Nem csak a minták miatt különlegesek a vízkristályok: a víz 131000, különféle módon tud megfagyni

A sokoldalúságán kívül a víz más elképesztő tulajdonságokkal is rendelkezik és ezeknek a hétköznapokban is hasznát vehetjük.  Mondjuk jég formájában.

A nanomásodperces fagyási rekord 

 A 2024-es szimulációk valami olyasmit mutattak ki, amitől még a sokat látott fizikusok is hátast dobtak. A legelképesztőbb az úgynevezett folyadék-folyadék átmenet, amely során a vízmolekulák felfoghatatlan sebességgel, nanomásodpercek alatt rendeződnek jéggé. Valeria Molinero, a Utahi Egyetem fizikai kémikusa szerint a vízmolekulák egyfajta belső gátba ütköznek, mint a szikla szélén megtorpanó ugró. Kell egy külső segítség – egy apró porszem vagy egy speciális baktérium –, ami megadja a kezdő lökést, hogy a víz végül rendezett jégszerkezetté álljon össze. 

Szuperbaktériumok a sípályákon 

Gondoltad volna, hogy a sípályák hóágyúi mögött egy bio-hack áll? A tudósok felfedezték, hogy bizonyos baktériumok (például a Pseudomonas syringae) és gombák olyan speciális fehérjéket termelnek, amelyek vázként szolgálnak a jégkristályok felépítéséhez.  Amíg a patyolattiszta víz laboratóriumi körülmények között -46 Celsius fokig is képes folyékony maradni (azt hívják túlhűtött víznek), ha baktériumokat és port adunk hozzá, már mínusz 2 fokon gyorsan képes jégkristályok képzésére.  

A jégnek 21 bizonyítottan létező változata van 

A tudomány jelenleg 21 kristályos jégmódosulatot ismer (a legutóbbit, az Ice XX-et és XXI-et nemrég azonosították). Ezeket római számokkal jelöljük, és mindegyik más-más molekuláris elrendezést takar. Képzeld el a vizet úgy, mint egy Lego-készletet. Ha csak simán lerakod a földre, lesz belőle egy kupac (folyadék). De ha elkezded préselni, hűteni vagy pörgetni, a kockák 21-féle különböző, stabil várat képesek építeni. A tudomány jelenleg ott tart, hogy talán van még több is, amit csak a távoli exobolygók mélyén fogunk felfedezni. 

Jég I: a hétköznapi jég  

Ennek két alfaja van:  

• Jég Ih (Hexagonális): ez az, amit ismersz. Ettől hatágú a hópehely. Alacsony nyomáson és 0 °C között jön létre. 
• Jég Ic (kubikus): a magaslégköri környezetben fordul elő, kocka alakú rácsot alkot. 

 A nagy nyomású nehézsúlyúak (Jég II – Jég XV) 

Ahogy elkezdjük préselni a vizet (több ezer vagy millió atmoszféra nyomással), a molekulák kénytelenek közelebb kerülni egymáshoz. Ekkor jönnek létre az alábbi egzotikus jégszerkezetek: 

• Jég VII: ez a jégtípus képes megmaradni szobahőmérsékleten is, ha a nyomás elég nagy (kb. 30 000-szerese a tengerszintinek). Gyémántok belsejében találtak már belőle. 
• Jég X: olyan brutális nyomás kell a létrejöttéhez, hogy a hidrogénatomok középre kerülnek az oxigénatomok között. Ez az úgynevezett „szimmetrikus jég”. 

A legújabb sztárok: jég XVIII, XIX, XX és XXI 

• Jég XVIII (szuperionos jég): ez egy fekete színű, forró jég. Teljesen úgy viselkedik, mintha fém lenne. Különleges szerkezete miatt az oxigénatomok kötött rácsban állnak benne, amiben a hidrogénatomok (protonok) szabadon áramlanak. Ez adhatja az Uránusz és a Neptunusz mágneses mezejét. 
• Jég XIX-XXI: ezeket extrém alacsony hőmérsékleten és speciális nyomásviszonyok között hozták létre az utóbbi években, feszegetve a hidrogénkötések határait. 

A jég 131000 arca: miért nem mindegy, hogyan fagy meg a víz? 

 A kutatók már több mint 131000 különféle elméleti jégszerkezetet azonosítottak és ez a mindennapjainkat is meghatározza. 

• Időjárás-befolyásolás: a felhőkben lévő porszemcsék és baktériumok döntik el, hogy eső vagy hó esik-e ránk. Épp ezért egyes országokban apró organizmusok és por keverékével idézik elő az ideális állagú csapadékot és szórják a felhők fölé. Így próbálnak tenni az aszály ellen vagy megelőzni a jégesőt. 
• A tökéletes fagylalt titka: ha tudjuk, hogyan fagy meg a víz, megakadályozhatjuk a nagy, szúrós jégkristályok kialakulását, így sokkal krémesebb fagylaltot és shake-eket készíthetünk. 
• Kozmetikai innováció: a hidratáló krémek hatékonyságát is javíthatjuk, ha tudjuk, miként viselkednek a vízmolekulák a bőrünk felszínén lévő nanorésekben. 

A természet jégbe zárt, rejtett geometriája 

 A víz ugyan színtelen és szagtalan, de egyáltalán nem unalmas anyag. Egy olyan intelligens építész, ami már folyékony állapotában ott hordozza a leendő jégkristályok tervrajzait. A fagyási módok ismerete lehetővé teszi a tudósoknak, hogy a jövőben olyan felületeket tervezzenek, amelyek sosem jegesednek le (például repülőgépszárnyak), vagy éppen segítenek vizet fakasztani a sivatagban. 

Nyitókép: Stone36 / Shutterstock