Simulácia topenia ľadu
11.1.2008 13:18:18 | QScience Daily | Počet zobrazení: 5296x
Švédski vedci z univerzity v Uppsale použili počítač na simuláciu roztápania ľadu po zohriatí krátkym pulzom svetla. Absorbovaná energia najskôr spôsobí osciláciu OH väzieb. Po niekoľkých pikosokendách (10^-12s) sa energia zmení na rotačnú a translačnú energiu, ktorá spôsobí roztápanie kryštálu, napriek tomu, že kryštálové sféry sú ešte pomerne dlho pozorovateľné.
Bežná forma ľadových kryštálov je známa ako šesťuholníkový ľad. V tejto forme sú zoradené atómy kyslíka v molekulách vody v štvorbokej mriežke. Každá molekula vody je naviazaná na štyri susediace molekuly premostení vodíkových väzieb, čo vedie v priemere k dvom mostom na molekulu. Vo vode je na jednu molekulu v priemere 1,75 vodíkových premostení.
Carl Caleman a David van der Spoel úspešne použili na simulovanie procesu roztápania kryštálu počítačovú simuláciu. Dynamická simulácia je ideálna pre lepšie porozumenie procesom topenia a mrznutia, pretože umožňuje simultánne popísať zmeny štruktúry aj dynamiky systému na úrovni atómov s časovým rozlíšením jednej fatosekundy (10^-15s).
Simulácia ukázala, že energia laserového pulzu najskôr spôsobila vibrácie v OH väzbách v každej molekule vody. Hneď po pulze dosahuje vibračná energia maximum. Po približne pikosekunde, sa väčšina vibračnej energie zmení na energiu rotačnú. Molekuly sa začínajú otáčať okolo svojej pozície v kryštáli, čím rušia vodíkové väzby.
Po 3 až 6 pikosekundách, sa rotácia zmení na posúvanie. Molekuly sa teraz môžu voľne pohybovať a štruktúra kryštálu sa zrúti. Proces začína lokálne na viacerých miestach v kryštáli. Ak je už raz porušená symetria štruktúry, náchylnosť k topeniu v blízkosti chyby v kryštalickej štruktúre enormne narastá. Proces topenia sa tak z jedného bodu pomaly šíri. Na iných miestach si ľad dokáže svoju kryštalickú štruktúru o niečo dlhšie.
Video topenia ľadu je možné vidieť na adrese uvedenej nižšie.