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Scoperto un nuovo stato dell'acqua

26.09.2020

L'acqua super raffreddata è due liquidi in uno. I ricercatori americani sono giunti a questa conclusione dopo aver condotto le prime misurazioni in assoluto di acqua liquida a temperature ben al di sotto del suo normale punto di congelamento.

Nonostante la distribuzione estremamente ampia, l'acqua come sostanza chimica non è ancora completamente compresa. Gli scienziati a volte la chiamano la sostanza più misteriosa sulla Terra.

Il fatto è che l'acqua non è come gli altri liquidi: quando si congela, si espande e non si restringe, come tutti gli altri, la sua densità diminuisce. Pertanto, il ghiaccio d'acqua non affonda, ma galleggia in superficie. L'acqua ha un alto punto di ebollizione ed è un ottimo solvente, quindi, in varie condizioni, la maggior parte delle sostanze organiche e inorganiche si dissolve in essa. E infine, ha un enorme coefficiente di tensione superficiale. Grazie a tutte queste proprietà uniche, l'acqua è diventata la base della vita sulla Terra.

L'acqua ha un'altra qualità interessante: si congela molto "con riluttanza". Se altri liquidi iniziano a solidificarsi gradualmente, subito dopo aver superato il punto di congelamento, l'acqua "resiste" fino all'ultimo. E per iniziare l'indurimento, ha sempre bisogno di nuclei di cristallizzazione: particelle sospese di origine minerale o organica.

I ricercatori del Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti hanno deciso di testare, se non ci sono tali particelle, fino a quale temperatura l'acqua rimarrà liquida.

È noto che l'acqua può essere presente nelle nuvole sotto forma di gocce superraffreddate anche a temperature molto basse, quindi, quando la polvere di ghiaccio fine entra in queste nuvole dall'alto, dagli strati più alti e più freddi, le gocce si cristallizzano istantaneamente e cadono al macinato sotto forma di pellet di ghiaccio o grandine.

Gli scienziati in laboratorio hanno distrutto un sottile film di ghiaccio con un laser, creando acqua liquida superraffreddata, quindi, utilizzando la spettroscopia a infrarossi, hanno monitorato tutte le fasi più piccole delle sue trasformazioni nell'intervallo di temperatura da 135 a 245 kelvin, da meno 138 a meno 28 gradi Centigrado.

Sui fotogrammi di congelamento degli stati di fase, gli scienziati hanno visto che quando è superraffreddata, l'acqua si condensa in una fase liquida densa, che continua a coesistere con la normale fase liquida. Allo stesso tempo, la proporzione di liquido ad alta densità diminuisce rapidamente all'aumentare della temperatura da 190 a 245 kelvin.

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Energia dallo spazio per Starship 08.05.2024

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Nuovo metodo per creare batterie potenti 08.05.2024

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Contenuto alcolico della birra calda 07.05.2024

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Notizie casuali dall'Archivio

Membrane a conduzione ionica in legno 22.07.2021

Gli scienziati statunitensi hanno rivestito il legno normale con un idrogel e lo hanno trasformato in un materiale selettivo agli ioni. Le membrane realizzate con tale materiale lasciano passare solo ioni caricati positivamente, che possono essere utilizzati per generare elettricità al confine tra acqua dolce e salata. I risultati dello studio sono pubblicati sulla rivista ACS Nano.

Gli scienziati dell'Università del Maryland, guidati da Lian Bing Hu (Liangbing Hu) sono riusciti a realizzare membrane ionoselettive da un materiale più conveniente: il legno. Il legno è un materiale composito costituito da fibre di cellulosa in una matrice del polimero di lignina più resistente. Il legno ha una struttura porosa e, a causa delle cariche negative sulla superficie, ha anche alcune proprietà ionoselettive: passa prevalentemente ioni con carica positiva. Tuttavia, i pori del legno sono troppo grandi e la selettività ionica del legno è inferiore a quella dei materiali artificiali. Inoltre, il legno è un materiale anisotropo, ovvero le sue proprietà differiscono notevolmente a seconda della direzione. La conduttività è maggiore per le sezioni porose e la resistenza è maggiore per i tagli longitudinali (e anche l'area dei tagli trasversali è limitata dal diametro dell'albero, mentre i tagli longitudinali possono avere un'area molto più ampia) . E infine, il legno non è abbastanza stabile: con il contatto prolungato con l'acqua, le sue fibre si gonfiano gradualmente e la struttura del materiale si rompe. Gli scienziati hanno cercato di migliorare le proprietà del legno con un rivestimento in idrogel polimerico.

L'idrogel contiene gruppi carbossilici, che donano un protone in un mezzo acquoso e si trasformano in un frammento COO caricato negativamente. Coprendo l'albero con idrogel, gli scienziati intendevano aumentare la densità delle cariche negative sulla superficie del materiale. E così è successo - la misurazione del potenziale zeta ha mostrato che la concentrazione di cariche negative sulla superficie del materiale è quasi raddoppiata - da meno 1,49 a meno 2,53 millicoulomb per metro quadrato. Di conseguenza, la conduttività ionica delle membrane è aumentata di due ordini di grandezza rispetto al legno non trattato. Nelle sezioni trasversali, la conduttività era ancora superiore a quella longitudinale, ma non di molto: 1,29 millisiemens per centimetro rispetto a 0,97 millisiemens per centimetro. E gli additivi idrogel hanno rafforzato le membrane: la resistenza alla trazione delle sezioni longitudinali è aumentata da 16,9 a 52,7 megapascal e quelle trasversali da 1,8 a 10,7 megapascal. Gli autori ritengono che il motivo sia la formazione di ulteriori legami idrogeno tra le fibre di cellulosa.

In termini di rapporto resistenza-conduttività, le nuove membrane longitudinali si sono rivelate migliori della maggior parte degli analoghi conosciuti. Ma il loro principale vantaggio è il prezzo basso e la scalabilità. Il legno è un materiale economico e rinnovabile e l'uso di tagli longitudinali consentirà di realizzare membrane di diversi metri quadrati che possono essere utilizzate per generare energia su larga scala.

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