A fost stabilit un nou record în ceea ce privește temperatura la care îngheață apa

Spunem despre lucrurile foarte reci că sunt „reci ca gheața”, dar cât de rece înseamnă asta cu adevărat? Temperatura la care îngheață apa este unul dintre lucrurile pe care le învățăm cu toții înainte de a termina școala: 0 °C.

Totuși, la fel ca atâtea lucruri pe care le învățăm la școală, temperatura la care îngheață apa este un subiect mai complex decât ni s-a predat inițial, scrie IFL Science.

De fapt, apa are multe puncte de îngheț, necesitând adesea temperaturi cu mult sub 0 °C pentru a îngheța. Acum, recordul pentru cât de rece poate fi apa în timp ce rămâne în stare lichidă a fost doborât. Cunoștințele dobândite în acest proces ar putea avea aplicații de la transplanturi de organe până la aeronautică.

Sub 0 ºC, apa are nevoie de un loc de nucleație în jurul căruia poate îngheța. Apa plată de puritate foarte mare nu are locuri de nucleație și poate fi răcită la temperaturi aflate cu mult sub 0 °C fără să înghețe, ca o dovadă în plus pentru cei dornici să demonstreze că lumea este ceva complex. Totuși, adusă la o temperatură suficient de mică, apa va îngheța indiferent cât este de pură.

Dr. Hadi Ghasemi de la Universitatea din Houston a explorat factorii care determină momentul în care apa suprarăcită îngheață. În acest proces, Ghasemi și colegii au anunțat în Nature Communications că au doborât recordul pentru cea mai rece apă lichidă cu o temperatură uimitoare de -44 ºC. Acesta este cu 6 ºC sub recordul anterior.

Picăturile de apă folosite de Gahsemi pentru a stabili noul record erau mult prea mici pentru a fi văzute, de doar câțiva nanometri.

„Sondarea experimentală a temperaturii de îngheț a unor picături de apă din câțiva nanometri a fost o provocare nerezolvată. Aici, prin metrologii nou dezvoltate, am reușit să verificăm înghețarea picăturilor de apă de la scara micronului până la scara de 2 nanometri”, a spus Ghasemi.

Problema, notează lucrarea, este că picăturile mici de apă sunt susceptibile fie să se evapore, fie să se adune, făcându-le greu de studiat individual.

Secretul stă în puritatea apei și în suprafața pe care se află

„Am descoperit că dacă o picătură de apă este în contact cu o interfață moale, va îngheța la o temperatură mai mică decât pe o suprafață tare”, a spus Ghasemi.

Autorii au pus picături de diferite dimensiuni în porii unei membrane de oxid de aluminiu înconjurați de ulei și raportează diferențe majore în ceea ce privește punctul de îngheț între 10 și 2 nanometri.

Fără ulei, pereții membranei au acționat ca locuri de nucleație, iar picăturile au înghețat la temperatura de 0 °C sau aproape de aceasta. Însă combinația de presiune din ulei și lipsa unei suprafețe dure a menținut picăturile lichide.

Cercetările anterioare au arătat că este nevoie de cel puțin 275 de molecule pentru a forma gheață cristalină din apă lichidă.

Picăturile substanțial mai mici de 2 nanometri în diametru nu au moleculele necesare pentru a forma cristale de gheață și s-a descoperit că au nevoie de temperaturi cuprinse îmtre -183 și -158 ºC pentru a fi posibil procesul de nucleație, dar ceva atât de mic nu este neapărat considerat lichid.

Temperatura la care îngheață apa, consecințe în lumea reală

Există consecințe în lumea reală în ceea ce privește temperatura la care îngheață apa. Confruntate cu provocarea de a supraviețui iernilor reci, unele animale își fac propriile substanțe chimice anti-îngheț sau ard alimente pentru a se încălzi.

Altele, totuși, își permit să înghețe, dar o fac în propriile condiții, astfel încât celulele lor să nu se rupă, așa cum s-ar întâmpla în mod normal când se formează cristale de gheață în interior. Broaștele de lemn din Alaska sunt experte în această artă, dar modul în care fac acest lucru nu este pe deplin înțeles.

Dacă ar putea să folosească această tehnică, spitalele ar putea să înghețe organe, în loc să fie nevoite să efectueze transplanturi sub presiunea timpului; sau piloții ar putea controla formarea de gheață pe aripile aeronavei.

Chiar și atunci când nu răcim apa la temperaturi atât de scăzute, înțelegerea modului în care se produce acest lucru ar putea îmbunătăți modelarea formării norilor și, prin urmare, predicțiile vremii și climatice.