Forskare fryser vatten med värme

Föreställ dig vatten som fryser fast samtidigt som det värms upp. Detta är de bisarra knep som forskare nu har upptäckt att vatten är kapabelt till.

En populär uppfattning är att vatten fryser vid 32 grader Fahrenheit (0 grader Celsius). Överraskande nog kan vatten, om det ligger i en slät flaska och är fritt från damm, förbli flytande ner till minus 40 grader F (minus 40 grader C) i vad som kallas ”superkyld” form. Det damm och de grova ytor som vatten normalt kommer i kontakt med i naturen kan fungera som de kärnor kring vilka iskristaller bildas.

Nu har forskaren Igor Lubomirsky vid Weizmann Institute of Science i Rehovot, Israel, och hans kollegor upptäckt ett annat sätt att styra vattnets fryspunkt – via det som kallas kvasi-amorfa pyroelektriska tunna filmer. Dessa ytor ändrar sin elektriska laddning beroende på deras temperatur.

När pyroelektriska ytor är positivt laddade blir vatten lättare att frysa, och när de har en negativ laddning blir det svårare att frysa.

Forskarna såg att underkylt vatten kan frysa samtidigt som det värms upp, så länge temperaturen ändrar ytladdningen också. Till exempel, när underkylt vatten befinner sig på en negativt laddad yta av litiumtantalat kommer det att frysa fast omedelbart när ytan värms upp till 17,6 grader F (minus 8 grader C) och dess laddning byter till positiv.

Det märkliga är att positivt laddade ytor inspirerar underkylt vatten att frysa nerifrån och upp, medan negativt laddade ytor får det att frysa uppifrån och ner. Detta har sannolikt att göra med hur vattenmolekylerna orienterar sig – de negativt laddade syreatomerna i vattenmolekylerna pekar naturligt mot positivt laddade ytor, medan det omvända gäller för väteatomer.

”Skillnaden mellan den positiva och negativa laddningen var oväntad”, säger Lubomirsky.

Förmågan att bättre kontrollera frystemperaturen hos underkylt vatten skulle kunna vara avgörande för en rad olika tillämpningar, inklusive överlevnad av kallblodiga djur, kryokonservering av celler och vävnader, skydd av grödor från frysning och förmågan att förstå och utlösa molnbildning.

Forskarna redogjorde för sina resultat i tidskriften Science den 5 februari.

• De mest populära myterna inom vetenskapen
• Fryser varmt vatten snabbare än kallt vatten?
• De 10 största mysterierna inom vetenskapen