วิธีเพิ่มจุดเยือกแข็งของน้ำ

การลดจุดเยือกแข็งของน้ำทำได้ง่าย สิ่งที่คุณต้องทำคือเติมเกลือ น้ำตาล หรือสารละลายอื่นๆ การไปในทิศทางตรงกันข้ามและการเพิ่มอุณหภูมิเยือกแข็งของน้ำนั้นไม่ใช่เรื่องง่ายเลย อันที่จริง นักวิทยาศาสตร์บางคนสงสัยว่ามันทำได้ด้วยซ้ำ อย่างไรก็ตาม ถึงแม้ว่ามันอาจจะเป็นความจริงที่คุณไม่สามารถเพิ่มจุดเยือกแข็งโดยการเพิ่มตัวถูกละลาย นักวิจัยได้ค้นพบวิธีอื่นๆ ในการทำให้จุดเยือกแข็งของน้ำเย็นจัด หนึ่งคือการใช้ไฟฟ้าและอีกส่วนหนึ่งคือการเพิ่มแอลกอฮอล์หรือฮอร์โมนเพศชาย วิธีการเหล่านี้ใช้ได้กับน้ำบริสุทธิ์เท่านั้น

กระบวนการที่ทำให้น้ำกลายเป็นน้ำแข็งนั้นซับซ้อนโดยข้อเท็จจริงที่ว่าน้ำเป็นโมเลกุลที่มีขั้ว ซึ่งหมายความว่าถึงแม้ประจุสุทธิของมันคือศูนย์ แต่ก็มีปลายด้านบวกและด้านลบ เช่น แม่เหล็ก โมเลกุลของน้ำจับกันทางไฟฟ้าซึ่งกันและกันและกับสิ่งเจือปนในน้ำโดยสร้างพันธะไฮโดรเจน และจะรวมตัวกันเป็นน้ำแข็งได้ง่ายขึ้นหากน้ำมีสิ่งเจือปน หากคุณสามารถหาวิธีระงับหยดน้ำบริสุทธิ์ในอากาศโดยที่ไม่ต้องสัมผัสอะไร มันสามารถอยู่ในสถานะของเหลวที่อุณหภูมิต่ำกว่า 0 องศาเซลเซียส (32 องศา ฟาเรนไฮต์). น้ำที่ระบายความร้อนด้วยยิ่งยวดดังกล่าวสามารถอยู่ในสถานะของเหลวได้จนกว่าอุณหภูมิจะลดลงถึง -40 C (-40 F)

การเติมแอลกอฮอล์ลงในน้ำจะเปลี่ยนพฤติกรรม เมื่อเย็นลง แอลกอฮอล์จะสร้างรูปหกเหลี่ยมเหมือนน้ำแข็ง และหยดน้ำจะรวมตัวกันรอบๆ สิ่งเหล่านี้แทนที่จะลอยไปมาอย่างอิสระ โครงสร้างหกเหลี่ยมให้ความคงตัวแบบเดียวกับสิ่งเจือปนที่เป็นของแข็ง การเติมแอลกอฮอล์ นักวิทยาศาสตร์พบว่าสามารถเพิ่มจุดเยือกแข็งของน้ำบริสุทธิ์เป็น 0 C

นักวิทยาศาสตร์ชาวอิสราเอลพยายามใช้วิธีอื่นในการเพิ่มอุณหภูมิซึ่งน้ำที่เย็นจัดมากจะแข็งตัว พวกเขาสร้างเซลล์ที่มีประจุโดยการวางผลึกไพโรอิเล็กทริกไว้ในกระบอกสูบทองแดง พวกเขาวางเซลล์เหล่านี้ไว้ในห้องที่มีความชื้นและลดอุณหภูมิจนน้ำเริ่มควบแน่นบนผลึก พวกเขาลดอุณหภูมิอย่างต่อเนื่องและพบว่าหยดละอองแข็งตัวที่ -12.5 C (9.5 F) บนพื้นผิวที่ไม่มีประจุ แต่บนพื้นผิวที่มีประจุบวก พวกมันแข็งตัวที่ -7 C (19.4 C) บนพื้นผิวที่มีประจุลบ น้ำจะแข็งตัวที่อุณหภูมิ -18 C (-0.4 F)

การทดลองให้ผลลัพธ์ที่น่าประหลาดใจมากยิ่งขึ้น นักวิจัยพบว่าหยดน้ำยังคงเป็นของเหลวบนพื้นผิวที่มีประจุลบเป็นเวลา 10 นาทีที่อุณหภูมิ -11 C (12.2°F) แต่เมื่อประจุหมดไป อาจทำให้ละอองน้ำกลายเป็นน้ำแข็งโดยการเพิ่มอุณหภูมิห้องเป็น -8 C (17.6 F) เหตุผลก็คือการเพิ่มอุณหภูมิห้องทำให้เกิดประจุบวกบนคริสตัล

นักวิทยาศาสตร์ทราบดีว่าการเติมเขม่าลงในน้ำบริสุทธิ์จะทำให้จุดเยือกแข็งเพิ่มขึ้นประมาณ 7 องศาเซลเซียส แต่ก็เทียบไม่ได้กับฮอร์โมนเทสโทสเตอโรนเพศชาย สามารถเพิ่มจุดเยือกแข็งของน้ำบริสุทธิ์ที่ผ่านการ supercooled จาก -40 C ให้สูงถึง -1 C (30.2 F) นักวิจัยไม่แน่ใจว่าวิธีนี้ทำงานอย่างไร แต่พวกเขาสงสัยว่ากลไกนี้คล้ายกับกลไกของแอลกอฮอล์

ปริมาณที่คุณสามารถลดจุดเยือกแข็งของน้ำได้นั้นขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของตัวถูกละลายที่คุณเติม แต่คุณไม่สามารถลดจุดเยือกแข็งอย่างไม่มีกำหนดได้ ในความเป็นจริง จุดศูนย์ของมาตราส่วนฟาเรนไฮต์ (-17.8 C) ถูกกำหนดให้เป็นอุณหภูมิเยือกแข็งของสารละลายอิ่มตัวของน้ำเกลือ เกลือจะไม่ละลายในสารละลายอิ่มตัวอีกต่อไป ดังนั้น 0 F คืออุณหภูมิต่ำสุดซึ่งคุณสามารถลดจุดหลอมเหลวของน้ำด้วยเกลือได้ อย่างไรก็ตาม เป็นไปได้ที่จะทำให้น้ำเย็นจัดเพื่อให้มันอยู่ในสถานะของเหลวที่อุณหภูมิต่ำกว่านั้น นักวิจัยของ University of Utah ได้กำหนดอุณหภูมิที่น้ำจะต้องแข็งตัวเป็น -48 C (-55 F)