Így készül a virtuális jégkocka

A víz fagyása olyan komplex jelenség, hogy 512 virtuális vízmolekula "megfagyásának" első realisztikus szimulációját röpke hat év alatt végezte el egy japán szuperszámítógép.

A vízmolekula szerkezetéből következik poláros tulajdonsága, amely a hidrogénhíd-kötés alapja

Sikerült kimutatni, hogy a fagyáspont elérésekor egy első, nélkülözhetetlen részfolyamat megy végbe. Akkor képződik a kezdeti kis jégmag, amikor több szokatlanul hosszú hidrogénkötés véletlenül "találkozik" egy pontban. A jégmag lassan változtatja az alakját és nagyságát, egyre stabilabb kötéseket hoz létre, végül gyorsan növekszik és a folyékony víz teljes egészében jéggé alakul.

A víz megfagyásakor a molekulák szabályosan töltik ki a teret, amely a közöttük kialakuló kötések miatt térfogat-növekedéssel jár
(ábrák: New York University, MathMol Laboratory)

A vízmolekulák, ellentétben a fémek vagy sók olvadékainak megfagyásakor tapasztaltakkal, nem alkotnak szabályos kristályokat a hőmérséklet csökkenésének hatására. A mindenkori olvadáspont alatt a molekulák közötti vonzóerők rendszerint nagyobbak, mint saját hőmennyiségükből származó mozgási energiájuk. Ám a vízmolekulákat a hidrogénhíd-kötések rendezetlen háromdimenziós hálója kapcsolja össze, amely fagyáskor különféle mikroszkópikus struktúrákat alkothat. Ez megmagyarázhatja a víz úgynevezett "supercooling" sajátosságát is, vagyis hogy miért lehet a vizet bizonyos körülmények között mélyen a fagyáspontja alá hűteni (túlhűteni) anélkül, hogy megszilárdulna.

Bozsoki Anna-Mária

Ajánlat:

A fázisátalakulások részletes magyar nyelvű ismertetése

Molekuláris folyamatok digitális modellezése