Каждый взрослый человек и многие дети знают, что вода может быть в 3 агрегатных состояниях: жидком, твердом и газообразном. Бутилированная не исключение. А еще в школе учат, что вода замерзает или начинает таять строго при 0 °C. Жизненный опыт это правило подтверждает.
В действительности это правило работает не всегда. Иногда люди сталкиваются с тем, что вода в пластиковой бутылке не замерзла, почему это происходит объяснимо с научной точки зрения и не является чем-то сверхъестественным.
Казалось бы все элементарно, еще со школьной скамьи учителя физики учат нас, что если мы хотим заморозить воду, нужно положить пластиковую бутылку в морозилку, и подождать, когда жидкость превратится в лед.
При минусовой температуре за несколько часов молекулы группируются в шестигранники, которые выстраиваются в четырехсторонние пирамиды, образуя кристаллическую решетку. Вода становится твердой. Получается лед.
Все правила имеют исключения. Иногда очищенная питьевая вода может храниться в морозильной камере, не замерзая.
Причины, по которым вода остается жидкой при минусовой температуре, несколько:
• Высокое давление. Большинство жидкостей в такой ситуации, наоборот, замерзнет быстрее, но вода – это что-то уникальное. Увеличение давления замедляет движение молекул, и это мешает им выстроить строгие кристаллические решетки и перейти в твердое состояние.
• Примеси. На способность воды замерзать при нулевой температуре влияет наличие в ней посторонних примесей. Например, обычная поваренная соль снижает температуру кристаллизации до -21 градуса Цельсия. Похоже действует на температуру и скорость замерзания воды сахар.
• Отсутствие примесей. Парадоксально, но отсутствие различного вида добавок, также как и их наличие, препятствует образованию льда. Это относится не только к дистиллированной воде, но и просто к очень чистой. Это странное свойство воды проявляется из-за того, что в очищенной жидкости нет частиц, провоцирующих начало кристаллизации. Однако процесс превращения даже идеально чистой воды в лед может быть запущен пузырьком воздуха, неровностью или частицей грязи на поверхности бутылки.
Таким образом, на вопрос «Почему вода в пластиковой бутылке не замерзает?» может быть дано как минимум 3 ответа.
Исследователи из Франкфуртского университета захотели выяснить, до какой температуры может опуститься чистая вода без замерзания и сумели охладить ее до -48 °C. При температуре от 0 до 47,9 градусов молекулы даже идеально чистой воды начинают быстро и четко соединяться по 4 штуки и структурироваться, образуя тетраэдры. Это состояние ученые назвали промежуточным льдом.
При 48 градусах эти тетраэдры выстраиваются в правильную кристаллическую решетку, то есть жидкость становится твердым телом.
Для выполнения этого эксперимента необходимо выполнить 2 условия: взять очищенную воду и не шевелить емкость с охлаждаемой жидкостью.
Кстати второе условие является основой интересного фокуса с водой. Если налить в пластиковую бутылку очищенную воду комнатной температуры и аккуратно положить емкость в морозильную камеру, а спустя 2-3 часа бережно достать и сильно ударить донышком о твердую поверхность, вода практически мгновенно начнет превращаться в лед. Процесс всегда начинается с горлышка, а заканчивается в точке удара.
Многим кажется, что вода – это очень просто. На самом деле она хранит тайны и загадки, многие из которых до сих пор не разгаданы.
4 вещи о воде, которые знают немногие:
• Холодная вода превращается в лед медленнее, чем горячая. Это утверждение кажется по меньшей мере нелогичным, ведь теплая вода должна сначала стать холодной, а уж потом замерзать. Такой феномен называется «эффект Мпемба» по имени студента из Танзании, который в середине прошлого века впервые обратил внимание на это качество. Физики до сих пор не могут точно объяснить это явление.
• Вода может принимать не 3, а, как минимум, 4 агрегатных состояния (многие ученые считают, что около 20). Если температуру льда понизить до -120 °C, в веществе снова разрушается кристаллическая решетка, оно снова становится жидким. Точнее не совсем жидким, а тягучим, как густой мед. Такое состояние называется «сверхвязкостью», а само вещество – стеклянной или стекловидной водой.
• Вода не всегда имеет химическую формулу H2O. На скорости 1 аттосекунды происходит загадочный квантовый эффект, из H2O она становится H1.5O.
• Вода может «запоминать» вещества, которые когда-либо были в ней растворены.
К перечисленным выше фактам можно относиться скептически, но нельзя отрицать, что вода по праву может называться одним из самых интересных веществ на нашей планете.