При какой температуре замерзает вода?
Чистая вода при О °С не замерзает – как и вода морская.
Для того чтобы вода замерзла, ей нужно что-то, к чему могли бы прицепиться ее молекулы. Кристаллы льда формируются вокруг «ядер» – например, частичек пыли. Если же таковых нет, можно охладить воду до -42 °C, прежде чем та начнет замерзать.
Охлаждение воды без замораживания известно как «переохлаждение». Делать это нужно не торопясь. Можно, к примеру, поместить бутылку очень чистой воды в морозильник и переохладить ее. Но стоит вам вытащить бутылку наружу и постучать пальцем по стеклу – вода в момент превратится в лед.
Сверхбыстрое охлаждение воды имеет совершенно иной эффект. Минуя стадию льда (обладающую равномерной кристаллической решетчатой структурой), она трансформируется в хаотическое аморфное твердое тело, известное как «стеклообразная вода» (названная так из-за случайного расположения молекул, схожего со структурой стекла). Для получения «стеклообразной воды» температуру необходимо понизить до -137 °C буквально за пару миллисекунд. «Стеклообразную воду» на Земле можно встретить лишь в стенах лабораторий, но во Вселенной как раз эта форма воды встречается наиболее часто – именно из нее состоят кометы.
Из-за высокого содержания солей морская вода регулярно охлаждается ниже О °С без замерзания. Кровь рыб, как правило, замерзает где-то при -0,5 °C, поэтому морских биологов долго ставил в тупик вопрос: как рыбы ухитряются выживать в полярных морях? Оказывается, такие виды, как антарктическая ледяная рыба и сельдь, вырабатывают в поджелудочной железе белки, впитываемые их кровью. Именно белки препятствуют образованию ядер кристаллизации льда (почти как антифриз в радиаторе автомобиля).
Зная об особенностях воды при низких температурах, вы не удивитесь, узнав, что точка ее кипения (даже при нормальном давлении) – не обязательно 100 °C. Она вполне может быть и гораздо выше. Правда, и здесь жидкость нужно нагревать медленно, причем в сосуде без единой царапины. Именно в царапинах содержатся те самые воздушные полости, возле которых формируются первые пузырьки.
Кипение начинается, когда пузырьки водяного пара, расширяясь, пробивают поверхность воды. Чтобы такое произошло, температура должна быть достаточно высока – настолько, чтобы давление, создаваемое паровым пузырьком, превысило атмосферное. В нормальных условиях это 100 °C, но если в воде нет мест, где могут образовываться пузырьки, для преодоления поверхностного натяжения пробивающихся в жизнь пузырьков требуется больше тепла. (По той же причине надувать воздушный шарик вначале труднее, чем под конец.)
Этим, кстати, объясняется, почему чашка с кипящим кофе может взорваться, забрызгав все вокруг, стоит вынуть ее из микроволновой печи или помешать в ней ложкой. Движение вызовет цепную реакцию, в результате чего вся содержащаяся в кофе вода стремительно испарится.
И наконец, еще одна, последняя водяная странность: горячая вода замерзает быстрее холодной. Первым на это обратил внимание Аристотель еще в IV веке до н. э„однако научный мир признал его правоту лишь в 1963 г. – спасибо упорству танзанийского школьника по имени Эрасто Мпемба. Мальчуган подтвердил слова древнего грека, наглядно продемонстрировав, что подслащенная молочная смесь превратится в мороженое быстрее, если ее сначала нагреть. Но в чем тут секрет, нам неизвестно до сих пор.
