Veden jäätymispiste on normaalisti nollassa asteessa mutta erityisolosuhteissa erittäin puhdas vesi voi pysyä jäätymättä, ns. alijäähtyneenä nesteenä -40 asteeseen saakka. Science-lehdessä julkaistussa raportissa israelilaistutkijat osoittavat että positiiviset ja negatiiviset sähkövaraukset vaikuttavat alijäähtyneen veden jäätymiseen eri tavoin. Alijäähtyneen veden jäätymisen hallinta sähköisesti on kiinnostavaa mm. kudosten ja solujen pakastesäilytyksen tai pilvien synnyttämisen kannalta.
Sähkökentän on tiedetty vaikuttavan alijäähtyneen nesteen jäätymiseen jo 1960-luvulta. Sähköisesti varatun pinnan lähellä alijäähtynyt vesi alkaa jäätyä, ilmeisesti siksi että sähkökenttä saa aikaan jään muodostumiseen tarvittavien kiteytymiskeskusten syntymisen. Ilmiö on havaittu sekä metallisten johtimien lähellä että eristeen pintaan kitkan avulla aikaansaadun staattisen sähkön lähettyvillä.
Israelissa Weizmann-instituutissa tehdyssä kokeessa käytettiin veden jäädytysalustana litium-tantalaalioksidista LiTaO3 valmistettuja ohuita levyjä. LiTaO3 on ns. pyroelektrinen aine. Se on eriste mutta sen pinnalla olevaa sähkövarausta voidaan manipuloida. Materiaalista tehtiin joukko näytteitä, joissa toisella puolella oli LiTaO3-pinta ja toisella puolella ohut metallikerros tai eristekerros. Koejärjestelyllä pystyttiin säätelemään LitaO3-pinnan varausta.
Vajaan neliösentin kokoisia palasia jäähdytettiin hitaasti kosteassa ilmassa +24 asteen lämpötilasta lähtien kunnes pintaan alkoi ilmestyä pieniä, noin 0,1 millimetrin kokoisia vesipisaroita. Jäähdytystä jatkettiin kunnes vesi alkoi jäätyä. Jäätymislämpötila mitattiin ja syntyneen jääkiteen kiderakenne määritettiin ns. röntgendiffraktiolla eli röntgensäteilyn sironnasta.
Kun LiTaO3-levyn pinta oli sähköisesti neutraali, vesi jäätyi -12,5 asteessa. Kun pinta oli positiivisesti varattu, vesi jäätyi -7 asteessa mutta negatiivisesti varatulla pinnalla vasta -18 asteessa. Pinnan sähköinen varaus vaikutti myös siihen mistä kohdasta jäätyminen alkoi: negatiivisesti varatulla pinnalla jäätyminen alkoi veden ja ilman rajapinnasta missä kenttä on heikompi kuin kiinteän aineen pinnassa.
Syntyvät jääkiteet olivat myös eri tavalla suuntautuneet positiivisesti ja negatiivisesti varatuilla pinnoilla ja molemmat erosivat varauksettomalle pinnalle syntyvistä kiteistä. Syynä tähän on vesimolekyylin H2O sähköinen "epäsymmetrisyys". Molekyylin happiatomi, yksinäisine elektronipareineen orientoituu kohti positiivisesti varattua pintaa. Vastaavasti molekyylin vetyatomit suuntautuvat kohti negatiivisesti varattua pintaa.
(Science 5.2.)
YLEn tiedeuutiset ovat suomalaista tiedettä ja tiede-elämää seuraava uutispalvelu, joka kattaa myös tärkeimmät ulkomaiset tapahtumat.
Uudistettu palvelu korvaa Teeman sivuilla aiemmin olleet tiedeuutiset.
Uutisvinkit ja kommentit: tiedeuutiset@yle.fi
