Kaip tirpsta ledas (video)

Švedijos Upsalos universiteto mokslininkai sukūrė kompiuterinį modelį, rodantį, kaip tirpsta ledas jį apšvietus infraraudonojo lazerio spinduliais. Molekulių dinamikos kompiuterinis modeliavimas leidžia pažvelgti į ypač greitus procesus, kurių kitais būdais nepavyktų užfiksuoti, nes jie trunka vos milijardines sekundės dalis ar dar trumpiau. Tarsi filme, kompiuteris leidžia užfiksuoti atskirus šio proceso „kadrus“.

Įprastiniame lede vandens deguonies atomai sudaro tetragoninę kristalinę gardelę, o kiekviena vandens molekulė vandenilio jungtimis yra susieta su keturiomis kaimyninėmis vandens molekulėmis. Upsalos universiteto mokslininkams Carlui Calemanui ir Davidui van der Spoeliui pasinaudojus molekulinės dinamikos lygtimis pavyko sukurti kompiuterinį modelį, kuriame galima stebėti, kas vyksta ledo kristale, jam pradėjus tirpti. Modelis leidžia stebėti kartu ir molekulių judėjimą, ir kristalinę struktūrą, išlaikant atomų lygio rezoliuciją bei neįtikėtinai trumpą „kadro“ trukmę – vos 1 femtosekundę (fs, tai 10-15 s).

Kristalas apšviečiamas 100 fs trukmės infraraudonojo lazerio impulsu. Iš pradžių jis sukėlė HO jungčių vibraciją. Tuoj pat po impulso pabaigos vibracijos energija pasiekia maksimumą, o po maždaug vienos pikosekundės (10–12 s) virsta molekulių rotacijos energija: tuomet vandens molekulės ima suktis ir skirtingas molekules siejančios vandenilio jungtys pradeda trūkinėti.

Dar po 3–6 pikosekundžių molekulės pradeda judėti, ir ledo kristalinė struktūra ima irti. Šis procesas prasideda tik kai kuriose kristalinės gardelės vietose, tačiau kai tik simetrija yra pažeidžiama, labai padidėja tikimybė, kad apie šį kristalo defektą bus suardytos ir gretimos gardelės. Tuomet nuo tokių vietų ledas pradeda greitai tirpti, kol visas virsta vandeniu.

Šią kompiuterinę simuliaciją galima pažiūrėti čia – ji rodo, kas įvyksta lede vos per 30 pikosekundžių:

   

Facebook komentarai