כיצד להעלות את נקודת הקפאה של מים

הורדת נקודת הקפאה של מים היא קלה. כל שעליך לעשות הוא להוסיף מלח, סוכר או כל מומס אחר. ללכת בכיוון ההפוך ולהעלות את טמפרטורת ההקפאה של מים זה לא קל כל כך. למעשה, יש מדענים שמפקפקים בכך שזה בכלל ייעשה. עם זאת, למרות שזה אולי נכון שלא תוכלו להעלות את נקודת הקפאה על ידי הוספת מומס, חוקרים גילו דרכים אחרות לנקודת הקפאה של מים מקוררים במיוחד. האחד הוא באמצעות חשמל, והשני הוא על ידי הוספת אלכוהול או טסטוסטרון. שיטות אלה פועלות רק עם מים טהורים.

התהליך שבו מים קופאים מסובך מהעובדה שמים הם מולקולה קוטבית, מה שאומר שלמרות שהמטען נטו שלהם הוא אפס, יש להם סוף חיובי ושלילי, כמו מגנט. מולקולות מים נקשרות באופן חשמלי זו לזו ולזיהומים במים על ידי יצירת קשרי מימן, והן מתלכדות לקרח ביתר קלות אם המים מכילים זיהומים. אם אתה יכול למצוא דרך להשעות טיפת מים טהורים באוויר מבלי שייגע בשום דבר, זה יכול להישאר במצב נוזלי בטמפרטורות הרבה מתחת ל 0 מעלות צלזיוס (32 מעלות) פרנהייט). מים מקוררים כאלה יכולים להישאר במצב נוזלי עד שהטמפרטורה יורדת ל -40 C (-40 F).

הוספת אלכוהול למים, לעומת זאת, משנה את התנהגותו. כשהוא מקורר, אלכוהול יוצר משושים דמויי קרח, וטיפות המים מתלכדות סביב אלה במקום לצוף בחופשיות זו סביב זו. המבנים המשושים מספקים את אותו סוג של יציבות כמו זיהומים מוצקים. על ידי הוספת אלכוהול, מדענים גילו שהם יכולים להעלות את נקודת הקפאה של מים טהורים ל- 0 צלזיוס.

מדענים ישראלים ניסו גישה שונה להעלאת הטמפרטורה בה קפואו מים מקוררים-על. הם יצרו תאים טעונים על ידי הצבת גבישים פירואלקטריים בתוך גלילי נחושת. הם הניחו את התאים הללו בחדר לח והורידו את הטמפרטורה עד שהמים החלו להתעבות על גבי הגבישים. הם המשיכו להוריד את הטמפרטורה וגילו כי הטיפות קפאו על -12.5 צלזיוס (9.5 צלזיוס) על משטח לא טעון, אך על משטח טעון חיובי, הם קפאו על -7 צלזיוס (19.4 צלזיוס). על משטח טעון שלילי, המים קפאו ב -18 צלזיוס (-0.4 F).

הניסוי הניב תוצאה מפתיעה עוד יותר. החוקרים מצאו כי טיפות המים נותרו נוזליות על משטח טעון שלילי למשך 10 דקות ב -11 מעלות צלזיוס (12.2 מעלות צלזיוס), אך כאשר המטען התפוגג, הם עלולים לגרום לקפיאת הטיפות על ידי העלאת טמפרטורת החדר ל -8 צלזיוס (17.6 F). הסיבה היא שהעלאת טמפרטורת החדר יצרה מטען חיובי על הגבישים.

מדענים יודעים כי הוספת פיח למים טהורים מעלה את נקודת הקפיאה בכ- 7 מעלות צלזיוס, אך זה כלום לעומת ההורמון הגברי טסטוסטרון. זה יכול להעלות את נקודת הקפאה של מים טהורים שנצננו על -40 מעלות צלזיוס עד ל -1 צלזיוס (30.2 צלזיוס). החוקרים אינם בטוחים כיצד זה עובד, אך הם חושדים שהמנגנון דומה לזה של אלכוהול.

הכמות בה תוכלו להוריד את נקודת הקפאה של מים תלויה בריכוז המומס שאתם מוסיפים, אך אינכם יכולים להוריד את נקודת הקפאה ללא הגבלת זמן. למעשה, נקודת האפס של סולם פרנהייט (-17.8 צלזיוס) מוגדרת כטמפרטורת הקפאה של תמיסה רוויה של מי מלח. לא עוד מלח יתמוסס בתמיסה רוויה, ולכן 0 F היא הטמפרטורה הנמוכה ביותר אליה תוכלו להוריד את נקודת ההיתוך של מים במלח. עם זאת, אפשר לקרר מים על מנת לגרום להם להישאר במצב נוזלי בטמפרטורות נמוכות עוד יותר. חוקרים מאוניברסיטת יוטה קבעו את הטמפרטורה בה המים צריכים בהחלט להקפיא להיות -48 צלזיוס (-55 F).