Как сделать переохлажденную воду: Переохлажденная жидкость

Содержание

Переохлажденная жидкость

Переохлажденная жидкость — жидкий лед

Общие сведения

Переохлажденная жидкость (метастабильное состояние) – это такая жидкость, температура которой ниже температура кристаллизации при нормальном давлении. Причиной существования переохлажденных жидкостей при атмосферном давлении является отсутствие так называемых центров кристаллизации.

Центром кристаллизации в веществе называется зародыш твердого состояния в веществе, из которого возникает кристаллит – минимальный объем кристалла.

Переохлажденную жидкость можно получить двумя способами:

Очень быстрое охлаждение – замедляет процессы диффузии веществе, которые являются необходимыми для перехода в твердое состояние. Говоря простым языком – охлаждения происходит настолько быстро, что молекулы не успевают выстроиться в кристаллическую решетку.
Устранение центров кристаллизации. Производится посредством очистки жидкости от различных твердых примесей. Дело в том, что примеси значительно снижают работу, требуемую для образования кристаллического зародыша и потому приводят к быстрой кристаллизации всей массы вещества.

Эксперимент в домашних условиях

Суть простейшего эксперимента по переохлаждению воды состоит в том, чтобы использовать очищенную воду для дальнейшего охлаждения, хотя бы в морозильной камере холодильника. Так вода способна находиться в жидком состоянии вплоть до температуры -40°C. Далее, емкость с охлажденной водой достаточно встряхнуть, чтобы вода мгновенно замерзла. Еще более интересное зрелище можно наблюдать, если вылить данную воду в другую емкость. При соприкосновении переохлажденной жидкости с другой емкость – вода мгновенно будет замерзать.

Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!

Просмотров записи: 6792

Запись опубликована: 11. 07.2017
Автор: Владимир Соловьев

Как почувствовать себя волшебником — мгновенная заморозка воды

Кто из нас в детстве не увлекался фокусами? Детство проходит, но вера в чудеса остается. Нехитрые приготовления, и вот вы уже творите настоящее волшебство. Немного научных знаний, ловкость рук и, главное, никакого мошенничества. Предлагаем вам поучаствовать в эксперименте, ход которого очень прост.

Процесс, который запечатлен на видео, называется мгновенной заморозкой воды. Для эксперимента вам понадобится очищенная вода. Конечно, дистиллированную воду достать проблематично, но для нашего случая вполне подойдет очищенная питьевая вода, которая продается в магазине. Пол-литровую бутылку необходимо поместить в морозильную камеру, температура в которой около -15 – 18 градусов. Когда спустя полтора-два часа вы достанете бутылку, вода в ней по-прежнему будет находиться в жидком состоянии, но ее температура будет значительно ниже нуля. Почему же она не замерзает? Все дело в том, что она не содержит в себе примесей, необходимых для кристаллизации льда и может находиться при температуре до минус 40 градусов в жидком состоянии. То есть она уже остыла и готова замерзнуть, но у нее нет для этого подходящих центров кристаллизации, вокруг которых происходит образование льда.

А вот с обычной пресной питьевой водой, содержащей, как правило, растворенные соли, такой трюк не получится. Она начнет замерзать уже в морозильной камере.

Но что же происходит, когда мы достаем бутылку из холода? Как показано на видео, экспериментатор встряхивает бутылку или прикасается к воде кусочком льда. От механического воздействия или соприкосновения с кристаллами льда переохлажденная вода начинает прямо на глазах превращаться в лед. Вода обретает тот самый недостающий центр кристаллизации и, поскольку ее температура значительно ниже нуля градусов, запускается цепная реакция — кристаллики льда пристраиваются друг к другу и постепенно заполняют собой весь объем бутылки.

Обязательно попробуйте сделать такое со своими друзьями или удивите детей! Это очень эффектный эксперимент, а главное, легко выполнимый в домашних условиях.

Неожиданное рядом: переохлажденная вода

В преддверии зимних холодов, когда рачительные хозяева дачных участков уже завершают работу по консервации водопровода, скважины и септика, абсолютно оправдано стоит завести разговор о свойствах воды, возникающих при отрицательных температурах.

До какой минимальной температуры можно охладить воду

Учеными уже давно обнаружено свойство воды не замерзать при 0 °C. Это явление связано с отсутствием центров кристаллизации — частиц, вокруг которых начинает образовываться лед. В роли центров кристаллизации могут выступать взвешенные частицы или пузырьки воздуха. Если таковых нет, жидкость начинает переохлаждаться, то есть ее температура становится ниже уровня замерзания. Например, газированная вода не может быть переохлажденной, потому что огромное количество пузырьков газа провоцирует интенсивное образование кристаллов льда.

