Может ли вода оставаться жидкой при температуре ниже нуля?

Вода - самое распространённое вещество на поверхности земли Она является основным компонентом организма человека и средой для протекания всех химических процессов. Из уроков физики в школе известно, что вода в любом случае должна замерзнуть при температуре 0 градусов по Цельсию. Еще много лет назад теоретики в ходе работы над аномальными свойствами воды предположили, что жидкая вода может существовать в двух разных состояниях. Дело в том, что в окружающей среде не чистая вода, а растворы различных веществ. Если вода очень чистая и не имеет в своем составе примесей, неоднородностей, которые стали бы «зернами кристаллизации», то в жидком состоянии она может находиться при температурах намного ниже нуля.

В начале 20 века стало известно, что очень высокое давление, которое затрудняет распространение молекул воды в твёрдую структуру, позволяет получить жидкую воду на несколько градусов ниже нуля градусов по Цельсию. Вода затвердеет и останется такой при температуре гораздо выше 0°c. Самые последние новости и интересные материалы о новых технологиях доказывают, что определенные условия охлаждения оставляют чистую воду в жидком состоянии даже при – 44 °C.

Ученым университета в Хьюстоне пришлось сделать ряд исследований, чтобы понять, что процесс превращения воды в лед не такой простой и понятный, как считалось ранее.

Ученые установили, что 0 градусов - не «точка замерзания» воды, при этой температуре начинается замерзание воды. Процесс превращения каждой капли воды в лед зависит от поверхности, с которой она контактирует. Быстрее это происходит на твердой поверхности. Соприкосновение с маслом и гелем продлевает жидкое состояние воды даже после снижения температуры. Неожиданно открытие при этом стало быстрее быстрое замерзание крупных капель, чем мелких.

Целая серия экспериментов по исследованию поведения нестандартных капель размером всего 2 мм показала отличие их свойств во время замерзания от свойств обычных капель диаметром 100 нм. Благодаря этим знаниям становится понятно поведение жидкостей, они позволяют создать качественные системы консервации с помощью глубокой заморозки, а также используются для предотвращения обледенения, например, корпусов самолетов, ведь после перепадов температуры зимой образуется наледь.

Чтобы сформировались кристаллы льда нужна основа, например, в виде частичек пыли. Без этого чистая вода не замерзнет при 0 °C. в жидкости молекулы находятся в постоянном движении, водородные связи между ними остаются слабыми. Из-за практически полного отсутствия в составе дистиллированной воды примесей солей, формирующих центры кристаллизации, начало замерзания происходит с отметки -42 °C. Но и после достижения отметки –48 °C некоторое количество воды остаётся в жидком состоянии, хотя и на очень короткое время за счет изменения молекулярной структуры молекул воды в виде устойчивого тетраэдра с четырьмя другими молекулами воды.

Ядрами кристаллизации выступают растворенные в воде органические и минеральные частицы, а также пузырьки воздуха, трещины и сколы тары, где налита вода. При низких температурах холодная вода мерзнет дольше горячей Из-за большого числа ядер кристаллизации процесс замерзания у горячей воды протекает быстрее, чем у холодной.

Минеральная вода содержит в себе примеси, поэтому температура замерзания будет ниже, чем у обычной воды. Например, обычная поваренная соль снижает температуру кристаллизации до -21 градуса Цельсия.

Именно этим обусловлена главная разница в заморозке этих двух жидкостей: чем меньше примесей, тем более низкая температура потребуется для замерзания. От степени солености воды сильно зависит температура ее замерзания. Чем больше соли в составе воды, тем ниже опускается температура от отметки 0 °C на термометре для образования льда из воды. Например, лед из океанской воды начинает образовываться при температуре -1,9 °C. Сразу же возникает вопрос про представителей полярных морей: у них кровь не замерзает до -0,5 °C благодаря белкам, производимым организмом и насыщаемым кровь, задерживающим процесс кристаллизации.