Какво се случва, когато замръзвате вода в контейнер, толкова силен, че водата не може да се разшири в лед?

2024 Автор: Sherilyn Boyd | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-16 10:17

Краткият отговор е, че водата все още се превръща в лед; обаче, ако наистина не може да счупи връзките на контейнера, той е в капан вътре, той се превръща в много различен вид лед, отколкото сме свикнали да виждаме.

Понастоящем познаваме 15 различни "твърди фази" на вода, известен още като лед, като всеки тип е различен поради различната плътност и вътрешна структура. Формата, с която най-добре познавате, е шестоъгълният лед, което се случва, когато водата замръзва нормално при нормални условия. Ако продължавате да намалявате температурата на хексагоналния лед, в крайна сметка той става кубичен лед; настройте по-нататък температурата и налягането и можете да създадете Ice II, Ice III до Ice XV.

Благодарение на присъщите затруднения при създаването на такива високи / ниски налягания и температури, науката се появи доскоро през 2009 г., за да документира напълно всяка известна форма на лед. По-голямата част от окончателните форми на лед бяха открити отчасти от група изследователи от отдела по химия на Оксфордския университет, които успяха да създадат Ice XII, XIV и XV за пръв път.

В случая на "Лед XV", създавайки го, той включваше леда VI и затръшна температурата до -143 градуса по Целзий, преди да го изложи на натиск 10 000 пъти по-голям от атмосферата на Земята. Тази окончателна форма на лед и разширена форма на вода все още успя да изненада дори умовете в Оксфорд, когато се противопостави на всичките им очаквания, но се оказа напълно антифероелектрична, тъй като не можеше да поеме такса.

Но в най-простия смисъл различните форми на лед се създават чрез различна комбинация от налягане и температура, чиито точни комбинации могат да бъдат открити чрез бърз поглед върху фазовата диаграма на водата. Въпреки това учените могат изкуствено да наклоняват скалите в своя полза чрез различни средства. Например, когато създадохме лед XIII и XIV, д-р Кристоф Залцман и неговият екип в Оксфорд използваха внимателни мерки със солна киселина, за да променят температурата, необходима за създаване на лед.

Ако горното изглежда доста просто в схемата на нещата, това е така, защото и други учени, като професор Джон Фини (който беше част от екипа, открил и създал Ice XII през 1996 г.) отбелязал толкова много, когато бил разпитан за това, коментирайки че екипът на Залцман е направил след няколко години това, което другите изследователи не могат да направят в 40-те.

Връщайки се към въпроса под ръка, редовен лед или поне версията, която познавахте, преди да ви разкажем за останалите 14 вида, може да приложи огромни количества сила, когато замръзне и се разшири. Това се дължи на много уникална особеност на водата, главно, че е по-малко плътен като твърдо вещество, отколкото като течност. Това несъответствие на плътността се дължи на това как молекулите на водата реагират при замръзване; водните молекули се съединяват заедно в твърда шестоъгълна структура, която оставя малка, но въпреки това значителна пропаст между атомите, която не е там, когато водата е течна. За любопитните, водата достига най-гъстата точка при 4 градуса по Целзий; всеки хладен или горещ и започва да се разширява.

Толкова точно колко сила може да упражнява ледът? Е, хората се опитват да работят отдавна. През 1784 и 1785 г. един майор Едуард Уилямс се възползвал от времето в Квебек и многократно се опитвал и не успял да намери начин да съдържа лед. Уилямс първоначално се опита да запечата вода вътре в артилерийските черупки, чиито чугунени тапи бяха изстреляни на 475 фута при изумителни 20 фута в секунда, когато налягането стана твърде голямо. Непоколебимо, Уилямс се захвана да закрепи запушалките на място с помощта на куки, само за черупките да се раздели на две.

В друг експеримент беше направен опит да се запълнят оръдия, направени от един инч дебел чугун с вода само за тях, за да се разделят, когато е замръзнал. Академиците във Флоренция по-късно се опитаха да напълнят топка, изработена от мед с дебелина от мед с вода, само за да се спукат, когато беше замръзнала. Те по-късно разработиха, че силата, необходима за това, е с тактова честота около 27,720 паунда.

За по-точен отговор трябва отново да върнете диаграмата на водната фаза, което показва, че ледът ще се превърне в лед II, когато налягането достигне 300 Mega Pascals, което е точно 43,511.31 паунда сила на квадратен инч. С други думи, това е размерът на натиска, който контейнерът би трябвало да може да оцелее, за да спре водата да се превърне в обикновен лед, вместо това да се превърне в лед II.

Така че, за да отговорите на първоначалния въпрос, ако сте замразили вода в контейнер, който е толкова силен, той не би могъл да се превърне в лед, той все пак ще се превърне в лед, а леко различен тип лед по отношение на научната класификация и вътрешната му структура. Науката!

Бонус Факт:

Предполага се, че при натиска някъде между 1,55-5,62 лед ще се превърне в метал.