Эксперименты показали, что дистиллированную воду можно охладить до –41… –43 °C, и она останется в жидком состоянии. Это минимальная отрицательная температура, при которой не замерзает вода. Но, превратившись в лед, вода может остывать еще больше. То есть температура льда соответствует температуре окружающей среды.

Зачем рыбаки стучат по льду, выходя на него

Вот еще одно интересное качество воды, подмеченное сначала простыми обывателями и лишь позднее взятое на заметку учеными: чтобы увеличить толщину льда на пруду, нужно постучать по его поверхности. Так поступают рыбаки, когда сомневаются в прочности ледяного покрова. Когда температура льда значительно ниже 0 °C, а незамерзшая вода под ним находится в переохлажденном состоянии, удары способствуют появлению центров кристаллизации на границе ледяной корки и воды. Благодаря этому толщина льда возрастает.

Вода в бочке из-под масла

Садоводы всегда опорожняют бочки с водой перед наступлением зимы, чтобы давление увеличившегося льда не разорвало стенки емкости. Но вот интересный факт: подмечено, что в мороз вода, налитая в сосуд, в котором до этого было маслянистое вещество, не кристаллизуется, оставаясь в жидком состоянии при температуре окружающего воздуха –20… –25 °C. Масляная пленка, оставшаяся на стенках и поверхности воды, не дает осесть пузырькам воздуха, вокруг которых должен образовываться лед.

Но если по стенке такой бочки с переохлажденной водой постучать, в емкости тут же начнется активная кристаллизация льда. Такой эксперимент можно попробовать провести в домашних условиях. Достаточно налить воду в бутылку из-под растительного масла и поместить в морозильную камеру.

А знаете ли вы?..

Такое явление, как ледяной дождь, это тоже «происки» переохлажденной воды. Остывая в облаке до температуры ниже точки замерзания, вода мгновенно превращается в лед, коснувшись проводов линий электропередач, ветвей деревьев и любых других поверхностей.

Эксперимент с покадровой анимацией показывает двойственную природу переохлажденной воды

Жидкая вода при температурах значительно ниже нуля имеет два разных варианта расположения молекул, — пишет sciencenews. org со ссылкой на Science.

Молекулы жидкой воды при температурах значительно ниже точки замерзания располагаются двумя способами: либо с высокой плотностью, либо с низкой. Ученые провели эксперимент, предоставляющий новые доказательства этой теории.

Обычно вода замерзает ниже 0° по Цельсию из-за примесей, таких как пыль в воде, на которой могут образовываться кристаллы льда. Но чистая вода, в которой отсутствуют пусковые механизмы кристаллизации, может оставаться жидкой при гораздо более низких температурах, и это явление называется переохлаждением.

В 1990-х годах группа физиков предположила, что при высоких давлениях и очень низких температурах переохлажденная вода распадается на две отдельные жидкости с разной плотностью. При атмосферном давлении, при котором проводился новый эксперимент, переохлажденная вода должна была сохранять некоторые следы такого поведения, что приводило бы к переходному расположению молекул в формациях высокой и низкой плотности.

Хотя эксперименты и намекали на этот эффект, ученые не смогли полностью определить его. «Есть температурный регион, в котором [переохлажденная вода] экспериментально очень трудна для изучения», — говорит Лони Крингл из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории в Ричленде (штат Вашингтон).

При температуре от –113°C до –38°C жидкость кристаллизуется очень быстро, даже если она полностью чистая. Это затрудняет определение ее свойств, поскольку измерения должны проводиться за доли секунды до того, как вода замерзнет.

Теперь Крингл и его коллеги провели такой эксперимент: они нагрели тонкую пленку воды с помощью лазера, а затем быстро охладили жидкость. Попадание на пленку инфракрасным светом показало, как молекулы воды двигаются и образуют структуры. Затем команда повторила этот процесс, чтобы сделать снимки того, как эта структура развивалась с течением времени при нагревании и охлаждении пленки. Это позволило ученым измерить свойства жидкости при температурах, при которых она могла бы быстро кристаллизоваться, если бы находилась там в течение более длительных периодов времени.

Исследователи пришли к выводу, что поведение воды при нагревании и охлаждении можно объяснить сосуществованием двух различных молекулярных структур, как предсказывалось ранее. Однако команда напрямую не измерила плотность этих структур, поэтому требуется дополнительная работа, чтобы подтвердить правильность теории.

«Комбинация методов совершенно новая и оригинальная, — говорит инженер-химик Пабло Дебенедетти из Принстонского университета, который не принимал участия в исследовании.

Лучшее понимание странных свойств переохлажденной воды может помочь ученым понять причуды воды. Например, в отличие от большинства веществ, вода при замерзании расширяется, что делает ее менее плотной, чем ее жидкая форма. Вот почему лед плавает в вашей чашке и стоит на берегу озера, оставляя под собой слой жидкости, который может укрыть водную флору и фауну зимой.

