Tytuł tego postu wydaje się odpowiednim pytaniem do egzaminu naukowego w szkole podstawowej, ale odpowiedź jest o wiele bardziej skomplikowana, niż się wydaje. Wszyscy uczono nas, że woda zamarza w temperaturze 32 stopni Fahrenheita, 0 stopni Celsjusza, 273, 15 Kelvina. Jednak nie zawsze tak jest. Naukowcy znaleźli ciekłą wodę o temperaturze nawet -40 stopni F w chmurach, a nawet schłodzoną wodę do -42 stopni F w laboratorium. Jak nisko mogą zejść?
To okazuje się trudnym problemem. Gdy ciekła woda jest schładzana poniżej -42 stopni F, krystalizuje zbyt szybko w lodzie, aby naukowcy mogli zmierzyć temperaturę cieczy. Tak więc Emily Moore i Valeria Molinero z University of Utah opracowali zaawansowaną symulację komputerową 32 768 cząsteczek wody (mniej cząsteczek niż w kropli deszczu), która pozwoliła im zobaczyć, co się stało z pojemnością cieplną, gęstością i ściśliwością wody podczas jej przechłodzenia i ustalić, co się stało, gdy 4000 tych cząsteczek zamarzło. Ich wyniki pojawiają się w czasopiśmie Nature .
Gdy temperatura wody zbliża się do -55 stopni F, cząsteczki wody tworzą czworościany, przy czym każda cząsteczka luźno wiąże się z czterema innymi cząsteczkami. Gęstość wody maleje, wzrasta jej pojemność cieplna i wzrasta ściśliwość. „Zmiana struktury wody kontroluje szybkość, z jaką tworzy się lód”, mówi Molinero. „Pokazujemy, że zarówno termodynamika wody, jak i szybkość krystalizacji są kontrolowane przez zmianę struktury ciekłej wody, która zbliża się do struktury lodu.” Poniżej -55 stopni F, wciąż mogą istnieć małe kawałki ciekłej wody, ale by to zrobiło Molinero mówi, że tylko przez niewiarygodnie krótki czas.
To przechłodzenie wody jest możliwe, ponieważ woda potrzebuje małego jądra lub ziarenka lodu, aby cząsteczki tworzyły kryształy i w bardzo czystej wodzie „jedynym sposobem na utworzenie jądra jest spontaniczna zmiana struktury cieczy”, mówi Molinero. Jądra te nie utworzą się ani nie będą wystarczająco duże, dopóki struktura cząsteczek ciekłej wody nie zbliży się do struktury stałego lodu, co nie nastąpi, dopóki woda nie stanie się tak niesamowicie zimna.
( HT: io9 )
