Название этого поста может показаться подходящим вопросом для экзамена по естественным наукам в начальной школе, но ответ гораздо сложнее, чем кажется на первый взгляд. Нас всех учили, что вода замерзает при 32 градусах по Фаренгейту, 0 градусов по Цельсию, 273, 15 Кельвина. Это не всегда так. Ученые обнаружили в облаках жидкую воду до -40 градусов по Фаренгейту и даже охлаждали воду до -42 градусов по Фаренгейту в лаборатории. Как низко они могли пойти?
Это оказывается сложной задачей, чтобы ответить. Когда жидкая вода охлаждается ниже -42 градусов по Фаренгейту, она слишком быстро кристаллизуется в лед, чтобы ученые могли измерить температуру жидкости. Так, Эмили Мур и Валерия Молинеро из Университета Юты разработали сложную компьютерную симуляцию из 32 768 молекул воды (меньше молекул, чем можно найти в капле дождя), что позволило им увидеть, что произошло с теплоемкостью, плотностью и сжимаемостью воды, когда она переохлаждалась и определите, что произошло, когда 4000 из этих молекул замерзли. Их результаты появляются в журнале Nature .
Когда температура воды приближается к -55 градусов по Фаренгейту, молекулы воды образуют тетраэдры, каждая из которых слабо связана с четырьмя другими молекулами. Плотность воды уменьшается, ее теплоемкость увеличивается, а сжимаемость увеличивается. «Изменение структуры воды контролирует скорость, с которой образуется лед», - говорит Молинеро. «Мы показываем, что как термодинамика воды, так и скорость кристаллизации контролируются изменением структуры жидкой воды, которая приближается к структуре льда». Ниже -55 градусов по Фаренгейту, крошечные кусочки жидкой воды могут все еще существовать, но это будет так только в течение невероятно короткого времени, говорит Молинеро.
Такое переохлаждение воды возможно потому, что для образования молекул молекулами требуется небольшое ядро или семя льда, а в очень чистой воде «единственный способ создать ядро - это самопроизвольно изменить структуру жидкости», - говорит Молинеро. Эти ядра не будут образовываться или расти достаточно большими, пока структура молекул жидкой воды не приблизится к структуре твердого льда, чего не произойдет, пока вода не станет настолько невероятно холодной.
( HT: io9 )
