Istraživači sa Univerziteta Saarland pokazuju da led može biti klizav zbog poremećaja orijentacije molekularnih dipola u površinskom sloju, a ne isključivo zbog pritiska ili trenja. Računarske simulacije objavljene u Physical Review Letters ukazuju da kontakt sa drugom površinom izaziva "frustrirane" dipol‑dipol interakcije koje stvaraju lokalnu amorfnu ili tečnu fazu. Efekat ostaje i na vrlo niskim temperaturama, ali je formirani film znatno viskozniji.
Zašto je led klizav? Nova studija otkriva ulogu molekularnih dipola
Nova studija menja naše shvatanje jednog od najčešćih materijala na Zemlji
Uobičajeno objašnjenje da je led klizav zato što se pod pritiskom ili trenjem na njegovoj površini formira tanak sloj vode ne objašnjava sve slučajeve — posebno one pri veoma niskim temperaturama. Tim sa Univerziteta Saarland u Nemačkoj upravo je objavio rezultate koji ukazuju na drugačiji mehanizam: ključ je u orijentaciji molekularnih dipola u površinskom sloju leda.
Kako dipoli mogu da naprave "klizav" sloj
Molekularni dipoli nastaju kada u molekulu vodonika i kiseonika regiju preovladavaju delimične pozitivne i delimične negativne naelektrisanja. Kada voda zaledi, molekuli se poređaju u rešetku. Istraživači su u naprednim računarskim simulacijama pokazali da kontakt nove površine — na primer đona cipele ili skije — poremeti raspored dipola u gornjem sloju leda.
Prema istraživačima, u trodimenzionalnoj rešetki dipol‑dipol interakcije se mogu „frustrirati“, što dovodi do lokalne pojave manje uređenog, amorfnog ili tečnog sloja.
Ova poremećena orijentacija smanjuje stabilnost rigidne kristalne strukture i dovodi do stvaranja veoma tankog, manje uređenog sloja na površini leda. Ta faza može imati tečna ili polutečna svojstva — dovoljno da umanji trenje i napravi površinu klizavom.
Efekat pri vrlo niskim temperaturama
Iako se isti mehanizam može održati i pri veoma niskim temperaturama, film koji nastaje tada nije obična voda: simulacije ukazuju da je znatno viskozniji — istraživači ga opisuju kao mnogo gušći od meda — pa u praksi neće omogućiti lako klizanje pri ekstremno niskim temperaturama.
Zašto je to važno
Rad, objavljen u Physical Review Letters, dovodi u pitanje decenijama prihvaćene objašnjenja koja su se oslanjala samo na topljenje izazvano pritiskom ili trenjem. Novo objašnjenje ima implikacije za fiziku površina, inženjering zimskih sportova i razumevanje leda na drugim telima u Sunčevom sistemu.
Vredno je podsetiti se i da led nije jednostavan: postoji više poznatih polimorfnih oblika leda, a nauka i dalje otkriva nove faze (ranije ove godine otkriven je takozvani Ice XXI). Ovi nalazi pokazuju da i naizgled prost fenomen — klizavost leda — skriva složenu molekularnu fiziku.
Pomozite nam da budemo bolji.
