Нидерландские ученые из Амстердамского университета раскрыли механизм, из-за которого стеклянные бутылки с водой лопаются при замерзании. Специалисты также выяснили, как избежать повреждения емкостей в морозильнике. Исследование опубликовано в научном журнале Scientific Reports (SciRep). Обычно считается, что вода расширяется при замерзании, что и приводит к повреждению контейнеров. Однако команда обнаружила, что ключевую роль играет не просто расширение, а образование карманов жидкой воды, которые замерзают позже. Из-за этого лед разрывает даже наполовину заполненную бутылку, хотя у жидкости есть пространство для расширения. Как показали эксперименты, когда верхний слой воды замерзает первым, оставшаяся жидкость оказывается в ловушке внутри льда. При замерзании этой жидкости создается огромное давление — до 260 мегапаскалей, что в четыре раза превышает прочность стеклянных бутылок. Такого давления достаточно, чтобы смять прочную сталь. Исследователи нашли два способа избежать разрушения бутылок при замерзании. Если вода охлаждается ниже 0°C до начала замерзания, лед образуется в виде дендритов (ветвистых структур), что приводит к захвату пузырьков воздуха. Это снижает давление и предотвращает растрескивание стекла. Переохлаждение чаще происходит в узких бутылках, так как они быстрее остывают. В контейнерах с водоотталкивающим покрытием вода замерзает снизу вверх, что предотвращает образование карманов жидкости. Пластиковые бутылки (например, из ПЭТ или полипропилена) более устойчивы к разрушению, так как их поверхность менее гидрофильна, чем стекло. Результаты исследования могут быть полезны для предотвращения повреждений от мороза в строительстве, дорожном покрытии и сохранении исторических артефактов.
