Obniżenie temperatury zamarzania wody jest łatwe. Wszystko, co musisz zrobić, to dodać sól, cukier lub inny roztwór. Pójście w przeciwnym kierunku i podniesienie temperatury zamarzania wody nie jest wcale takie proste. W rzeczywistości niektórzy naukowcy wątpią, czy można to w ogóle zrobić. Jednak, chociaż może być prawdą, że nie można podnieść temperatury zamarzania przez dodanie substancji rozpuszczonej, naukowcy odkryli inne sposoby na osiągnięcie temperatury zamarzania przechłodzonej wody. Jednym z nich jest użycie elektryczności, a drugim dodanie alkoholu lub testosteronu. Te metody działają tylko z czystą wodą.
Zacznij od przechłodzonej wody i dodaj alkohol
Proces, w którym woda zamarza, komplikuje fakt, że woda jest cząsteczką polarną, co oznacza, że chociaż jej ładunek netto wynosi zero, ma dodatni i ujemny koniec, jak magnes. Cząsteczki wody wiążą się elektrycznie ze sobą i z zanieczyszczeniami w wodzie poprzez tworzenie wiązań wodorowych i łatwiej łączą się w lód, jeśli woda zawiera zanieczyszczenia. Jeśli możesz znaleźć sposób na zawieszenie kropli czystej wody w powietrzu bez dotykania czegokolwiek, może pozostawać w stanie ciekłym w temperaturach znacznie poniżej 0 stopni Celsjusza (32 stopnie) Fahrenheita). Taka przechłodzona woda może pozostać w stanie ciekłym, aż temperatura spadnie do -40 C (-40 F).
Dodanie alkoholu do wody zmienia jednak jej zachowanie. Po schłodzeniu alkohol tworzy lodowe sześciokąty, a kropelki wody łączą się wokół nich, zamiast swobodnie unosić się wokół siebie. Sześciokątne struktury zapewniają ten sam rodzaj stabilności, co zanieczyszczenia stałe. Naukowcy odkryli, że dodając alkohol, mogą podnieść temperaturę zamarzania czystej wody do 0 C.
Elektryczność może również podnieść temperaturę zamarzania wody
Izraelscy naukowcy próbowali innego podejścia do podnoszenia temperatury, w której przechłodzona woda zamarzłaby. Stworzyli naładowane ogniwa, umieszczając kryształy piroelektryczne wewnątrz miedzianych cylindrów. Umieścili te ogniwa w wilgotnym pomieszczeniu i obniżyli temperaturę, aż woda zaczęła się skraplać na kryształach. Kontynuowali obniżanie temperatury i odkryli, że kropelki zamarzały w temperaturze -12,5°C (9,5F) na nienaładowanej powierzchni, ale na powierzchni naładowanej dodatnio zamarzły w temperaturze -7C (19,4°C). Na ujemnie naładowanej powierzchni woda zamarzła w temperaturze -18 C (-0,4 F).
Eksperyment przyniósł jeszcze bardziej zaskakujący wynik. Naukowcy odkryli, że kropelki wody pozostawały płynne na ujemnie naładowanej powierzchni przez 10 minut w temperaturze -11 C (12,2 ° F), ale gdy ładunek się rozproszy, mogą spowodować zamarznięcie kropel poprzez podniesienie temperatury pokojowej do -8 C (17,6 F). Powodem jest to, że podniesienie temperatury w pomieszczeniu wygenerowało ładunek dodatni na kryształach.
Sadza i testosteron również działają
Naukowcy wiedzą, że dodanie sadzy do czystej wody podnosi temperaturę zamarzania o około 7 stopni Celsjusza, ale to nic w porównaniu z męskim hormonem testosteronem. Może podnieść temperaturę zamarzania czystej wody przechłodzonej z -40 C do nawet -1 C (30,2 F). Naukowcy nie są pewni, jak to działa, ale podejrzewają, że mechanizm jest podobny do alkoholu.
Obniżenie punktu zamarzania
Ilość, o jaką można obniżyć temperaturę zamarzania wody, zależy od stężenia dodanej substancji rozpuszczonej, ale nie można obniżać temperatury zamarzania w nieskończoność. W rzeczywistości punkt zerowy w skali Fahrenheita (-17,8 C) jest definiowany jako temperatura zamarzania nasyconego roztworu słonej wody. Nigdy więcej soli nie będzie się rozpuszczać w nasyconym roztworze, więc 0 F to najniższa temperatura, do której można obniżyć temperaturę topnienia wody z solą. Jednak możliwe jest przechłodzenie wody, aby pozostała w stanie ciekłym w jeszcze niższych temperaturach. Naukowcy z Uniwersytetu Utah ustalili, że temperatura, w której woda absolutnie musi zamarznąć, wynosi -48°C (-55°F).