Shkencëtarët thyejnë rekordin e temperaturës në mbajtjen e ujit ‘të ftohtë të ngrirë’ në formë të lëngshme
Shkencëtarët sapo kanë vërtetuar se temperatura e ngrirjes së ujit mund të jetë edhe më e ulët se ajo që mendonim se ishte e mundur.
Duke marrë pika të vogla uji, deri në vetëm 150 nanometra në madhësi, një ekip inxhinierësh në Universitetin e Hjustonit e ka shtyrë pragun kritik të temperaturës në -44 gradë Celsius (-47.2 gradë Fahrenheit) – dhe, më e rëndësishmja, e ka matur atë me saktësi.
Jo thjesht një gjë argëtuese për t’u mburrur në festa inxhinierike, kjo arritje tani mund të na ndihmojë të kuptojmë më mirë se si ngrin uji, gjë që ka implikime për një sërë fushash shkencore, nga meteorologjia te krioprojtja.
“Studimi eksperimental i temperaturës së ngrirjes së pikave të ujit prej pak nanometërsh ka qenë një sfidë e pazgjidhur,” thotë inxhinieri mekanik Hadi Ghasemi nga Universiteti i Hjustonit, Teksas.
“Këtu, përmes metrologjive të zhvilluara rishtazi, ne kemi qenë në gjendje të hetojmë ngrirjen e pikave të ujit nga shkalla mikron deri në shkallën 2 nm.”
Shumica prej nesh nuk mendojnë shumë për ujin, sepse ai është kaq i kudondodhur dhe thelbësor për vetë ekzistencën tonë. Por H2O e zakonshme është në fakt shumë e çuditshme; nuk sillet si asnjë lëng tjetër. Edhe mënyra se si ngrin është e çuditshme: aty ku lëngjet e tjera rriten në densitet ndërsa ftohen, uji në fakt bëhet më pak i dendur ndërsa ngrin.
Sjellja e ujit është karakterizuar dhe studiuar mjaft mirë. Ne e dimë, për shembull, se ajo tenton të bërthamojë, ose të formojë kristale akulli, në një sërë temperaturash, ndonjëherë duke i rezistuar procesit deri në -38 gradë Celsius. Çdo molekulë më e ftohtë dhe madje edhe më kokëfortë e ujit do të ngjitet së bashku si akulli.
Ghasemi dhe kolegët e ulën atë temperaturë duke vendosur nanodropa uji në një sipërfaqe të butë, si një xhel ose një lipid. Më pas, ata hetuan pikat duke përdorur metrologjinë e rezistencës elektrike dhe spektroskopinë infra të kuqe të transformimit Fourier për të matur temperaturën e tyre ndërsa ngriheshin.
Ndërfaqja e butë midis sipërfaqes dhe pikës së vogël dukej se luante një rol në shtypjen e bërthamës së akullit, ndoshta për shkak të mënyrës se si ndërfaqja gjeneron një presion të madh mbi pikëzimin.
Kjo është për shkak se temperatura e ngrirjes së ujit bie ndërsa presioni i ambientit rritet. Efekti më i theksuar u pa në një pikë uji vetëm 2 nanometra.
“Ne kemi zbuluar se nëse një pikë uji është në kontakt me një ndërfaqe të butë, temperatura e ngrirjes mund të jetë dukshëm më e ulët se sipërfaqet e forta,” shpjegon Ghasemi.
“Gjithashtu, një pikë uji prej disa nanometrash mund të shmangë ngrirjen deri në -44 gradë Celsius nëse është në kontakt me një ndërfaqe të butë.”
Mënyra se si ngrijnë pikat e vogla të ujit është thelbësore për kriopruajtjen, pasi ngrirja e pikave të vogla brenda qelizave mund të shkaktojë që ato qeliza të këputen dhe të vdesin. Mësimi se si ta ngadalësoni ose ndaloni atë proces mund t’i ndihmojë shkencëtarët të gjejnë mënyra për të zbutur atë efekt.
Mund të na ndihmojë gjithashtu të kuptojmë më mirë se si ndodh bërthamimi në atmosferë, ku pikat mikroskopike të ujit ngrijnë. Dhe mund të na ndihmojë gjithashtu për të dizajnuar më mirë teknologjinë që vuan nga ekspozimi i akullit, si avionët dhe turbinat me erë, thanë studiuesit.
“Gjetjet janë në përputhje të mirë me parashikimet e teorisë klasike të bërthamës. Ky kuptim kontribuon në një njohuri më të madhe të fenomeneve natyrore dhe dizajnit racional të sistemeve kundër akullit për aviacionin, energjinë e erës dhe infrastrukturën dhe madje edhe sistemet e kriopruajtjes,” shkruajnë ata në tyre. letër.
“Gjetjet ofrojnë një kuptim të fenomeneve të ndryshme natyrore dhe ofrojnë një rrugë për hartimin e biomimetikëve superiore kundër akullit ose sipërfaqeve të lëmuara të injektuara me lëng.”