Процесс кристаллизации воды, несомненно, удивительный и до некоторых дней считался загадочным, сегодня все тайны удалось полностью раскрыть. Хотя по поводу превращения жидкости в лед уже написано и снято множество материалов, некоторые факты заслуживают отдельного внимания. Многим любознательным личностям будет интересно узнать, почему горячая вода намного быстрей переходит в твердую фазу, а также кто первым смог объяснить этот феномен. А весь процесс кристаллизации лучше разобрать по отдельным пунктам, чтобы даже малейшие тонкости не ускользнули от исследователей, которые будут пользоваться приведенной ниже информацией.
Три общепринятые фазы
Речь идет про 3 агрегатных состояния, которые можно найти даже в школьных учебниках, вещество может быть твердым, жидким, а также газообразным. Но не стоит забывать еще про одну фазу, ученые назвали ее плазмой, поскольку некоторые особенности структуры существенно отличаются от показателей газа. Если взять за основу резкие переходы, например, из жидкости получился пар, такое явление принято называть испарением, обратная стадия именуется как конденсат. Когда твердое вещество постепенно превращается в жидкое, этот процесс будет называться плавлением, а в случае, когда процесс начинает идти в обратном направлении – это кристаллизация.
При каких условиях происходит эффект
Чтобы чистая вода без примесей стала льдом, достаточно температуры -0 градусов, но условия внешней среды должны быть нормальными. У некоторых веществ есть скрытая теплота, которая измеряется на 1 кг, от этого также зависит время и условия кристаллизации. Если брать во внимание именно воду, то ее показатель на литр составит 330 кДж, это самые высокие характеристики среди всех существующих веществ. Обусловлены такие показатели особенной структурой жидкости, а для произведения вычислений скрытой теплоты лучше всегда пользоваться единственной формулой, ее получится найти без особых проблем в интернете.
Отличия льда и жидкости
Чтобы полностью разобраться в процессе кристаллизации, нужно изначально познакомиться с двумя фазами превращений по отдельности. Все основано на протонных связях, которые в рассматриваемом веществе отвечают за скрепление молекул. В жидком состоянии эти своеобразные мосты ведут себя неустойчиво, запросто разрушаются и восстанавливаются заново. Но стоит температуре окружающей среды опуститься до -0 или ниже градусов, как эти протонные связи замирают на месте, формируя интересный рисунок из молекул, которые также постепенно переходят в твердое состояние. Ученые предположили, что без кластеров и водородных связей, температура кристаллизации воды составила бы -100 градусов, позже удалось доказать эту теорию на практике.
Как ведут себя растворы
Не все жидкости одинаково стабильно переходят в твердое состояние, наличие солей в воде отразится на процессе превращения. Для примера стоит привести океанические просторы, такая жидкость способна кристаллизоваться только, если температура опустится до -1,9 градусов. Как известно многим людям, в составе спирта также присутствует обычная вода, но такие растворы способны выдержать даже легкий мороз на улице. Взяв для экспериментов спирт 40%, емкость с веществом будет переходить в твердое состояние только при понижении температуры до -22,5 градусов, а конечная точка кристаллизации зафиксирована на -29,5 градусах. Но есть и исключения, которые не менее завораживают взгляд, речь идет про едкий натрий, который превращается при повышенной температуре.
Горячая вода
Как ни странно, но такой тип жидкости способен замерзать намного быстрей обычной охлажденной воды, хотя этот факт был известен достаточно давно, объяснить его смог только один человек. Им стал совсем юный исследователь Эрасто Мпембе, в 1963 году парень провел множество времени за работой и не покидал лабораторию до самой ночи, труд увенчался успехом. Среди основных причин, которые влияют на своеобразное превращение, Эрасто выделил:
- В горячей воде увеличено количество воздушных пузырей, которые создают множество центров, максимально способствующих ускорению кристаллизации.
- У такой жидкости отмечается повышенная теплоотдача.
- Темп испарения также увеличивается в процессе превращения, что уменьшает объем использованного вещества.
Глядя на все эти факты, становится понятно, почему именно горячая вода на сильном морозе буквально моментально превращается в лед. За достижение парня, его именем был назван эффект, который долго не могли объяснить ученые всего мира.
Типы льда
Привычная для многих людей замерзшая вода может быть разных типов, хотя со стороны эти вещи смотрятся очень просто. Ученые сегодня нашли как минимум 20 модификаций твердого состояния воды, начиная со льда, находящегося в атмосфере и заканчивая анализами, поднятыми из дна Антарктиды. Космические экспедиции доказали, что в нашей галактике еще есть планеты, где также может происходить кристаллизация, речь идет про такие светила как: Уран, Нептун. Достижения ученых на Земле, которые удалось реализовать при помощи изучения воды, а также всех ее состояний, должны обязательно помочь объяснить образование и причины накопления льда на других планетах. Поскольку вопрос о заселении других планет остается открытым с начала полетов людей в космос.
