Karštas ledasDauguma žmonių panorę pasigaminti ledo įdeda vandens indą į šaldiklį. Tik ne chemikas Eun-Mi Choi ir jo kolegos iš Seulo universiteto Pietų Korėjoje. Juos mažiausiai domina žemesnės nei 0 oC temperatūros - vietoje to jie gaminasi ledą prijungdami prie vandens elektrinį lauką, ir tai jie daro kambario temperatūroje. Metų pradžioje atlikti Choi eksperimentai užbaigė dešimtmetį trukusias "karštojo" ledo paieškas, bet, savo ruožtu, atskleidė kitą menkai suprantamą reiškinį. Choi rezultatai parodė, kad norint drungną vandenį paversti ledu pakanka nelauktai silpnų elektrinių laukų. Tokių silpnų, jog tokius laukus nesunku aptikti įvairiausiuose gamtos objektuose, nuo plyšių uolienose iki mūsų kūne esančių baltymų įtrūkimų. Todėl karštą ledą dabar yra stengiamasi rasti gamtoje. Kambario temperatūros ledo istorija prasidėjo 1995 m., kai Weizmano instituto Izraelyje mokslininkas Jakobas Kleinas atsitiktinai aptiko, kad kelių nanometrų dydžio plyšyje tarp dviejų žėručio plokštelių esantys organiniai skysčiai užšąla kur kas aukštesnėse nei įprasta temperatūrose. Veikiai po to jis sumanė pasigaminti kambario temperatūros ledo įsprausdamas vandenį į kietuosiuose kūnuose esančius plyšius. Taigi šešis po to sekusius metus jis praleido bandydamas padaryti tai su vandeniu ir kitais skysčiais. Kleinas sugebėjo pasiekti daugumos skysčių sukietėjimo, bet vanduo yra ypatingas skystis. Jei dauguma medžiagų yra tankesnės kietame būvyje nei skystame, tai vanduo elgiasi atvirkščiai. Ledkalniai vandenynuose ar ledo kubeliai kokteilio stiklinėje plūduriuoja, nes jų tankis yra mažesnis už vandens tankį. Galiausiai Kleinas suvokė, kad vandens molekulių suspaudimas tik trukdo jo užšalimui ir nutarė baigti eksperimentus. Atrodo, jog Kleinas praleido vieną svarbią kambario temperatūros ledo gaminimo technologijos detalę - elektrinį lauką. Bet tuo metu, kai jis liovėsi eksperimentavęs, panašius tyrimus pradėjo du Grioningeno universiteto Olandijoje biofizikai - Ronen Zangi ir Alan Mark. 2003 m. jie sukūrė kompiuterio modelį, leidžiantį suprasti, kas dėsis su susprausti vandeniu, patalpintu elektriniame lauke. ![]() Kompiuterinis modeliavimas rodo, jog uždaroje erdvėje suspraustas ir į elektrinį lauką patalpintas vanduo gali virsti ledu. Kadangi du vandens molekulėje esantys vandenilio atomai turi nedidelį teigiamą krūvį, o deguonies atomas - nedidelį neigiamą krūvį, elektrinis laukas sutvarko atsitiktinį molekulių išsidėstymą ir išrikiuoja jas tvarkingai it kareivius. Zanhi ir Mark modeliavimas parodė, kad to išrikiavimo gali pakakti tam, kad vanduo sukietėtų ir sušaltų į vadinamąjį polinį kubinį ledą netgi ir kambario temperatūroje. Tačiau Choi eksperimentų niekam nebuvo pavykę to patvirtinti. Choi ir jo bendradarbiai patalpino ploną vandens sluoksnį tarp metalinės plokštelės ir aštrios metalinės adatėlės. Po to jie prijungė elektrinį lauką ir palengva leido adatėlę žemyn. Kai iki plokštelės likdavo vos 0,7 nm atstumas, ji atsiremdavo į netikėtą kliūtį - vanduo sušaldavo į ledą. Mokslininkus labiausiai nustebino tai, kad Choi grupė sukūrė ledą naudodami 106 V/m stiprio elektrinius laukus. Tai gali pasirodyti didelis skaičius, bet gamtoje tokie laukai pasitaiko daug kur, todėl karštąjį ledą galima tikėtis rasti įvairiausiose nelauktose vietose. Pavyzdžiui, molio dalelių plyšiuose gali būti pakankamai dideli elektriniai krūviai, reikalingi vandens užšaldymui kambario temperatūroje. Tai galėtų padėti išsiaiškinti iki šiol mažai suprantamus debesų susidarymo procesus. Be to laukai, susidarantys skersai nervų ląstelių membranas ar baltymų ir polisacharidų paviršiuose gali irgi būti pakankamai dideli, todėl ląstelių viduje galbūt rasime plaukiojančius miniatiūrinius ledkalnius. Gali būti, kad karštojo ledo pasireiškimai buvo niekam to nesuvokiant stebėti ir anksčiau. Vandens judrumą tiriantys chemikai pastebėjo, kad prie jonų, turinčių du ar tris teigiamus krūvius, tokių kaip kalcis ar chromas, molekulės pasidaro neįprastai nepaslankios. Vandens molekulės gali išbūti sluoksnyje prie tokių jonų iki valandos laiko, kol jas ten pakeičia kitos molekulės. Ir priešingai, vandens molekulės yra itin judrios prie vienvalenčių jonų, tokių kaip kalis ar natris. Gal šis lėtas vandens judėjimas reiškia, jog jis užšąla silpname elektriniame jonų lauke. Be to kyla klausimas, ar Choi atrastąją medžiagą išvis galima laikyti ledu. Ledui yra būdinga kristalinė sandara, o jos iki šiol dar nebuvo rasta. Gali būti, kad tai tėra labai klampus skystis. Aišku, jo poveikio ląstelėms požiūriu, šis klausimas nėra svarbus. Vanduo yra svarbiausia gyvybės terpė. Jeigu ji bent kiek pasikeis, ląstelėje gali įvykti šimtai įvairių pokyčių. Atrodo, kad šis labiausiai paplitęs mūsų kūnuose skystis kartu yra ir mažiausiai suprastas. |
![]() |