Японские ученые собираются создать гелеобразный лед – самую легкую из искусственных форм воды

Привычный нам лед, одно из агрегатных состояний воды, является далеко не единственным существующим видом. В настоящее время ученым известно 17 его видов и, по мнению японских ученых из Окаямы, вполне возможно появление ещё одного вида. Ему предстоит стать одной из наиболее легких состояний замороженной воды из известных на сегодняшний день.

Толчком к исследованиям стало исследование образцов ледяного воздушного геля. Это позволило установить некоторые особенности изменения агрегатного состояния воды при сложных окружающих условиях.

Лед, который мы видим в природе или создаём в морозильной камере холодильника, образуется в процессе остывания воды при типовом атмосферном давлении. В таких физических условиях лед образуется с 6-гранной молекулярной решеткой. Но это не единственная структура, формируемая в земной атмосфере. При другом давлении и скорости охлаждения часто образуется т. н. кубический лед. А если взять условия атмосфер других планет, то возможно образование и других, намного более необычных форм льда.

Если в момент заморозки повысить давление атмосферы, то формируемый лёд будет иметь плотность, значительно превышающую обычные показатели. Плотность изменяется и при недостатке давления, но уже в меньшую сторону. При пониженном давлении создаётся лёд с намного меньшей плотностью, который окрестили «ледяной сахарной ватой» из-за сходства внешнего вида с популярным лакомством. Сейчас науке известно только две формы льда с уменьшенной плотностью, составляющей 50 и 90% от обычного показателя.

Японские исследователи провели серию расчетов, используя для этого более трех сотен структур, состоящих из молекул воды. Все эти структуры способны формироваться при малом давлении. Согласно полученным данным, все кристаллы данного типа льда могут сохранить свою структуру только при температуре, близкой к показателям абсолютного нуля, которая составляет -273°С. При её повышении теряется стабильность и изменяется структура. Из известных форм льда структура наименьшей по показателю плотности имеет длинные линейные молекулярные связи. Значительную часть объёма занимает воздух, из-за которого лёд и имеет столь малую плотность.

По утверждению японских ученых, с помощью компьютерного моделирования можно определить бесчисленное количество форм льда. Но сформировать его в реальности очень сложно, так как возникают серьёзные затруднения в создании необходимых для этого условий - малого давления и крайне низких температур. Но, по заверениям исследователей, создание моделей дало цель для дальнейшего изучения. В скором времени планируется завершить расчет необходимых условий, и будет предпринята попытка получения первых образцов такого льда. Его изучение, по мнению ученых, позволит понять поведение молекул воды в необычных условиях.