Заглавието на тази публикация би изглеждало подходящ въпрос за научния изпит в началното училище, но отговорът е много по-сложен, отколкото изглежда първо. Всички сме научени, че водата замръзва при 32 градуса по Фаренхайт, 0 градуса по Целзий, 273, 15 Келвина. Това не винаги е така. Учените откриха течна вода като студена като -40 градуса F в облаци и дори охладена вода до -42 градуса F в лабораторията. Колко ниско можеха да стигнат?
Това се оказва труден проблем да се отговори. Когато течната вода се охлади под -42 градуса F, тя кристализира в лед твърде бързо, за да могат учените да измерват температурата на течността. Така Емили Мур и Валерия Молинеро от Университета в Юта разработиха сложна компютърна симулация на 32 768 молекули вода (по-малко молекули, отколкото могат да бъдат намерени в дъждовна капка), която им позволи да видят какво се е случило с топлинния капацитет, плътността и сгъваемостта на водата, когато тя е била преохладена и определете какво се е случило, тъй като 4000 от тези молекули са замръзнали. Резултатите им се появяват в списанието Nature .
С наближаването на температурата на водата до -55 градуса F, водните молекули образуват тетраедрони, като всяка молекула се свързва слабо към четири други молекули. Плътността на водата намалява, нейният топлинен капацитет се увеличава и нейната компресивност се увеличава. „Промяната в структурата на водата контролира скоростта, с която се образува лед“, казва Молинеро. „Ние показваме, че термодинамиката на водата и скоростта на кристализация се контролират от промяната в структурата на течната вода, която се доближава до структурата на леда.“ Под -55 градуса F все още могат да съществуват малки парченца течна вода, но това би го направило само за невероятно кратко време, казва Молинеро.
Това преохлаждане на водата е възможно, тъй като водата се нуждае от малко ядро или семен лед, за да могат молекулите да образуват кристали и в много чиста вода „единственият начин, по който можете да образувате ядро, е чрез спонтанна промяна на структурата на течността“, казва Молинеро. Тези ядра няма да се образуват или да нараснат достатъчно големи, докато структурата на течните водни молекули се приближи до тази на твърдия лед, което не се случва, докато водата стане толкова невероятно студена.
( HT: io9 )
