Titlul acestei postări ar părea o întrebare adecvată pentru un examen de știință din școala elementară, dar răspunsul este mult mai complicat decât apare prima dată. Toți am fost învățați că apa îngheață la 32 de grade Fahrenheit, 0 grade Celsius, 273, 15 Kelvin. Nu este întotdeauna cazul, totuși. Oamenii de știință au găsit apa lichidă la -40 de grade F în nori și chiar apă răcită până la -42 grade F în laborator. Cât de jos ar putea merge?
Aceasta se dovedește a fi o problemă complicată de răspuns. Când apa lichidă este răcită sub -42 grade F, aceasta se cristalizează prea mult în gheață pentru ca oamenii de știință să măsoare temperatura lichidului. Așadar, Emily Moore și Valeria Molinero de la Universitatea din Utah au dezvoltat o simulare computerizată sofisticată de 32.768 de molecule de apă (mai puține molecule decât pot fi găsite într-o ploaie), care le-au permis să vadă ce s-a întâmplat cu capacitatea de căldură, densitatea și compresibilitatea apei, pe măsură ce a fost suprapusă și determinați ce s-a întâmplat pe măsură ce 4.000 din moleculele respective au înghețat. Rezultatele lor apar în revista Nature .
Pe măsură ce temperatura apei se apropie de -55 grade F, moleculele de apă formează tetraedri, cu fiecare moleculă se leagă ușor de alte patru molecule. Densitatea apei scade, capacitatea de căldură crește și compresibilitatea crește. „Modificarea structurii apei controlează viteza cu care se formează gheața”, spune Molinero. „Arătăm atât termodinamica apei, cât și viteza de cristalizare sunt controlate de modificarea structurii apei lichide care se apropie de structura gheții.” Sub -55 grade F, pot exista în continuare fragmente minime de apă lichidă, dar ar face acest lucru doar pentru un timp incredibil de scurt, spune Molinero.
Această supraîncălzire a apei este posibilă, deoarece apa are nevoie de un nucleu mic sau sămânță de gheață pentru ca moleculele să formeze cristale și în apă foarte pură „singurul mod în care poți forma un nucleu este schimbând spontan structura lichidului”, spune Molinero. Aceste nuclee nu se vor forma sau crește suficient de mari până când structura moleculelor de apă lichidă nu se va apropia de cea a gheții solide, ceea ce nu se întâmplă până când apa nu devine atât de rece.
( HT: io9 )