«Вода — очень странная жидкость, — говорит физик Грег Киммел, соавтор исследования, также работающего в Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории.

— Но все с ней знакомы, поэтому мы даже не осознаем, насколько это странно».

[Фото: sciencenews.org]

Осторожно «Лёд» — Администрация Цимлянского района

Гололёд и гололедица

В профессиональной речи синоптиков слова «гололедица» и «гололёд» строго различаются. Сравните фразу в сводках погоды: «Ночью и днем слабый гололёд, на дорогах гололедица».
гололедица — это только лед на дорогах, который образуется после оттепели или дождя при внезапном похолодании.
Гололёд — слой плотного льда, нарастающего на предметах при выпадении переохлажденного дождя или мороси, при тумане и перемещении низких слоистых облаков при отрицательной температуре воздуха у поверхности Земли, близкой к 0°С. гололёд значительно более редкое и опасное явление, особенно для энергетиков и автомобилистов, так как трудно предсказывается, обычно быстро и интенсивно развивается. Чаще всего гололёд возникает при резком потеплении, когда теплый воздух проходит над сильно выхоложенной поверхностью.

Скорость замерзания капель зависит от их размеров и температуры воздуха. От этого в свою очередь зависит и внешний вид гололёда – прозрачный или матовый. Аморфная структура гололёда объясняется тем, что процесс замерзания переохлажденной воды несколько задерживается выделяющейся при этом скрытой теплотой замерзания. Вследствие этого капли, прежде чем замерзнуть, успевают растечься по предмету, образуя сплошной покров льда. Толщина гололёдных отложений порой может достигать многих сантиметров. Под тяжестью образовавшегося льда ломаются ветви деревьев, обрываются провода ЛЭП. Иногда под тяжестью льда разрушаются и стальные опоры ЛЭП. Поэтому такое явление приравнивается к природному бедствию. гололёд покрывает не только горизонтальные, но и вертикальные поверхности — цокольные части строений, деревья. Особенно подвержены обмерзанию обдуваемые ветром объекты — мосты и их опоры, эстакады, столбы. Образование гололёда может происходить также на внешних поверхностях самолетов, пролетающих в толще переохлажденных водяных облаков.

Такое явление называется обледенением. Особенно опасно обледенение, возникающее в слоисто-дождевых облаках на атмосферных фронтах, которые занимают огромные пространства, как по горизонтали, так и по вертикали. гололёд может возникать и при пролете воздушного судна под облаками в условиях переохлажденного дождя. Обледенение самолетов может значительно ухудшать их аэродинамические характеристики и привести к возникновению тяжелых авиационных происшествий.
Гололёд значительно опаснее гололедицы и с точки зрения управляемости и устойчивости автомобиля на дороге. Коэффициент сцепления смачиваемой водой поверхности значительно ниже, чем при отсутствии осадков в виде дождя. Это заметно отражается на выборе скорости движения. При гололёде максимальная безопасная скорость движения на трассе находится в пределах 30-40 км/час, а при гололедице – 60–70 км/час. Более того, в гололедицу у водителя остается шанс найти на проезжей части поверхность, на которой перед наступившим морозом не было воды или которую другие машины еще не отполировали до блеска, чтобы колесам его машины было за что зацепиться.

В гололёд же замерзающий дождь покрывает всю поверхность дороги независимо от того, сколько колес по ней уже проехало.
гололедица превращает города в большой каток. Поскользнуться и упасть можно на каждом шагу.
При падении чаще страдают руки – лучевые кости от локтя до кисти. Падая, человек инстинктивно выставляет вперед руку и всем весом своего тела обрушивается на нее. При неловком падении на бок может пострадать предплечье.
Ноги ломаются, как правило, в области голени. У женщин этому нередко способствует обувь на высоком каблуке. Пожилые люди чаще, чем молодые, ломают позвоночник, шейку бедра. Перелом бедренной кости – особенно тяжкая травма. Даже небольшой удар может вызвать перелом этой хрупкой, тонкой косточки. В 95% процентах случаев – это удел женщин.

Необходимо помнить, что чем быстрее будет оказана медицинская помощь, тем меньше осложнений можно ожидать после травмы.
Всегда помните об осторожности. Выбирайте более безопасный путь, идите там, где меньше льда, где дорожки посыпаны песком, где есть освещение.

