Физики из Австрии создали самую чистую каплю воды
Австрийские ученые создали самую чистую воду в мире, научившись выращивать микроскопические "сосульки" в полном вакууме, и нашли странные примеси в обычной воде. "Рецепт" по их производству был опубликован в журнале Science.
"Для того, чтобы избежать появления даже малейших следов примесей, нам пришлось проводить этот эксперимент в полном вакууме. Иными словами, нам нужно было как-то создать каплю воды, которая никогда не соприкасалась с воздухом, и "уронить" ее на поверхность пластины из двуокиси титана, отполированной и очищенной на атомном уровне", - рассказывает Ульрика Диболд (Ulrike Diebold) из Венского университета (Австрия).
Даже самые чистые образцы воздуха, воды и других жидкостей содержат в себе огромное число примесей, микробов и вирусов. Они не мешают жизни человека и других живых существ, однако подобные "загрязнители", как показывают опыты, могут сильно менять ход химических реакций и мешать изучению новых физических и химических свойств разных молекул и материалов.
Диболд случайно открыли одни из самых необычных примесей, фактически всегда присутствующие даже в самой чистой воде, изучая свойства двуокиси титана, главного компонента белой краски, покрытий солнечных батарей и некоторых катализаторов.
Данное вещество, как давно знают химики и физики, умеет очищать воду и другие жидкие среды от органических примесей, вырабатывая кислород и другие агрессивные молекулы при освещении солнечным светом или ультрафиолетовой лампой. Диболд и ее команда пытались понять, почему это происходит, наблюдая за взаимодействием микроскопических капель сверхчистой и "грязной" воды и пластинок из двуокиси титана.
Эти опыты привели к неожиданным результатам. После выключения лампы на поверхности пластинки возникала пленка непонятной природы, причем это происходило и при опытах с грязной, и с чистой водой. Изучив ее химический состав, австрийские исследователи обнаружили, что она состоит из муравьиной и уксусной кислоты, соединенных в наноструктуры особой формы.
Пытаясь понять, откуда взялись эти молекулы, ученые обратили внимание на то, что они проводили опыты и производили чистую воду не в полном вакууме, а в присутствии воздуха. Это заставило их предположить, что и та, и другая органическая кислота могли попасть в капли из атмосферы.
Для проверки этой идеи австрийские физики придумали остроумную методику производства сверхчистой воды в полном вакууме. Для этого они создали небольшую герметичную камеру, к потолку которой была прикреплена толстая металлическая игла. Охладив ее до сверхнизких температур, физики впустили пары воды в сосуд, что привело к формированию сосульки на кончике иглы.
Удалив остатки газа, ученые подняли температуру в камере, в результате чего сосулька превратилась в каплю воды. Она упала на пластинку из двуокиси титана, которую физики разместили под иглой. Это позволило Диболд и ее коллегам проследить за тем, поменяется ли поведение воды и катализатора.
На этот раз никакой пленки не возникло, что одновременно подтвердило подозрения физиков и заставило их задуматься над новой загадкой - откуда в воздухе содержится столь большое количество этих кислот и почему, как показали последующие опыты физиков, их концентрация не отличается в разных уголках планеты? Ответа на этот вопрос пока нет, заключают ученые.
