Forscher haben es geschafft, Wasser in sehr feinen Silikat-Rohren in einen Zustand zu bringen, der in Bezug auf Form und mechanisches Verhalten einem festen Material ähnelt, während es nicht die kristalline Struktur von normalem Eis aufweist. Dieser neue Zustand bleibt sogar bei verschiedenen Temperaturen von minus 20 bis plus 90 Grad Celsius stabil.
Wasser in Silikat-Rohren
Wasser wird normalerweise leicht in ein Gefäß gegossen und bewegt sich, wenn das Gefäß gekippt wird, und nimmt dessen Form an. In diesem Experiment begegnete Wasser in Silikat-Rohren jedoch besonderen Eigenschaften. Als das Wasser aus diesen Rohren entnommen und mit präzisen Instrumenten untersucht wurde, behielt es seine Form und floss nicht einfach.
Weiterlesen: Teheran unter den 100 besten Innovationsclustern der Welt; Platz 65 in der WIPO-Bewertung
Untersuchungen mit fortschrittlichen Methoden wie Raman-Spektroskopie, Infrarot und Kernspinresonanz zeigen, dass die Wassermoleküle in diesem Zustand im Vergleich zu normalem Wasser eine sehr eingeschränkte Bewegung haben. Darüber hinaus zeigt die Untersuchung seiner Struktur durch Elektronenbeugung, dass es keine Anzeichen einer regelmäßigen kristallinen Struktur von normalem Eis gibt. Aus diesem Grund beschreiben die Forscher diesen Zustand eher als amorphes und festes Wasser, nicht als die übliche kristalline Eisart.
Einfluss der Größe auf das Verhalten von Wasser
Die Forscher fanden heraus, dass die Innenfläche dieser sehr kleinen Rohre spezielle chemische Gruppen namens Silanol (SiOH) aufweist, die Wasser-Moleküle Wasserstoffbrückenbindungen bilden können. Wenn der Durchmesser des Rohres klein genug wird, wird die Anzahl dieser Oberflächeninteraktionen im Verhältnis zum Wasservolumen sehr wichtig. Das bedeutet, dass die Bewegung der Wassermoleküle eingeschränkt wird und ein Netzwerk von Bindungen entsteht, das zur Bildung des festen Zustands beiträgt. Mit anderen Worten, Wasser in einem sehr kleinen Raum ist nicht mehr dasselbe Wasser, das wir in einem Glas sehen.
In den durchgeführten Experimenten untersuchten die Forscher Rohre mit unterschiedlichen Durchmessern und erzielten interessante Ergebnisse. Wenn der Innendurchmesser des Rohres etwa 2 bis 5 Mikrometer erreicht und kleiner wird, ändert sich das Verhalten des Wassers von flüssig zu fest. In größeren Rohren hat Wasser ein gewöhnlicheres Verhalten. Diese Erkenntnis zeigt, dass die Größe des Raumes im mikroskopischen Maßstab die Eigenschaften des Materials Wasser verändern kann.
Ein besonders faszinierender Aspekt dieser Forschung ist, dass das feste Wasser in den Experimenten bei verschiedenen Temperaturen, von minus 20 bis plus 90 Grad Celsius, seine Form beibehalten hat. Auch ein Beispiel davon, das eine Dicke von etwa 100 Nanometern hatte, behielt nach 54 Tagen weiterhin seine feste Form. Diese neuen Eigenschaften des Wassers könnten wichtige Auswirkungen auf unser Verständnis dieser lebenswichtigen Flüssigkeit und ihre Anwendungen in modernen Technologien haben.
Weiterlesen: Kunden im Smartphone-Reparaturmarkt stehen vor Herausforderungen bei Preis und Qualität · Forscher der Universität Heidelberg: Zusammenhang zwischen Persönlichkeitseigenschaften und dem Umgang mit Albträumen