Если обойти лед невозможно, передвигайтесь на полусогнутых ногах, старайтесь не отрывать их от земли. Это поможет вам преодолеть опасный участок без падений. Не стоит догонять отходящий общественный транспорт.
Опасности гололёда и гололедицы:

дороги превращаются в ледяной каток;

увеличивается число обращений за медицинской помощью с ушибами, вывихами, переломами;
парализуется уличное движение, на улицах и площадях образуются пробки из автомашин;
движение на трассах блокируется тяжелыми транзитными грузовиками и малоопытными автолюбителями;
обрываются провода, повреждаются опоры, антенны служебных и жилых домов, металлические конструкции;
затрудняется работа автотранспорта, аэропортов;
корка намерзшего льда может вызвать обрыв проводов линий связи и линий электропередачи;
создается угроза перегрузки мачт, башен, кровли;
ограничивается применение воздушного транспорта;
скалывание льда с машин вызывает их порчу;
намерзание осадков в течение зимы приводит к оседанию и протеканию кровли;
ломаются ветви деревьев, нередко деревья вырываются с корнями;

образование ледяной корки на поверхности почвы и кустарниках при круглогодичном выпасе скота мешает добыче корма животными;
при поедании трав, покрытых льдом, у животных появляются простудные заболевания;
гололёд (ледяная корка) мешает передвижению животных — они скользят, падают и нередко повреждают ноги;
снег сдувается с гладкой поверхности льда, а поэтому зимой над ледяной поверхностью стоят низкие температуры, которые вызывают гибель озимых культур.

Как действовать во время гололёда (гололедицы).
Если в прогнозе погоды дается сообщение о гололёде или гололедице, примите меры для снижения вероятности получения травмы.
Выходить на улицу следует в обуви на низком каблуке и с нескользящей подошвой. Используйте противоскользящие приспособления промышленного производства или, в крайнем случае, на подошву наклейте поролон, лейкопластырь или изоляционную ленту, можно натереть подошвы песком (наждачной бумагой). Передвигайтесь осторожно, не торопясь, наступая на всю подошву. При этом ноги должны быть слегка расслаблены, руки свободны. Пожилым людям рекомендуется использовать трость с резиновым наконечником или специальную палку с заостренными шипами. Если вы поскользнулись, присядьте, чтобы снизить высоту падения. В момент падения постарайтесь сгруппироваться, и, перекатившись, смягчить удар о землю.

Особое внимание обращайте на провода линий электропередач, контактных сетей электротранспорта.

Если вы увидели оборванные провода, сообщите администрации населенного пункта о месте обрыва.
При получении травмы обратитесь в травматологический пункт или пункт неотложной медицинской помощи.
Помните! Осторожность и осмотрительность – лучшая профилактика зимнего травматизма.

список тем | главная

Осторожно тонкий лёд!

Первый осенний, зимний лёд коварен. Кажется, что он уже прочен, даже выдерживает у берега тяжесть человека, но стоит сделать несколько шагов, как неожиданно раздаётся треск, и Вы оказываетесь в воде. Чтобы этого не произошло, надо соблюдать осторожность на льду, а самое лучшее, в период ледостава не выходить на лед. Однако каждый год многие люди пренебрегают мерами предосторожности и выходят на тонкий лёд, тем самым, подвергая свою жизнь смертельной опасности.

Это нужно знать

Безопасным для человека считается лёд толщиной не менее 10 сантиметров в пресной воде и 15 сантиметров в солёной.
В устьях рек и притоках прочность льда ослаблена. Лёд непрочен в местах быстрого течения, бьющих ключей и стоковых вод, а также в районах произрастания водной растительности, вблизи деревьев, кустов и камыша.
Если температура воздуха выше 0 градусов держится более трёх дней, то прочность льда снижается на 25%.

Прочность льда можно определить визуально: лёд голубого цвета — прочный; белого — прочность его в 2 раза меньше; серый, матово-белый или с желтоватым оттенком — лёд ненадёжен.

Что делать, если Вы провалились в холодную воду:

Не паникуйте, не делайте резких движений, стабилизируйте дыхание;
Раскиньте руки в стороны и постарайтесь зацепиться за кромку льда, придав телу горизонтальное положение по направлению течения;
Попытайтесь осторожно налечь грудью на край льда и забросить одну, а потом и другую ногу на лёд;
Если лёд выдержал, перекатываясь, медленно ползите к берегу;
Ползите в ту сторону, откуда пришли, ведь лёд здесь уже проверен на прочность.

Если нужна Ваша помощь:

Вооружитесь любой длинной палкой, доской, шестом или верёвкой. Можно связать воедино шарфы, ремни или одежду;
Следует ползком, широко расставляя при этом руки и ноги и толкая перед собой спасательные средства, осторожно двигаться по направлению к полынье;
Остановитесь от находящегося в воде человека в нескольких метрах, бросьте ему верёвку, край одежды, подайте палку или шест;
Осторожно вытащите пострадавшего на лёд, и вместе ползком выбирайтесь из опасной зоны;
Ползите в ту сторону, откуда пришли.

Осторожный пешеход не провалится под лёд.

