Jak stworzyć ciepły lód

Czy woda może zamarznąć w temperaturze pokojowej? Osoby obeznane z fizyką powiedzą, że tak: przy odpowiednim ciśnieniu. A przy ciśnieniu atmosferycznym? Dotychczas dopuszczano taką możliwość jedynie teoretycznie, ale teraz teoria może zmienić się w praktykę.

Kurt Vonnegut w powieści „Kocia kołyska" opisał wynalazek zwany „lodem-9" - wodę zamarzniętą w temperaturze pokojowej dzięki specyficznemu układowi cząsteczek. Drobina lodu-9 powodowała natychmiastowe zamarzanie ciekłej wody, z którą miała kontakt. Ale to oczywiście jedynie fantastyka naukowa.

Od dawna nauka przewidywała, że kryształki pewnych substancji, mające strukturę zbliżoną do kryształków lodu, mogą wyzwalać proces zamarzania wody w temperaturze wyższej niż 0º Celsjusza. Nie znaleziono takich substancji, ale to nie znaczy, że takie katalizatory nie mogą istnieć. Właśnie znaleziono minerał, który powoduje zamarzanie wody w dodatnich temperaturach, mimo że działa odrobinę inaczej, niż zakładano.

Dokładniej mówiąc, minerał znany jest od dawna i powszechnie spotykany, to fluorek baru (BaF₂, sól kwasu fluorowodorowego i baru). Nowe są dla nas jego właściwości, odkryte przez doktora Alberta Verdaguera z hiszpańskiego Centrum Badań Nanotechnologicznych (Centre d'Investigació en Nanocičncia i Nanotecnologia).

Zespół dra Verdaguera badał pod mikroskopem właściwości fluorku baru do adsorpcji wody, ponieważ posiada on właśnie taką heksagonalną strukturę, jakiej poszukiwano. Niestety, mimo obiecującego ułożenia ścianek kryształu okazał się on słabym wyzwalaczem zamarzania wody. Przypadkiem jednak okazało się, że jego zdolności katalityczne w tym względzie ulegają drastycznemu powiększeniu, kiedy struktura kryształków zawiera defekty.

Szczegółowe badania z wykorzystanie mikroskopu optycznego oraz mikroskopu sił atomowych pozwoliły poznać zachowanie atomów substancji w takich szczególnych warunkach. W normalnych warunkach (pokojowej temperaturze, ciśnieniu atmosferycznym) fluorek baru kondensuje wodę dzięki dwuwymiarowym, lodopodobnym strukturom na powierzchni „zdefektowanych" kryształków.

Badania te pozwalają na lepsze zrozumienie powstawania i zachowania się błon wody na powierzchni materiałów, ich znaczenie dla stabilności różnych stanów i faz skupienia wody. Będą miały także jak najbardziej praktyczne zastosowania. Albert Verdaguer już zapowiedział rychłe powstanie materiałów pozwalających kontrolować proces kondensacji i zamarzania wody, zapewne nie będzie to sam fluorek baru, ponieważ minerał ten jest toksyczny.

Substancje o takich właściwościach pozwolą na skuteczne wywoływanie opadów deszczu lub śniegu. Można się też spodziewać zastosowania ich w zimowych sportach i rekreacji - do utrzymywania warstwy lodu lub śniegu przy dodatnich temperaturach. Możliwość stworzenia prawdziwego śniegu na trasie lub skoczni narciarskiej pozwoli na organizowanie zawodów mimo niesprzyjającej pogody. Inne możliwe wykorzystanie to „inteligentne" powierzchnie, reagujące według naszej woli na kontakt z wodą lub lodem, systemy ogrzewania lub chłodzenia, itp.

Wiedza teoretyczna pozwoli też lepiej zrozumieć wpływ różnego rodzaju zanieczyszczeń na pogodę i klimat. W atmosferze znajduje się wiele emitowanych przez człowieka związków chemicznych, pyłów, które również wpływają na procesy kondensacji i zamarzania wody.

Lód-9 z powieści Kurta Vonneguta okazał się zgubą dla ludzkości - upuszczony niechcący fragment spowodował zamarznięcie oceanów i całej wody na naszej planecie. Miejmy nadzieję, że żadna z wynalezionych przez Alberta Verdaguera substancji nie będzie tak niebezpieczna.

lód zamarzanie w temperaturze pokojowej kondensacja wody fluorek baru BaF2 Albert Verdaguer Centre d'Investigació en Nanocičncia i Nanotecnologia