Gli scienziati scoprono una nuova insolita forma di ghiaccio

Ricercatori giapponesi hanno scoperto una nuova forma di ghiaccio chiamata ghiaccio-0, che può aiutare a formare cristalli di ghiaccio nell’acqua superraffreddata. Il loro studio rivela che la nucleazione del ghiaccio può verificarsi vicino alla superficie delle gocce d’acqua a causa di strutture simili al ghiaccio-0, risolvendo un dibattito di lunga data. Questi risultati hanno importanti implicazioni per vari campi, compresi gli studi sul clima e le scienze alimentari, migliorando la nostra comprensione della formazione del ghiaccio.

Il ghiaccio è più complesso di quanto la maggior parte delle persone creda, con la scienza che identifica più di venti diversi tipi di ghiaccio che si formano sotto diverse combinazioni di pressione e temperatura. Il tipo che utilizziamo per raffreddare le nostre bevande, noto come primo ghiaccio, è una delle poche forme presenti naturalmente sulla Terra. Recentemente, ricercatori giapponesi hanno scoperto un altro tipo: il ghiaccio 0, una forma insolita di ghiaccio che può iniziare a formare cristalli di ghiaccio nell’acqua superraffreddata.

La formazione del ghiaccio vicino alla superficie dell’acqua liquida può iniziare da minuscoli precursori cristallini con una struttura simile a un raro tipo di ghiaccio, noto come ghiaccio 0. In uno studio recentemente pubblicato su Comunicazioni sulla naturaI ricercatori del Dipartimento di ricerca sulla cooperazione sociale “Ice Protection Science” dell’Istituto di scienze industriali dell’Università di Tokyo hanno dimostrato che queste strutture simili al ghiaccio possono far congelare una goccia d’acqua vicino alla sua superficie piuttosto che al suo nucleo. Questa scoperta risolve un mistero di vecchia data e potrebbe aiutare a ridefinire la nostra comprensione di come si forma il ghiaccio.

Processo di formazione del ghiaccio

La cristallizzazione del ghiaccio, nota come nucleazione del ghiaccio, avviene solitamente in modo eterogeneo o, in altre parole, su una superficie solida. Normalmente ciò dovrebbe verificarsi sulla superficie del contenitore dell’acqua, dove il liquido incontra il solido. Tuttavia, questa nuova ricerca mostra che la cristallizzazione del ghiaccio può avvenire anche appena sotto la superficie dell’acqua, dove incontra l’aria. Qui il ghiaccio cristallizza attorno a piccoli precursori che hanno la stessa caratteristica struttura circolare del ghiaccio 0.

“La simulazione ha mostrato che una goccia d’acqua ha maggiori probabilità di cristallizzare vicino alla superficie libera in condizioni isotermiche. Ciò risolve un dibattito di lunga data sul fatto se la cristallizzazione avvenga più facilmente in superficie o all’interno”, afferma Gang Sun, autore principale dello studio. .

I ricercatori dell’Istituto di Scienze Industriali dell’Università di Tokyo hanno scoperto che il ghiaccio inizia a formarsi vicino alla superficie dell’acqua attraverso strutture simili a un raro tipo di ghiaccio scoperto di recente, aiutandoci a comprendere meglio la formazione del ghiaccio. Fonte: Istituto di scienza industriale, Università di Tokyo

Precursori del ghiaccio 0

I predecessori dell’Ice 0 hanno una struttura molto simile all’acqua superraffreddata, consentendo alle molecole d’acqua di cristallizzarsi più facilmente da essa, senza doversi formare direttamente nella struttura del ghiaccio normale. Piccoli precursori del ghiaccio si formano spontaneamente, a seguito degli effetti di pressione negativa causati dalla tensione superficiale dell’acqua. Una volta che la cristallizzazione inizia da questi precursori, le strutture simili al ghiaccio 0 si riorganizzano rapidamente nel più comune ghiaccio I.

L’autore principale Hajime Tanaka ha sottolineato le implicazioni ad ampio raggio di questo studio, sottolineando che “si prevede che “i risultati sul meccanismo della cristallizzazione della superficie dell’acqua forniranno un contributo significativo a vari campi, compresi gli studi sul clima e la scienza alimentare, dove la cristallizzazione dell’acqua svolge un ruolo cruciale”. ruolo.”

Una comprensione più dettagliata del ghiaccio e di come si forma può fornire informazioni preziose in una varietà di aree di studio. Questo lavoro potrebbe essere di particolare interesse in meteorologia, ad esempio, dove la formazione di ghiaccio attraverso precursori 0 simili al ghiaccio può avere un effetto più pronunciato in piccole goccioline d’acqua come quelle che si trovano nelle nuvole. Comprendere il ghiaccio potrebbe avere benefici anche nel campo della tecnologia, dalla scienza alimentare all’aria condizionata.

Riferimento: “Cristallizzazione dell’acqua indotta dalla superficie dovuta a precursori formati in regioni a pressione negativa” di Gang Sun e Hajime Tanaka, 26 luglio 2024, Comunicazioni sulla natura.
doi: 10.1038/s41467-024-50188-1