При переходе по льду необходимо пользоваться оборудованными переправами или проложенными тропами. При их отсутствии, прежде, чем двигаться по льду, следует наметить маршрут и убедиться в прочности льда с помощью палки, пешни. Если пешня проваливается, или в месте удара появляется вода, или лёд трескается, нужно немедленно возвращаться к берегу по своим же следам, делая первые шаги без отрыва ног от поверхности льда.
Во время движения по льду следует обращать внимание на его поверхность, обходить места и участки, покрытые толстым слоем снега. Особую осторожность необходимо проявлять в местах, где быстрое течение; родники; выступают на поверхность кусты, трава; впадают в водоём ручьи и вливаются сточные воды.
Одним из признаков прочности льда является его цвет. Во время дождей, оттепели лёд становится белым (матовым), а иногда желтоватым — такой лёд непрочен и опасен. Тёмные пятна льда со слабым снежным покровом указывает на наличие в этом месте промоины или полыньи. Наиболее прочным бывает лёд с синеватым или зеленоватым оттенком и толщиной не менее 7 сантиметров.
При переходе по льду необходимо следовать друг за другом на расстоянии 5 — 6 метров друг от друга и быть готовым оказать немедленную помощь идущему впереди.
Нельзя кататься и собираться группами на тонком льду, особенно если он запорошен снегом.
Опасно прыгать или сбегать на лёд, когда неизвестна его крепость.
Во время рыбной ловли нельзя пробивать много лунок на ограниченной площади, собираться большими группами.

При переходе по льду на лыжах рекомендуется пользоваться проложенной лыжнёй, а при её отсутствии, прежде чем двигаться по льду следует отстегнуть крепление лыж, снять петли лыжных палок с кистей рук, если имеется рюкзак или ранец необходимо их взять на одно плечо. Расстояние между лыжниками должно быть 5-6 метров. Во время движения по льду, лыжник идущий первым, ударами палок проверяет прочность льда.

Как помочь провалившемуся человеку под лёд.

Оказывая помощь провалившемуся под лёд, приближайтесь к нему ползком (лучше всего подложив под себя лыжи, доску, лестницу или фанеру) раскинув в стороны ноги и руки, иначе Вы сами рискуете провалиться.
Если у Вас под рукой окажутся доска, шест или багор толкайте их перед собой и подайте пострадавшему за 4 — 5 метров от провала. Как только терпящий бедствие ухватится за поданный ему предмет, тяните его ползком на берег или на окрепший лёд.
Если Вы сами провалились под лёд, старайтесь удержаться на поверхности воды и громко зовите на помощь. Не теряя самообладания, постарайтесь выбраться из пролома самостоятельно. Раскиньте для этого руки в стороны и положите их на кромку льда, осторожно вынесите на лёд одну ногу, затем вторую. Мягким движением выкатитесь на лёд и отползите в сторону от места провала.

Помните!

Холод — снижает физическую активность и работоспособность, оказывает тормозящее воздействие на психику человека, замедляется мышечная деятельность. Холод оказывает серьёзное воздействие на мозг человека. При резком воздействии возможен Холодовой шок, остановка сердца. Понижение температуры тела на два градуса при общем переохлаждении вызывает серьёзные нарушения жизнедеятельности организма, на пять градусов — приводит к гибели.

список тем | главная

Переохлажденная вода — это действительно две жидкости в одной.

Вода — ключ к жизни на Земле и одно из наиболее изученных веществ во Вселенной. Большинство его свойств просты и знакомы нам, но некоторые сложны и несколько сбивают с толку.

Например, в то время как вы можете сделать лед в морозильной камере, охладив воду до температуры ниже 0°C, вода также вполне может оставаться жидкой при температуре значительно ниже точки замерзания. Вода действительно сопротивляется замерзанию, пока пылинка или другое твердое вещество не даст ей за что-то цепляться.

Если она не может этого найти, значит, вода остается жидкой — и эта переохлажденная вода в высшей степени странная. Многие популярные видео показывают, как она может сразу стать ледяной при встряске, что действительно круто! Как сообщает в журнале Science, исследователи протестировали переохлажденную воду до температуры -83,15°C и обнаружили, что переохлажденная вода на самом деле представляет собой две жидкости в одной.

Чтобы обнаружить это, команда ударяла по льду лазером и создала пленку из переохлажденной воды на несколько наносекунд. Затем они смогли отслеживать эволюцию, когда вода снова замерзала, и увидели, что форма воды с высокой плотностью сосуществует с версией с низкой плотностью.

«Мы показали, что жидкая вода при чрезвычайно низких температурах не только относительно стабильна, но и существует в двух структурных мотивах», — сказал в своем заявлении старший автор исследования доктор Грег Киммел из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории США. «Полученные данные объясняют давние споры о том, всегда ли сильно переохлажденная вода кристаллизуется, прежде чем сможет уравновеситься. Ответ — нет».

