Felfedezték a víz negyedik halmazállapotát - Forró és vezeti az áramot
Itt állíthatja be, hogy a Google keresőben elsők között legyen a Köpönyeg.huAzt hitted, a vizet már nagyjából ismered: jégkocka a fagyasztóban, csapvíz a pohárban, gőz a forró tea fölött és ennyi - hát nem! A laboratóriumok mélyén és a távoli bolygók belsejében létezik a víz negyedik halmazállapota, amely alapjaiban írja át a fizikai ismereteinket. Ez a különleges forma nemcsak a kutatókat hozza lázba, hanem választ adhat az univerzum néhány rejtélyes jelenségére is.
Úgy tűnik, ideje elvonatkoztatnunk attól, amit a vízről az iskolában tanultunk. Amikor extrém nyomás és hőmérséklet találkozik, megjelenik a víz negyedik halmazállapota, ami se nem folyékony, se nem a megszokott szilárd jég, sokkal inkább egy különleges, fémesen viselkedő anyag.
Amit a víz negyedik halmazállapota kapcsán tudni érdemes
- A víz extrém körülmények között képes egyszerre szilárd és folyékony tulajdonságokat mutatni.
- A szuperionos jégnek nevezett állapotban a hidrogénatomok szabadon áramlanak az oxigénrácsban.
- Ezek a különleges folyamatok zajlanak a jégóriások, például a Neptunusz és az Uránusz belsejében.
- A felfedezés segíthet az új típusú akkumulátorok és energiatárolók fejlesztésében is.
Tényleg csak három van? Hány halmazállapota van a víznek valójában?
A válasz egyszerűnek tűnik, de valójában egyre bonyolultabb. Ha a hétköznapi környezetünket nézzük, akkor megállunk a háromnál, de a fizikusok már legalább 18-20 különböző jégfázist különítenek el. A víz negyedik halmazállapota kifejezést leggyakrabban a szuperionos jégre használják, ami egyfajta átmenet a kristályos szerkezet és a plazmaszerű állapot között.
Ez az anyag nem olyasmi, amit a mélyhűtőben találsz. Ahhoz, hogy létrejöjjön, a földi légköri nyomás többszázezerszeresére és több ezer fokos hőségre van szükség. A folyamatot a Nature szaklapban publikált kutatások dokumentálták részletesen, ahol lézeres lökéshullámokkal kényszerítették a vizet erre a különös formára. Itt az oxigénatomok egy stabil kockarácsba rendeződnek, miközben a hidrogénionok (protonok) úgy cikáznak köztük, mint a folyadékmolekulák. Emiatt ez a jégfajta vezeti az áramot, ami teljesen szokatlan egy "hagyományos" jégkockától.
Forró jég a világűr mélyén: a szuperionos jég titka
Amikor a víz új halmazállapota kerül szóba, sokan hajlamosak valami sci-fi dologra gondolni. Pedig a szuperionos jég valószínűleg a leggyakoribb vízforma a Naprendszerben, csak éppen nem nálunk, hanem az óriásbolygók mélyén található. A Neptunusz és az Uránusz furcsa, eltolt mágneses mezejét is ezzel magyarázzák: a belsejükben lévő "fémes" víz áramlása generálja azokat a mágneses vonalakat, amikkel a csillagászok évtizedek óta küzdenek.
A víz ebben a halmazállapotban fekete színű, forró, és sűrűbb, mint a sima víz. Érdekes belegondolni, hogy miközben mi az időjárás-előrejelzést böngésszük és örülünk a tavaszi napsütésnek, a körülöttünk lévő bolygókon mázsás nyomás alatt "ég" a jég.
Különleges jégfajták és amorf állapotok: hány halmazállapota van a víznek még?
Ha azt hinnéd, a szuperionos forma az egyetlen furcsaság, tévedsz. A víz fázisai között létezik az úgynevezett amorf jég is. Ez akkor jön létre, ha a vizet olyan gyorsan hűtik le, hogy a molekuláknak esélyük sincs szép, hatszögletű kristályokba rendeződni, ahogy azt például a hópelyheknél látjuk. Ehelyett "megfagynak" abban a rendezetlen káoszban, ahogy folyadékként voltak. Ez a forma leginkább az üvegre hasonlít.
A különleges jégfajták kutatása persze nem csak elméleti öncélúság. A technológiai fejlődés során ezeket az ismereteket használják fel például a gyógyszergyártásban vagy a jövő energetikai rendszereiben. A víz ugyanis anomáliák sorozatából áll: tágul, amikor megfagy, és rengeteg módon tud kristályosodni.
Miért nem tanulunk erről az iskolában?
A válasz prózai: mert ezek az állapotok a Föld felszínén természetes módon soha nem fordulnak elő. Az iskolai tananyag a biztonságos, mindennapi tapasztalatokra épít. Azonban ahogy fejlődik a tudomány, egyre inkább látjuk, hogy a víz nem csupán egy élettelen közeg.
Legközelebb, amikor egy jégkockát dobsz az italodba, jusson eszedbe: elég lenne csak egy "kis" extra nyomás, és máris egy elektromos vezető, forró és fekete anyagot tartanál a kezedben. De addig is maradjunk a biztonságos, hűsítő változatnál.
Nyitókép: Emvat Mosakovskis / Shutterstock
