Den Gefrierpunkt von Wasser zu senken ist einfach. Alles, was Sie tun müssen, ist Salz, Zucker oder einen anderen gelösten Stoff hinzuzufügen. In die entgegengesetzte Richtung zu gehen und die Gefriertemperatur des Wassers zu erhöhen, ist nicht annähernd so einfach. Tatsächlich bezweifeln einige Wissenschaftler, dass dies überhaupt möglich ist. Obwohl es wahr sein mag, dass Sie den Gefrierpunkt nicht durch Zugabe eines gelösten Stoffes erhöhen können, haben Forscher andere Wege zum Gefrierpunkt von unterkühltem Wasser entdeckt. Zum einen durch die Verwendung von Strom und zum anderen durch die Zugabe von Alkohol oder Testosteron. Diese Methoden funktionieren nur mit reinem Wasser.
Beginnen Sie mit unterkühltem Wasser und fügen Sie Alkohol hinzu
Der Prozess, bei dem Wasser gefriert, wird dadurch erschwert, dass Wasser ein polares Molekül ist, was bedeutet, dass es, obwohl seine Nettoladung null ist, wie ein Magnet ein positives und ein negatives Ende hat. Wassermoleküle binden sich elektrisch aneinander und an Verunreinigungen im Wasser, indem sie Wasserstoffbrücken bilden, und sie koaleszieren leichter zu Eis, wenn das Wasser Verunreinigungen enthält. Wenn Sie einen Weg finden, ein Tröpfchen reinen Wassers in der Luft zu suspendieren, ohne dass es etwas berührt, es könnte bei Temperaturen deutlich unter 0 Grad Celsius (32 Grad .) im flüssigen Zustand verbleiben Fahrenheit). Solches unterkühltes Wasser kann im flüssigen Zustand bleiben, bis die Temperatur auf -40 °C (-40 °F) fällt.
Die Zugabe von Alkohol zum Wasser ändert jedoch sein Verhalten. Beim Abkühlen bildet Alkohol eisähnliche Sechsecke, um die sich die Wassertröpfchen vereinigen, anstatt frei umeinander zu schweben. Die hexagonalen Strukturen bieten die gleiche Stabilität wie feste Verunreinigungen. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass durch die Zugabe von Alkohol der Gefrierpunkt von reinem Wasser auf 0 °C angehoben werden kann.
Strom kann auch den Gefrierpunkt von Wasser erhöhen
Israelische Wissenschaftler versuchten einen anderen Ansatz, um die Temperatur zu erhöhen, bei der unterkühltes Wasser gefrieren würde. Sie erzeugten geladene Zellen, indem sie pyroelektrische Kristalle in Kupferzylinder platzierten. Sie stellten diese Zellen in einen feuchten Raum und drehten die Temperatur herunter, bis Wasser auf den Kristallen zu kondensieren begann. Sie senkten die Temperatur weiter und stellten fest, dass die Tröpfchen auf einer ungeladenen Oberfläche bei -12,5 ° C (9,5 F) gefroren, auf einer positiv geladenen Oberfläche jedoch bei -7 ° C (19,4 ° C). Auf einer negativ geladenen Oberfläche gefror das Wasser bei -18 C (-0,4 F).
Das Experiment ergab ein noch überraschenderes Ergebnis. Die Forscher fanden heraus, dass die Wassertröpfchen auf einer negativ geladenen Oberfläche 10 Minuten lang bei -11 C. flüssig blieben (12,2 °F), aber wenn die Ladung nachlässt, können sie die Tröpfchen gefrieren lassen, indem sie die Raumtemperatur auf -8 °C erhöhen (17,6 F). Der Grund dafür ist, dass eine Erhöhung der Raumtemperatur eine positive Ladung an den Kristallen erzeugt.
Ruß und Testosteron funktionieren auch
Wissenschaftler wissen, dass die Zugabe von Ruß zu reinem Wasser den Gefrierpunkt um etwa 7 Grad Celsius erhöht, aber das ist nichts im Vergleich zum männlichen Hormon Testosteron. Es kann den Gefrierpunkt von reinem Wasser, das unterkühlt wurde, von -40 °C auf bis zu -1 °C (30,2 °F) anheben. Die Forscher sind sich nicht sicher, wie das funktioniert, aber sie vermuten, dass der Mechanismus dem von Alkohol ähnelt.
Senkung des Gefrierpunkts
Die Menge, die Sie den Gefrierpunkt von Wasser senken können, hängt von der Konzentration des gelösten Stoffes ab, den Sie hinzufügen, aber Sie können den Gefrierpunkt nicht unbegrenzt senken. Tatsächlich ist der Nullpunkt der Fahrenheit-Skala (-17,8 C) als die Gefriertemperatur einer gesättigten Salzwasserlösung definiert. In einer gesättigten Lösung löst sich kein Salz mehr auf, daher ist 0 F die niedrigste Temperatur, auf die Sie den Schmelzpunkt von Wasser mit Salz senken können. Es ist jedoch möglich, Wasser zu unterkühlen, damit es bei noch niedrigeren Temperaturen im flüssigen Zustand bleibt. Forscher der University of Utah haben die Temperatur, bei der Wasser unbedingt gefrieren muss, auf -48 °C (-55 °F) bestimmt.