, растворенные в воде, улетучиваются и, лишенная газов, она легче намерзает на стенки сосуда.
«Конечно, вода с высоким содержанием воздуха тоже замерзнет, — говорит Ауэрбах, — но не при нуле градусов Цельсия, а лишь при минус четырех-шести градусах. Понятное дело, ждать придется дольше».
Итак, горячая вода замерзает раньше холодной. Помните об этом, заливая каток.
Мы можем бегать на коньках, поскольку молекулы ка поверхности льда слабо связаны друг с другом.
В самом деле, почему? Ведь на других твердых веществах, таких, как дерево или бетон, подобный эффект не наблюдается.
Еще несколько лет назад ученые ответствовали на этот вопрос весьма бесхитростно: мол, под узким полозом конька возникает высокое давление, в результате чего лед плавится. А потом конькобежец катится даже не по льду, а по скользкой, залитой водой колее.
В это верили целые поколения ученых и школьников. Однако объяснение было ошибочным.
Выявилось это три года назад, когда американские ученые сканировали поверхность льда с помощью электронного луча. Поверхность ледовой дорожки была и впрямь залита водой, но, удивительное дело, вода появлялась даже при минимальном давлении!
Оказалось, что молекулы, лежащие в самом верхнем слое льда, слабо связаны друг с другом и почти беспрепятственно переходят из одного фазового состояния в другое. Лишь при температуре порядка —60 °C поверхность льда становится столь вязкой, что скользить по ней на коньках будет невозможно. Все это документально подтвердил американский химик Габор Саморджаи из Берклийской лаборатории имени Лоуренса (Калифорния).
Итак, дело не в высоком давлении, а в поверхностных свойствах самого льда. Впрочем, каждому из нас — на бытовом уровне — это было давно известно. Ведь выйдя на лед в обычных ботинках, каждый замечал, что они разъезжаются.
Еще одно удивительное свойство льда откроется нам, если мы прижмем две льдышки друг к другу: скользкие поверхности, сложенные вместе, на наших глазах склеятся! Отчего?
Как мы уже выяснили, поверхность любого куска льда представляет собой слой слабо связанных между собой молекул. Когда мы прижимаем куски льда, ничто не мешает этим молекулам крепко сцепиться, соединив льдышки надежнее, чем клей «Момент».
Это свойство льда и снега мы используем, когда лепим снежки. А эскимосы, к примеру, строят целые снежные дома — иглу. Если бы снег был «сухим», то крыши подобных жилищ обвалились бы на их головы.
Итак, мы установили, что поверхность льда покрыта тонким слоем влаги. Это свойство не только помогает нам насладиться зимними играми, оно, ко всему прочему, еще и способно разогреть нашу планету. Свидетельство чему — озоновая дыра, разверзшаяся над Южным полушарием.
Важную роль в ее появлении играют ледяные облака, плывущие в 35 километрах над землей. Антарктической зимой кристаллики льда улавливают соединения хлора и накапливают их до весны. «А когда Солнце начинает светить все ярче, частички льда ведут себя подобно катализатору», — поясняет физик Алексей Глебов, сотрудник Института исследования течений при Обществе им. Макса Планка (Геттинген, Германия).
По вине этих льдинок распадаются хлористые соединения, и в атмосферу устремляются многочисленные атомы хлора — агрессивные частицы, разрушающие молекулы озона. Если бы поверхность кристалликов льда была твердой, этого не случилось бы: соединения хлора попросту отскакивали бы, словно мячи от стенки.
Так лучи света отражаются от поверхности льда.
Нормальный лед плавает в воде, ведь в его кристаллах молекулы расположены вовсе не так плотно, как в самой воде.
Когда мы говорим в обиходе «лед», нам следовало бы уточнить, что мы имеем в виду «лед lh». Ведь при более низких температурах и более высоких давлениях мы будем иметь дело с другими типами льда. Сколько всего их, не знает никто. Пока насчитали около двух десятков, в том числе «аморфный лед», который, как полагают, существует в космосе.
Некоторые формы льда (VI и VII) образуются даже при плюсовых температурах. Но происходит такое лишь при сверхвысоких давлениях.
