2021年3月19日
云的中心是冰晶。而冰晶的核心往往是气溶胶颗粒——大气中的灰尘，比在户外更容易形成冰。欧洲杯猜球平台
这是怎么发生的有点神秘，因为冰晶是有序的分子结构，而气溶胶通常是无序的大块。
杰出的化学教授瓦莱里娅·莫利内罗和印度巴特那理工学院的阿塔努·k·梅特亚进行了一项新研究，展示了有机分子晶体(气溶胶的一种常见成分)是如何完成这一任务的。
不过，事情远不止如此——这是对冷战时期人工降雨研究的一次倒退，也是对一种特殊记忆效应的一次调查，这种记忆效应表明，冰在这些晶体上第二次更容易形成。
这项研究是由空军科学研究办公室资助的，发表在《泰晤士报》上美国化学学会杂志．
回到人工降雨
Molinero的研究重点是冰是如何形成的，特别是成核过程，这是冰晶形成的开始。在适当的条件下，水分子可以自己成核成冰。但通常其他一些物质，称为核剂，可以帮助这一过程。
在对蛋白质帮助形成冰的方式进行了几项研究之后，Molinero和Metya将他们的注意力转向了有机冰核(在这里，“有机”的意思是含有碳的有机化合物)，因为它们类似于产生冰的蛋白质，并且存在于空气中。
但回顾科学文献发现，讨论有机化合物成核的论文出现在20世纪50年代和60年代，之后的后续工作很少，直到最近才有所进展。
“这让我很好奇，”Molinero说,“因为现在人们对有机气溶胶以及它们是否以及如何促进云中冰的形成有很多兴趣，但所有这些新文献似乎都与这些有机冰核剂的早期基础研究无关。”
另外的研究表明，关于有机冰核剂的早期工作与人工降雨的研究有关，人工降雨是一项战后研究如何将粒子(主要是碘化银)引入大气中以促进云的形成和降水的研究。欧洲杯猜球平台科学家们探索了有机化合物作为冰核剂的特性，看看它们是否可能成为碘化银的经济有效替代品。
但在政治压力和对人工影响天气的担忧导致在战争中禁止这种做法后，人工降雨研究在20世纪70年代崩溃。直到最近，当气候研究重新激发了人们对大气中形成冰的化学物质的兴趣时，对有机冰核的资助和兴趣才开始枯竭。
“在过去几年里，人们对有机气溶胶的冰成核越来越感兴趣，但这与以前对有机晶体的研究没有关系，”Molinero说。“所以，我认为是时候把它们“拯救”进现代文学了。”
将所有的经典
间苯三酚是20年代中期研究的有机成核剂之一th世纪。它显示出控制雾的希望，但对人工降雨的希望不大。Molinero和Metya重新研究了间苯三酚，因为它在实验室证明了其在冰成核方面的有效作用。
需要回答的一个问题是间苯三酚是通过经典过程还是非经典过程成核的。当冰自身形成核时，没有任何表面或其他分子，唯一需要克服的障碍是形成稳定的冰晶体(在某些条件下只有大约500个分子大小)，其他分子可以在此基础上形成冰晶。这是经典的成核。
非经典成核，包括成核表面，发生时，一层水分子聚集在表面上，其他水分子可以组织成晶格。在非经典成核过程中要克服的障碍是单分子层的形成。
这适用于间苯三酚——在20世纪60年代，研究人员L.F. Evans得出结论，它是非经典的。“我仍然感到惊讶，他能够推断出单层膜的存在，并从冻结实验中推断出其机制是不经典的，只考虑温度的作用!”Molinero说。但Molinero和Metya利用分子模拟冰的形成方式发现，冰的形成要复杂得多。
“我们发现，真正决定水是否转化为冰的步骤不是单层膜的形成，而是顶部冰晶的生长，”Molinero说．“这使得有机物的冰形成成为经典，但同样令人着迷。”
紧握记忆的冰
研究人员还使用他们的模拟方法来研究先前在有机和其他核物质中观察到的有趣的记忆效应。当冰形成，融化，再使用这些核剂形成时，第二轮结晶比第一轮更有效。假设冰在结晶之间完全融化，研究人员提出了几种可能的解释。
Molinero和Metya发现记忆效应不是由于冰改变了成核表面，也不是由于融化后在成核表面存留的水单层。
相反，他们的模拟结果支持了这样一种解释，即核仁中的裂缝可以保留少量的冰，这些冰在比实验中其他冰更高的温度下融化。如果这些裂缝靠近一个擅长形成冰的核晶体表面，那么当第二轮冻结开始时，它们就开始竞争了。
不确定的事
其他的谜团仍然存在——本世纪中叶对有机晶体的研究发现，在大约1500倍大气压的高压下，这种晶体组织水分子成冰的效率与冰晶本身一样高。为什么-这是Molinero下一个实验的重点。
然而，更直接地说，间苯三酚是大气中一种自然存在的化合物，因此，研究人员对它和其他有机核仁的任何了解，都可以帮助解释气溶胶成核冰和调节云和降水的形成的能力。
“重要的是研究这些结晶冰核剂的小晶是否导致了非晶态有机气溶胶的冰核能力，”Molinero说。
来源:https://www.utah.edu/