Команда проверила эту двойственность переохлажденной воды в диапазоне температур от -28,15°C до -83,15°C. В соответствии с теоретическими моделями доля переохлажденной воды высокой плотности уменьшается с температурой.

«Ключевое наблюдение заключается в том, что все структурные изменения были обратимыми и воспроизводимыми», — добавила ведущий автор Лони Крингл.

Есть большой интерес к свойствам и поведению переохлажденной воды. Считается, что эта фаза воды может образовываться в верхних слоях атмосферы и образовывать специфические осадки, такие как крупа, когда снежинка покрывается тонкой ледяной коркой. Ожидается, что переохлажденная вода также будет существовать на планетах и в хвосте комет.

Исследование опубликовано в журнале Science.

Источник: IFLScience

Ученые разработали установку, позволяющую получать питьевую воду из воздуха

Фото: mit.edu

Американские и южнокорейские ученые создали прототип установки, позволяющей вырабатывать питьевую воду из воздуха. Результаты работы исследователи опубликовали в журнале Joule.

Ученые отметили, что три года назад они создали концепцию системы, позволяющей собирать влагу на поверхности адсорбирующего материала при использовании суточных перепадов температур. В качества материала использовались металлоорганические каркасы.

В новой установке же используется цеолит. Он отличается стабильностью, высокой эффективностью и легким доступом. Также в систему добавили этап десорбции и конденсации.

Система работает по следующему принципу: батарея собирает солнечное тепло на поверхности системы, нагревая цеолит. Вода, накопленная за ночь, отдается в виде пара, который конденсируется на медной пластине коллектора (она расположена над вторым слоем цеолита).

При этом выделяется тепло, способствующее высвобождению водяного пара. Полученные капли воды направляются в резервуар. Усовершенствованная система позволяет получать около 0,8 литра воды на квадратный метр в день – это в два раза больше, чем при использовании прошлой версии системы.

Ученые утверждают, что одна такая установка может обеспечить питьевой водой несколько человек в отдаленных засушливых районах при ограниченном доступе к электричеству.

Однако данная система может совершенствоваться и дальше. По словам исследователей, даже сейчас известны материалы, которые могут в пять раз увеличивать адсорбцию по сравнению с цеолитом. При этом большое преимущество данной системы заключается в том, что она вырабатывает воду даже при невысоком уровне влажности.

Ранее ученые открыли новое состояние воды. Они сообщили, что переохлажденная вода является двумя жидкостями в одной. Таким образом, опровергается версия, согласно которой глубоко переохлажденная вода кристаллизуется, прежде чем она уравновешивается.

Два метода переохлаждения воды

Вы можете охладить воду ниже заявленной точки замерзания, а затем по команде кристаллизовать ее в лед. Это называется переохлаждением. Вот пошаговая инструкция по переохлаждению воды в домашних условиях.

Метод № 1

Самый простой способ переохлаждать воду — охладить ее в морозильной камере.

Поместите неоткрытую бутылку с дистиллированной или очищенной водой (например, полученной путем обратного осмоса) в морозильную камеру. Минеральная вода или водопроводная вода не очень хорошо переохлаждаться, потому что они содержат примеси, которые могут снизить температуру замерзания воды или же служат центрами зародышеобразования для кристаллизации.
Дайте бутылке с водой спокойно остыть в течение 2-1 / 2 часов. Точное время, необходимое для переохлаждения воды, зависит от температуры морозильной камеры. Один из способов сказать, что ваша вода переохлаждена, — это поставить в морозилку бутылку с водопроводной водой (нечистой воды) одновременно с бутылкой чистой воды. Когда водопроводная вода замерзнет, чистая вода будет переохлаждена. Если и чистая вода замерзает, значит, вы либо слишком долго ждали, либо чем-то испортили емкость, либо вода была недостаточно чистой.
Осторожно удалите переохлажденную воду из морозильной камеры.
Вы можете инициировать кристаллизацию льда несколькими способами. Два самых интересных способа заставить воду замерзнуть — это встряхнуть бутылку или открыть бутылку и вылить воду на кусок льда. В последнем случае струя воды часто будет замерзать от кубика льда обратно в бутылку.

Метод № 2

Если у вас нет пары часов, есть более быстрый способ переохлаждать воду.

Налейте около 2 столовых ложек дистиллированной или очищенной воды в очень чистый стакан.
Поместите стакан в емкость со льдом так, чтобы уровень льда был выше уровня воды в стакане. Избегайте попадания льда в стакан с водой.
Посыпьте лед несколькими столовыми ложками соли. Не допускайте попадания соли в стакан с водой.
Подождите около 15 минут, чтобы вода остыла ниже нуля. Как вариант, вы можете вставить термометр в стакан с водой.Когда температура воды ниже нуля, вода переохлаждена.
Чтобы вода замерзла, налейте ее на кусок льда или бросив в стакан небольшой кусочек льда.

