Oamenii de știință îngheață apa cu ajutorul căldurii

Imaginați-vă că apa îngheață solidă chiar în timp ce se încălzește. Acestea sunt trucurile bizare de care oamenii de știință au descoperit acum că apa este capabilă.

Credința populară susține că apa îngheață la 32 de grade Fahrenheit (0 grade Celsius). În mod surprinzător, dacă apa se află într-o sticlă netedă și este lipsită de orice praf, ea poate rămâne lichidă până la minus 40 de grade F (minus 40 de grade Celsius) în ceea ce se numește formă „supraînghețată”. Praful și suprafețele aspre cu care apa se găsește în mod normal în contact în natură pot servi drept miezuri în jurul cărora se formează cristalele de gheață.

Acum, cercetătorul Igor Lubomirsky de la Institutul de Știință Weizmann din Rehovot, Israel, și colegii săi au descoperit o altă modalitate de a controla punctul de îngheț al apei – prin intermediul a ceea ce se numesc filme subțiri piroelectrice cvasi-amorfe. Aceste suprafețe își schimbă sarcina electrică în funcție de temperatură.

Când suprafețele piroelectice sunt încărcate pozitiv, apa devine mai ușor de înghețat, iar când au o sarcină negativă, devine mai greu de înghețat.

Cercetătorii au văzut că apa supraînghețată ar putea îngheța în timp ce este încălzită, atâta timp cât temperatura schimbă și sarcina suprafeței. De exemplu, atunci când apa supraînghețată se află pe o suprafață de tantalat de litiu încărcată negativ, aceasta va îngheța imediat când suprafața este încălzită la 17,6 grade F (minus 8 grade C) și sarcina sa trece la pozitivă.

În mod curios, suprafețele încărcate pozitiv inspiră apa supraînghețată să înghețe de jos în sus, în timp ce suprafețele încărcate negativ o fac să înghețe de sus în jos. Acest lucru are probabil legătură cu modul în care se orientează moleculele de apă – atomii de oxigen încărcați negativ din moleculele de apă se îndreaptă în mod natural spre suprafețele încărcate pozitiv, în timp ce invers este valabil pentru atomii de hidrogen.

„Diferența dintre sarcina pozitivă și cea negativă a fost neașteptată”, a spus Lubomirsky.

Capacitatea de a controla mai bine temperatura de îngheț a apei supraînghețate ar putea fi critică pentru o varietate de aplicații, inclusiv pentru supraviețuirea animalelor cu sânge rece, pentru crioconservarea celulelor și țesuturilor, pentru protejarea culturilor împotriva înghețului și pentru capacitatea de a înțelege și declanșa formarea norilor.

Cercetătorii și-au detaliat descoperirile în numărul din 5 februarie al revistei Science.

• Cele mai populare mituri din știință
• Apa caldă îngheață mai repede decât apa rece?
• Top 10 cele mai mari mistere din știință