От училищната физика знаем едва ли не „азбучната“ истина, че водата замръзва при 0 градуса по Целзий. Но това твърдение може да бъде поставено под въпрос. Учените са успели да получат преохладена вода, която не замръзва при минус 68°C.
Те започнали при минус 48°C.
През 2011 г. компютърно моделиране, проведено от физици на университета в американския щат Юта показало, че най-ниската температура, която може да достигне свръхохладена течност, е -48°C. Добре познатите „нула градуса по Целзий“ се отнасят за средна вода, която винаги съдържа определено количество примеси. Микрочастиците се превръщат в зародиши на ледени кристали (т. нар. кристализационни центрове), които постепенно нарастват, заемайки цялото налично пространство.
Още: Защо горещата вода замръзва по-бързо от студената
Да се принуди много чиста вода (например, дестилирана) да премине в кристално състояние е възможно чрез спонтанна промяна на структурата на течността, обяснява ръководителят на проекта Валерия Молинеро.
Физиците са се научили да проследяват скоростта на кристализация на водата до температура от -41°C. При по-нататъшно охлаждане кристализацията настъпва толкова бързо, че е невъзможно да се наблюдават свойствата на останалата вода. Затова Молинеро и колежката й Емилия Мур се обърнали за помощ към компютърното моделиране. Но за да се направят разумни заключения, е необходимо да се наблюдават хиляди кристални зародиши. Затова моделът на Молинеро и Мур включвал 32 768 водни молекули (между другото, по-малко, отколкото в обикновена капка).
В нормално състояние всяка водна молекула „грабва“ своите съседи със слаби водородни връзки, които постоянно се разкъсват и се образуват отново поради топлинни колебания. Но когато достигне -48°C, молекулярната структура на течността се променя: всяка водна молекула образува стабилен тетраедър с четири други водни молекули. Този „междинен лед" улеснява постепенното образуване на истински лед. Това означава, че дори след достигане на -48°C известно количество вода остава в течно състояние, макар и за много кратко време.
През 2020 г. американските учени за пръв път получили преохладена вода, която не замръзва при температура минус 68°C. Изследването показало, че водата всъщност се състои от поне два различни вида течност с различни физични свойства.
Още: Очарователната история (и наука) за замръзването на Ниагарския водопад (ВИДЕО)
„Тази противоречива хипотеза беше един от най-важните въпроси, който не можеше да бъде решен дълго време" - казва един от авторите на изследването, професорът в Градския университет на Ню Йорк Николас Джовамбатиста.
Дълго време учените вярвали, че водата има само едно течно състояние. Тези идеи започнали да се променят в началото на века, когато се изяснило, че пространствената структура и някои физични свойства на водните молекули зависят от това в каква посока са обърнати „спиновете (завъртанията) на водородните атоми“, а също така открили разликите в химичните свойства на две подобни пространствени форми на водни молекули, наречени „паравода“ и „ортвода“. Трудността при отделянето им една от друга породила много дебати дали тези състояния съществуват в действителност или само на теория.
Тези проблеми, както обяснява професор Джовамбатиста, са свързани с факта, че теорията предвижда, че водата ще съществува в две ясно разделими фазови форми само при изключително ниски температури - около минус 60°C).
По правило е възможно водата да се поддържа в течно състояние при температури не по-високи от -48 °C, ако всички примеси се отстранят от нея и се охлади много бързо. На теория водата може да остане течност и при около минус 70 градуса по Целзий, но това е изключително трудно за постигане.
Още: 7 страхотни начина да използвате лед в домакинството
Плътната вода е с около 20% по-тежка от по-леката си разновидност. При определени условия, както показват изчисленията на Джовамбатиста и колегите му, двете форми на преохладена вода не се смесват една с друга. С други думи, те ще си взаимодействат почти по същия начин както обикновената вода и олиото, които образуват два различни слоя, ако се излеят в един и същи съд.
Ако храната в хладилника замръзва - ето какво да направим