Переохлаждение воды — 2 простых способа переохлаждения воды

Переохлаждение воды легко, если вы используете воду в бутылках. Все, что вам нужно, это ведро со льдом или домашний морозильник.

Переохлаждение воды — это просто и весело. По сути, вы охлаждаете воду ниже точки замерзания и по команде кристаллизуются в лед.Вот пошаговые инструкции по переохлаждению воды двумя разными способами.

Метод № 1: Переохлаждение бутилированной воды

Переохлаждение бутилированной воды в домашней морозильной камере — это очень просто. Единственная «хитрость» в том, что бутилированная вода должна быть достаточно чистой. Вода Fiji — одна из самых надежных марок для использования, но любая вода, очищенная с помощью обратного осмоса или дистилляции, работает хорошо. Вода в бутылках работает лучше, чем вода из-под крана, потому что вода из-под крана содержит крошечные частицы, растворенные минералы и растворенные газы, которые обеспечивают места зародышеобразования для образования льда.Вы все еще можете переохлаждать водопроводную воду, но сначала дайте ей постоять несколько часов, чтобы пузырьки вышли.

Поместите неоткрытую бутылку с водой в морозильную камеру. Также наполните бутылку такого же размера водопроводной водой.
Дайте бутылкам остыть в течение 2–1 / 2 часов. Точное время, необходимое для переохлаждения воды, зависит от температуры морозильной камеры и размера бутылки с водой. Не трогайте ни одну из бутылок, но посмотрите, не замерзла ли вода из-под крана. Когда вода из-под крана замерзает, это означает, что очищенная вода в бутылках переохлаждена.(Если вода в обеих бутылках замерзла, вам нужно растопить лед и начать заново, но проверьте бутылки через меньшее время. Если обе бутылки снова замерзли, вы либо снова слишком долго ждали, либо воды в бутылках недостаточно. чистой.)
Осторожно выньте бутылку с переохлажденной водой из морозильной камеры.
Начните кристаллизацию в лед, встряхнув бутылку или открыв ее и вылив жидкость на кусок льда или кусочек замороженного эскимо.

Метод № 2: переохлаждение стакана воды

Для переохлаждения воды морозильная камера не нужна.Все, что вам нужно, это лед и немного соли. Когда вы посыпаете лед солью, небольшое количество талого льда (жидкая вода) растворяет соль и вызывает снижение точки замерзания. Это понижает температуру льда ниже 0 ° C или 32 ° F. Это удобный способ заморозить домашнее мороженое, которое также подходит для переохлаждения воды.

Наполните большую миску льдом. Посыпьте лед парой столовых ложек соли.
Охладите бутылку с водой (например, бутылку с водопроводной водой) в соленом льду или поместите в таз стакан очищенной воды (с помощью термометра, чтобы вы знали, когда вода переохлаждена).Убедитесь, что уровень льда выше уровня жидкости в емкости.
Для стакана, содержащего всего пару столовых ложек воды, переохлаждение жидкости занимает около 15 минут. Вода в бутылках занимает больше времени, и вам может потребоваться долить лед в миску, если слишком много тает.
Заморозьте переохлажденную воду в лед, потревожив его или бросив в воду небольшой кусок льда.

Как работает переохлаждение воды

Вода обычно замерзает в виде льда при температуре 0 ° C или 32 ° F, но ее можно переохлаждать при обычном давлении до температуры -48. 3 ° C или -55 ° F, если нет центров зародышеобразования, поддерживающих рост кристаллов льда. В нижней части диапазона температур переохлажденная вода представляет собой стеклянную воду. Другими словами, это аморфное твердое тело, а не кристаллический лед. Но чуть ниже точки замерзания он все еще остается жидкостью.

Когда температура опускается ниже точки замерзания, переохлажденная вода не кристаллизуется из-за того, как молекулы воды организуются при охлаждении. Обычный лед — это гексагональный лед (например, шестигранные кристаллы снега), но водородные связи дают воде другие возможности.Переохлажденная вода имеет тетраэдрические молекулы воды и пентамерные кластеры воды. Таким образом, даже несмотря на то, что гексагональный лед более устойчив, чем жидкая вода, он не формирует свою предпочтительную кристаллическую структуру, если только ее не нарушают, потому что тетраэдрическая и пентамерная вода «мешает».

Не можете представить, как работает переохлаждение? Вот отличное объяснение.

