Ο τίτλος αυτής της θέσης θα φαινόταν μια κατάλληλη ερώτηση για μια εξέταση επιστήμης στοιχειώδους σχολείου, αλλά η απάντηση είναι πολύ πιο περίπλοκη από ό, τι φαίνεται για πρώτη φορά. Έχουμε όλοι διδαχθεί ότι το νερό παγώνει σε 32 βαθμούς Φαρενάιτ, 0 βαθμούς Κελσίου, 273, 15 Kelvin. Ωστόσο, αυτό δεν συμβαίνει πάντα. Οι επιστήμονες έχουν βρει υγρό νερό τόσο κρύο όσο και -40 βαθμούς F σε σύννεφα και ακόμη και δροσισμένο νερό μέχρι -42 βαθμούς Φ στο εργαστήριο. Πόσο χαμηλά θα μπορούσαν να πάνε;
Αυτό αποδεικνύεται ότι είναι ένα δύσκολο πρόβλημα για να απαντήσετε. Όταν το υγρό νερό ψύχεται κάτω από -42 βαθμούς Φ, κρυσταλλώνεται σε πάγο πολύ γρήγορα για τους επιστήμονες να μετρήσουν τη θερμοκρασία του υγρού. Έτσι, η Emily Moore και η Valeria Molinero του Πανεπιστημίου της Γιούτα ανέπτυξαν μια εξεζητημένη προσομοίωση υπολογιστών 32.768 μορίων νερού (λιγότερα μόρια απ 'ότι μπορεί να βρεθεί σε μια σταγόνα βροχής) που τους έδιναν τη δυνατότητα να δουν τι συνέβη με τη θερμική ικανότητα του νερού, την πυκνότητα και τη συμπιεστότητά του καθορίστε τι συνέβη καθώς 4.000 από αυτά τα μόρια πάγωσαν. Τα αποτελέσματά τους εμφανίζονται στο περιοδικό Nature .
Καθώς η θερμοκρασία του νερού προσεγγίζει -55 βαθμούς Φ, τα μόρια του νερού σχηματίζουν τετράεδρα, με κάθε μόριο να συνδέεται χαλαρά με τέσσερα άλλα μόρια. Η πυκνότητα του νερού μειώνεται, η θερμική του ικανότητα αυξάνεται και η συμπιεστότητά του αυξάνεται. "Η αλλαγή στη δομή του νερού ελέγχει τον ρυθμό με τον οποίο σχηματίζεται πάγος", λέει ο Molinero. "Δείχνουμε ότι τόσο η θερμοδυναμική του νερού όσο και η ταχύτητα κρυσταλλοποίησης ελέγχονται από τη μεταβολή της δομής του υγρού νερού που προσεγγίζει τη δομή του πάγου." Κάτω από -55 βαθμούς Φ, μπορεί να υπάρχουν μικροσκοπικά κομμάτια υγρού νερού, αλλά θα το έκαναν μόνο για ένα απίστευτα μικρό χρονικό διάστημα, λέει ο Molinero.
Αυτή η υπερψύξη του νερού είναι δυνατή επειδή το νερό χρειάζεται ένα μικρό πυρήνα ή σπόρο πάγου για τα μόρια για να σχηματίσουν κρυστάλλους και σε πολύ καθαρό νερό "ο μόνος τρόπος για τον σχηματισμό ενός πυρήνα είναι η αυθόρμητη αλλαγή της δομής του υγρού", λέει ο Molinero. Αυτοί οι πυρήνες δεν θα σχηματιστούν ούτε θα αναπτυχθούν αρκετά μεγάλα μέχρι η δομή των υγρών μορίων ύδατος να πλησιάσει εκείνη του συμπαγούς πάγου, η οποία δεν συμβαίνει μέχρι το νερό να γίνει τόσο απίστευτα κρύο.
( ΗΤ: iο9 )
