Hoe het vriespunt van water te verhogen?

Het vriespunt van water verlagen is eenvoudig. Het enige wat u hoeft te doen is zout, suiker of een andere opgeloste stof toe te voegen. In de tegenovergestelde richting gaan en de vriestemperatuur van water verhogen is lang niet zo eenvoudig. Sommige wetenschappers betwijfelen zelfs of het wel kan. Hoewel het misschien waar is dat je het vriespunt niet kunt verhogen door een opgeloste stof toe te voegen, hebben onderzoekers andere manieren ontdekt om het vriespunt van onderkoeld water te bereiken. De ene is door elektriciteit te gebruiken en de andere door alcohol of testosteron toe te voegen. Deze methoden werken alleen met zuiver water.

Het proces waarbij water bevriest, wordt gecompliceerd door het feit dat water een polair molecuul is, wat betekent dat, hoewel de netto lading nul is, het een positief en negatief uiteinde heeft, zoals een magneet. Watermoleculen binden elektrisch aan elkaar en aan onzuiverheden in het water door waterstofbruggen te vormen, en ze smelten gemakkelijker samen tot ijs als het water onzuiverheden bevat. Als je een manier kunt vinden om een ​​druppel zuiver water in de lucht te laten zweven zonder dat het iets aanraakt, het kan in vloeibare toestand blijven bij temperaturen ver onder 0 graden Celsius (32 graden Fahrenheit). Dergelijk onderkoeld water kan in vloeibare toestand blijven totdat de temperatuur daalt tot -40 C (-40 F).

Het toevoegen van alcohol aan het water verandert echter het gedrag ervan. Wanneer afgekoeld, vormt alcohol ijsachtige zeshoeken, en de waterdruppels smelten eromheen in plaats van vrij rond elkaar te drijven. De hexagonale structuren bieden hetzelfde soort stabiliteit als vaste onzuiverheden. Door alcohol toe te voegen, hebben wetenschappers ontdekt dat ze het vriespunt van zuiver water kunnen verhogen tot 0 C.

Israëlische wetenschappers probeerden een andere benadering om de temperatuur te verhogen waarbij onderkoeld water zou bevriezen. Ze creëerden geladen cellen door pyro-elektrische kristallen in koperen cilinders te plaatsen. Ze plaatsten deze cellen in een vochtige ruimte en verlaagden de temperatuur totdat er water op de kristallen begon te condenseren. Ze bleven de temperatuur verlagen en ontdekten dat de druppeltjes bevroor bij -12,5 C (9,5 F) op een ongeladen oppervlak, maar op een positief geladen oppervlak bevroor ze bij -7 C (19,4 C). Op een negatief geladen oppervlak bevroor het water bij -18 C (-0.4 F).

Het experiment leverde een nog verrassender resultaat op. De onderzoekers ontdekten dat de waterdruppels gedurende 10 minuten bij -11 C. vloeibaar bleven op een negatief geladen oppervlak (12,2°F), maar wanneer de lading verdwijnt, kunnen ze ervoor zorgen dat de druppels bevriezen door de kamertemperatuur te verhogen tot -8 C (17,6 F). De reden is dat het verhogen van de kamertemperatuur een positieve lading op de kristallen genereerde.

Wetenschappers weten dat het toevoegen van roet aan zuiver water het vriespunt met zo'n 7 graden Celsius doet stijgen, maar dat is niets vergeleken met het mannelijke hormoon testosteron. Het kan het vriespunt van zuiver water dat is onderkoeld verhogen van -40 C tot wel -1 C (30,2 F). Onderzoekers weten niet precies hoe dit werkt, maar ze vermoeden dat het mechanisme vergelijkbaar is met dat van alcohol.

De hoeveelheid waarmee u het vriespunt van water kunt verlagen, hangt af van de concentratie van de opgeloste stof die u toevoegt, maar u kunt het vriespunt niet onbeperkt verlagen. In feite wordt het nulpunt van de Fahrenheit-schaal (-17,8 C) gedefinieerd als de vriestemperatuur van een verzadigde oplossing van zout water. Er zal geen zout meer oplossen in een verzadigde oplossing, dus 0 F is de laagste temperatuur waarop je het smeltpunt van water met zout kunt verlagen. Het is echter mogelijk om water te onderkoelen om het bij nog lagere temperaturen in vloeibare toestand te laten blijven. Onderzoekers van de Universiteit van Utah hebben de temperatuur waarbij water absoluut moet bevriezen bepaald op -48 C (-55 F).