Понизить точку замерзания воды несложно. Все, что вам нужно сделать, это добавить соль, сахар или другие растворенные вещества. Идти в обратном направлении и поднять температуру замерзания воды не так просто. На самом деле, некоторые ученые сомневаются, что это вообще возможно. Однако, несмотря на то, что может быть правдой, что вы не можете поднять точку замерзания, добавляя растворенное вещество, исследователи обнаружили другие способы повышения точки замерзания переохлажденной воды. Один - с помощью электричества, а другой - путем добавления алкоголя или тестостерона. Эти методы работают только с чистой водой.
Начните с переохлажденной воды и добавьте спирт
Процесс замерзания воды осложняется тем фактом, что вода является полярной молекулой, а это означает, что, хотя ее общий заряд равен нулю, у нее есть положительный и отрицательный конец, как у магнита. Молекулы воды электрически связываются друг с другом и с примесями в воде, образуя водородные связи, и они легче объединяются в лед, если вода содержит примеси. Если вы можете найти способ подвесить каплю чистой воды в воздухе так, чтобы она ни к чему не прикасалась, он может оставаться в жидком состоянии при температурах значительно ниже 0 градусов Цельсия (32 градуса Фаренгейт). Такая переохлажденная вода может оставаться в жидком состоянии до тех пор, пока температура не упадет до -40 C (-40 F).
Однако добавление спирта в воду меняет ее поведение. При охлаждении спирт образует ледяные шестиугольники, и капли воды сливаются вокруг них, а не свободно плавают друг вокруг друга. Гексагональные структуры обеспечивают тот же тип стабильности, что и твердые примеси. Ученые обнаружили, что добавляя спирт, можно поднять точку замерзания чистой воды до 0 C.
Электричество также может повысить температуру замерзания воды
Израильские ученые попробовали другой подход к повышению температуры замерзания переохлажденной воды. Они создали заряженные клетки, поместив пироэлектрические кристаллы внутрь медных цилиндров. Они поместили эти клетки во влажную комнату и снизили температуру до тех пор, пока вода не начала конденсироваться на кристаллах. Они продолжили понижать температуру и обнаружили, что капли замерзали при -12,5 C (9,5 F) на незаряженной поверхности, но на положительно заряженной поверхности они замерзали при -7 C (19,4 C). На отрицательно заряженной поверхности вода замерзла при -18 C (-0,4 F).
Эксперимент дал еще более удивительный результат. Исследователи обнаружили, что капли воды оставались жидкими на отрицательно заряженной поверхности в течение 10 минут при -11 ° C. (12,2 ° F), но когда заряд рассеялся, они могли вызвать замерзание капель, подняв температуру в помещении до -8 ° C. (17,6 F). Причина в том, что повышение температуры в помещении создает положительный заряд на кристаллах.
Сажа и тестостерон тоже работают
Ученые знают, что добавление сажи в чистую воду повышает температуру замерзания примерно на 7 градусов по Цельсию, но это ничто по сравнению с мужским гормоном тестостероном. Он может поднять точку замерзания чистой воды, которая была переохлаждена с -40 C до -1 C (30,2 F). Исследователи не уверены, как это работает, но подозревают, что этот механизм похож на механизм действия алкоголя.
Понижение точки замерзания
Количество, на которое вы можете понизить точку замерзания воды, зависит от концентрации растворенного вещества, которое вы добавляете, но вы не можете снижать точку замерзания бесконечно. Фактически, нулевая точка шкалы Фаренгейта (-17,8 C) определяется как температура замерзания насыщенного раствора соленой воды. Соль больше не растворяется в насыщенном растворе, поэтому 0 F - это самая низкая температура, до которой вы можете понизить точку плавления воды с солью. Однако можно переохлаждать воду, чтобы она оставалась в жидком состоянии при даже более низких температурах. Исследователи из Университета Юты определили, что температура, при которой вода должна замерзнуть, составляет -48 C (-55 F).
