Знизити точку замерзання води легко. Все, що вам потрібно зробити, - це додати сіль, цукор або будь-яку іншу розчинену речовину. Піти в зворотному напрямку і підняти температуру замерзання води не так вже й просто. Насправді, деякі вчені сумніваються, що це навіть потрібно робити. Однак, хоча може бути правдою, що ви не можете підняти температуру замерзання, додавши розчинену речовину, дослідники відкрили інші шляхи до точки замерзання переохолодженої води. Один - за допомогою електрики, а другий - за допомогою додавання алкоголю або тестостерону. Ці методи працюють лише з чистою водою.
Почніть із переохолодженої води та додайте спирту
Процес, при якому вода замерзає, ускладнюється тим фактом, що вода є полярною молекулою, а це означає, що, хоча її чистий заряд дорівнює нулю, вона має позитивний і негативний кінець, як магніт. Молекули води електрично зв’язуються між собою та домішками у воді, утворюючи водневі зв’язки, і вони легше зливаються в лід, якщо вода містить домішки. Якщо ви можете знайти спосіб призупинити крапельку чистої води в повітрі, не торкаючись при цьому нічого, він може залишатися в рідкому стані при температурі значно нижче 0 градусів Цельсія (32 градуси Фаренгейта). Така переохолоджена вода може залишатися в рідкому стані, поки температура не впаде до -40 С (-40 F).
Однак додавання алкоголю у воду змінює її поведінку. При охолодженні алкоголь утворює льодоподібні шестикутники, і краплі води зливаються навколо них, замість того, щоб вільно плавати навколо один одного. Гексагональні структури забезпечують той самий тип стабільності, що і тверді домішки. Додаючи алкоголь, вчені виявили, що вони можуть підвищити температуру замерзання чистої води до 0 С.
Електроенергія також може підвищити температуру замерзання води
Ізраїльські вчені спробували інший підхід до підвищення температури, при якій переохолоджена вода замерзатиме. Вони створили заряджені клітини, розмістивши піроелектричні кристали всередині мідних циліндрів. Вони розмістили ці клітини у вологому приміщенні і знизили температуру, поки вода не почала конденсуватися на кристалах. Вони продовжували знижувати температуру і виявили, що краплі замерзали при -12,5 C (9,5 F) на незарядженій поверхні, але на позитивно зарядженій поверхні вони замерзали при -7 C (19,4 C). На негативно зарядженій поверхні вода замерзала при -18 С (-0,4 F).
Експеримент дав ще більш дивовижний результат. Дослідники виявили, що краплі води залишалися рідиною на негативно зарядженій поверхні протягом 10 хвилин при -11 С (12,2 ° F), але коли заряд розсіявся, вони могли призвести до замерзання крапель, підвищивши температуру в приміщенні до -8 C (17,6 F). Причина в тому, що підвищення температури в приміщенні генерувало позитивний заряд на кристалах.
Сажа і тестостерон також працюють
Вчені знають, що додавання сажі до чистої води підвищує температуру замерзання приблизно на 7 градусів Цельсія, але це ніщо в порівнянні з чоловічим гормоном тестостероном. Це може підвищити температуру замерзання чистої води, яка була переохолоджена, з -40 C до -1 C (30,2 F). Дослідники не впевнені, як це працює, але вони підозрюють, що механізм подібний до механізму алкоголю.
Зниження точки замерзання
Кількість, яку ви можете знизити точку замерзання води, залежить від концентрації розчиненої речовини, яку ви додаєте, але не можна знижувати температуру замерзання на невизначений час. Насправді нульова точка шкали Фаренгейта (-17,8 С) визначається як температура замерзання насиченого розчину солоної води. Більше солі не розчиняться в насиченому розчині, тому 0 F - це найнижча температура, до якої можна знизити температуру плавлення води за допомогою солі. Однак можна переохолодити воду, щоб вона залишалася в рідкому стані при ще нижчих температурах. Дослідники Університету штату Юта визначили температуру, при якій вода абсолютно повинна замерзати, до -48 C (-55 F).