熱で水を凍らせる科学者たち

水が熱を持ちながら固まる様子を想像してみてください。

一般に、水は華氏32度（摂氏0度）で凍ると考えられていますが、そのような奇妙なトリックが可能であることが、現在、科学者によって発見されています。 意外なことに、水が滑らかな瓶の中に横たわり、塵が一切なければ、「過冷却」と呼ばれる形で華氏マイナス40度まで液体のままでいることができます。

今回、イスラエルのレホボットにあるワイツマン科学研究所のIgor Lubomirsky研究員らは、水の凝固点を制御する別の方法として、擬似非晶質焦電性薄膜と呼ばれるものを発見しました。 これらの表面は、温度によって電荷が変化します。

焦電性表面が正に帯電していると、水は凍りやすくなり、負に帯電していると凍りにくくなります。

研究チームは、過冷却状態の水が加熱されても、温度によって表面の電荷も変化すれば凍ることを確認しました。 たとえば、過冷却水が負に帯電したタンタル酸リチウムの表面にある場合、その表面が華氏17.6度（マイナス8度）に加熱されて電荷が正に切り替わると、直ちに固まります。 これはおそらく、水分子の向きに関係していると思われます。水分子中の負に帯電した酸素原子は、自然に正に帯電した表面を向き、水素原子はその逆です。

「正と負の帯電の差は予想外でした」とLubomirsky氏は述べています。

過冷却水の凍結温度をよりよく制御できるようになれば、冷血動物の生存、細胞や組織の冷凍保存、作物の凍結からの保護、雲形成を理解し誘発する能力など、さまざまな応用にとって極めて重要なものになる可能性があります。

科学者たちは、2月5日発行のScience誌に、この発見を詳述しました。

• The Most Popular Myths in Science
• Does Hot Water Freeze Fast than Cold Water?
• Top 10 Greatest Mysteries in Science