Жидкая вода температурой минус 42,55 градуса Цельсия — реальность

Учёные переохладили воду до рекордно низкой температуры, поставив новый рекорд!

Более ранние опыты физиков показывали переохлаждение воды до температуры минус 41 градус по Цельсию. Используя вакуумный метод испарения, учёные удачно переохладили объём из капель воды до показателя в минус 42,55 градуса Цельсия, таким образом обновив существующий температурный рекорд переохлаждения воды.

Интересно, что вода при этом остаётся в жидком состоянии!

Научные работы в данной области позволяют физикам глубже изучить разрушение водородных связей при кристаллизации льда. 

Переохлаждённые до -39 градусов водяные капли можно встретить в природе, они находятся в ионосфере.

При какой температуре замерзает вода?

Ответ на самом деле гораздо сложнее, чем "ноль градусов".

Этот вопрос, казалось бы, является подходящим вопросом для экзамена по науке в начальной школе, но ответ намного сложнее, чем кажется. Нас всех учили, что вода замерзает при 32 градусах Фаренгейта, 0 градусах Цельсия, 273,15 Кельвина. Но это не всегда так. 

Учёные нашли жидкую воду температурой -40 градусов F в облаках и даже охлаждённую воду до -42 градусов F в лаборатории. 

До чего здесь можно дойти?

Это оказывается сложной проблемой, ответить непросто!

-42 по Фаренгейту — это  41,11111111 по Цельсию.

-55 по Фаренгейту — это -48,33333333 по Цельсию.

Когда вода охлаждается ниже -42 градусов по Фаренгейту, она кристаллизуется в лёд слишком быстро для учёных, чтобы успеть измерить температуру жидкости. Таким образом, Эмили Мур и Валерия Молинеро из Университета штата Юта разработали сложную компьютерную симуляцию 32 768 молекул воды (это меньше молекул, чем можно найти в капле дождя), которые позволяют им увидеть, что случилось с тепловой мощностью, плотностью и сжимаемостью воды, когда она переохлаждена, и определить, что произошло, когда замёрли 4000 из этих молекул. Результаты их исследования опубликованы в журнале Nature.

По мере того как температура воды приближается к -55 градусам F, молекулы воды формируют тетраэдры, каждая молекула свободно крепится к 4 другим молекулам. Плотность воды уменьшается, увеличивается её теплоёмкость и увеличивается её сжимаемость.

Изменение структуры воды контролирует скорость, с которой образуется лёд. Как термодинамика воды, так и скорость кристаллизации контролируются изменением структуры жидкой воды, приближающейся к структуре льда.

Ниже -55 градусов F крошечные кусочки жидкой воды могут всё ещё существовать, но только в течение невероятно короткого времени.

Такое переохлаждение воды возможно, потому что вода нуждается в небольшом ядре или семени льда, чтобы молекулы образовали кристаллы, и в очень чистой воде единственный способ сформировать ядро — это спонтанно изменить структуру жидкости. Эти ядра не будут образовываться или расти достаточно большими, пока структура молекул жидкой воды не приблизится к структуре твёрдого льда, что не произойдёт, пока вода не станет такой невероятно холодной.

Так что такой простой детский вопрос, оказывается, вовсе не прост!