Evet, su sıfır santigrat derecenin altında sıvı kalabilir. Bunun gerçekleşmesinin birkaç yolu vardır.
Her şeyden önce, bir malzemenin fazı hem sıcaklığına hem basıncına güçlü bir şekilde bağlıdır. Çoğu sıvı için basınç uygulamak, sıvının donarak katı hale geldiği sıcaklığı artırır. Bir sıvının gevşek, kıvrımlı molekülleri, onları yerine sabitleyen kararlı bağlar oluşturmak için yeterince yavaş ve yeterince yakınlaştığında bir katı oluşur. Bir sıvıya basınç uyguladığımızda, molekülleri birbirine yaklaşmaya zorlarız. Bu nedenle, sıfırın altında olsalar bile kararlı bağlar oluşturabilir ve katı hale gelebilirler.
Yine de su biraz benzersizdir. Su molekülleri katı kristal yapıya bağlandıklarında yayılırlar. Bu yayılma eylemi, buzun sıvı sudan daha az yoğun olmasına ve buzun yüzmesine neden olur. Donma sırasında su moleküllerinin hareketi suya basınç uygulanmasının azalması anlamına da gelir. Donma noktası. Yeterince basınç uygularsanız (su moleküllerinin katı yapıya yayılmasını zorlaştırırsanız), sıfır santigrat derecenin birkaç derece altında sıvı suya sahip olabilirsiniz.
Su Sıfır Derecenin Altında Maddelerle Sıvı Kalabilir!
Basınç uygulamasanız bile, katkı maddeleri kullanarak sıfırın altındaki sıcaklıklarda sıvı suya sahip olabilirsiniz. Tuz gibi katkı maddeleri, bir katı oluşturmak için gereken kimyasal bağlanmaya müdahale eder ve bu nedenle suyun donma noktasını düşürür. Tuz, güçlü sodyum ve klor iyonlarından oluşur. Su molekülleri suda çözündüklerinde birbirlerine değil tuz iyonlarına yapışma eğilimindedir ve bu nedenle hemen donmazlar. Suya daha fazla tuz ekledikçe donma noktası düşmeye devam eder. Yeterince tuz, suyun donma noktası -21 santigrat dereceye kadar düşebilir.
Bu gerçek, yeterli tuz eklenirse -21 santigrat derecedeki suyun hala sıvı kalabileceği anlamına gelir. Sıvı suyun donmasını önlemek yerine, tuzun bu güçlü özelliği, buzu tekrar suya dönüştürmek için de kullanabilirsiniz. Buzlu kaldırımlara tuz serpmek, buzun donma noktasını ortam sıcaklığının altına düşürür ve buz erir. Ancak, ortam sıcaklığı -21 santigrat derecenin altındaysa buzlu yürüyüş yollarına tuz serpmek işe yaramayacaktır. Tuzun suyun donma noktası üzerindeki etkisinin de derin etkileri vardır.
Nasıl Gerçekleşir?
Basınç uygulamasanız ve suya hiçbir şey eklemeseniz bile, sıfır santigrat derecenin altındaki sıcaklıklarda sıvı suya sahip olabilirsiniz. Suyun donarak buza dönüşmesi için, işlemi başlatmak için üzerinde donacak bir şeye ihtiyacı vardır. Bu başlangıç noktalarına “çekirdeklenme merkezleri” diyoruz. Çoğu durumda, sudaki biraz toz, kirlilik ve hatta çok az titreşimler suyun üzerinde donması için çekirdekleşme merkezleri sağlar. Ama suyunuz çok saf ve durgunsa, su moleküllerinin kristalize olacağı hiçbir şey yoktur. Sonuç olarak, çok saf suyu donmadan sıfır santigrat derecenin altına kadar soğutabilirsiniz. Bu durumdaki suya “aşırı soğutulmuş” denir. Standart basınçta saf su, yaklaşık -40 santigrat dereceye kadar aşırı soğutulabilir. Aşırı soğutulmuş su, yalnızca çekirdeklenme merkezlerinin olmaması nedeniyle donmaktan korunur. Bu nedenle, çekirdeklenme merkezleri sağlandıktan sonra (titreşim kadar basit olabilir), aşırı soğutulmuş su hızla donar . Dondurucu yağmur, aşırı soğutulmuş sıvı suyun doğal bir örneğidir. Dondurucu yağmur dünyanın yüzeyindeki bir nesneye çarptığında, bu nesne çekirdeklenme merkezleri sağlar ve yağmur donarak buza dönüşür.