Переохлаждение и депрессия точки замерзания

Некоторые люди путают переохлаждение с понижением точки замерзания.В то время как оба процесса приводят к замерзанию жидкости при температуре ниже нормальной точки замерзания, переохлаждение связано с чистым веществом. Понижение точки замерзания происходит, когда растворенные частицы нарушают организацию молекул из жидкой фазы в твердую.

Примеры переохлажденной воды в природе

Переохлаждение воды — это естественное явление. Встречается в кучевых и слоистых облаках. В самолетах используются противообледенительные системы, потому что в противном случае переохлажденная вода кристаллизуется в лед, когда крылья мешают ему.

Ледяной дождь — еще один пример переохлажденной воды. Когда дождь попадает на поверхность, она кристаллизуется в лед.

Если вам понравился этот проект, еще один забавный пример переохлаждения — горячий лед!

Ссылки

Чаплин, Мартин (2004) «Переохлажденная вода». Структура воды и наука.
Debenedetti, P. G .; Стэнли, Х. Э. (2003). «Переохлажденная и стеклянная вода». Физика сегодня . 56 (6): 40–46. DOI: 10.1063 / 1.1595053
Джовамбаттиста, Н.; Angell, C.A .; Sciortino, F .; Стэнли, Х. Э. (июль 2004 г.). «Температура стеклования воды: исследование с помощью моделирования». Письма о физических проверках . 93 (4): 047801. doi: 10.1103 / PhysRevLett.93.047801
Мур, Эмили; Молинеро, Валерия (2011). «Структурные преобразования в переохлажденной воде контролируют скорость кристаллизации льда». Природа . 479 (7374): 506–508. doi: 10.1038 / nature10586

Связанные сообщения

Эксперимент с переохлажденной водой

В этом научном проекте по переохлаждению воды мы покажем вам, как можно сделать «растворимый» лед, охладив воду в морозильной камере, не позволяя ей замерзнуть.

Что вам понадобится:

4-6 закрытых бутылок с водой
Морозильная камера
Прозрачные очки
Большая чаша

Что вы делаете:

Освободите место в морозильной камере и поставьте бутылки с водой по бокам, убедившись, что они ничего не касаются в морозильной камере.
Закройте дверцу морозильной камеры и установите таймер на 2 часа. Через 2 часа проверьте бутылки, чтобы увидеть, не образовался ли внутри них лед. Обращайтесь с бутылками как можно осторожнее и поднимайте их только в том случае, если вам сложно заглянуть внутрь.
Если в ваших бутылках нет кристаллов льда, осторожно закройте морозильную камеру и установите таймер еще на 15 минут, затем проверьте еще раз. При необходимости повторите еще 15 минут.
Пока вы ждете, пока вода не остынет, положите несколько маленьких кусочков льда в миску и поставьте большую миску и стаканы на стойку.
Как только вы заметите лед внутри любой из бутылок, другие ваши бутылки будут готовы, даже если они не заморожены. Очень осторожно достаньте одну из бутылок из морозильной камеры и поставьте ее на прилавок. (Примечание: оставьте другие бутылки в морозильной камере для охлаждения, пока вы не будете готовы их использовать, но не оставляйте их слишком долго, иначе они превратятся в твердый лед! Если вы вытащите их все сразу, они начнут немного прогреться и результаты экспериментов будут не такими впечатляющими. )
Положите один кубик льда в большую миску и очень осторожно снимите крышку с бутылки с охлажденной водой. Медленно налейте воду в миску прямо на кубик льда. Он должен начать замерзать и накапливаться на поверхности льда, как только прикоснется к нему!
Теперь попробуйте налить немного воды в стакан.Что-нибудь случилось? Что произойдет с охлажденной водой, если вы уроните в нее небольшой кусок льда?
Налейте немного воды в другой стакан и подержите в нем кубик льда на секунду. Что случилось? Лед в стакане должен замерзнуть вокруг кубика льда, удерживая его на месте!

Что случилось:

Если вода достаточно чистая и не содержит загрязняющих веществ, таких как пыль или крошечные кусочки других веществ, вы можете снизить ее температуру ниже нормальной точки замерзания (32 ° по Фаренгейту / 0 ° Цельсия) до того, как она фактически начнет замерзать. ! Почему? Для образования льда воде необходимо место зарождения — небольшое место, где может начаться первый кристалл льда. Как только сформируется ледяной кристалл, остальная вода довольно быстро замерзнет.

Бутылки с водой, которые вы оставили в морозильной камере на несколько часов, стали переохлажденными. Это означает, что температура воды была ниже точки замерзания, но поскольку не было места зародышеобразования для образования льда, вода еще не замерзла. Как только вы открыли бутылку и приложили очень холодную воду к твердому куску льда, вода мгновенно замерзла! Кубик льда стал местом зарождения первой капли воды, которая замерзла, и оттуда это было похоже на цепную реакцию, когда все больше и больше воды замерзали на поверхности, создавая слякотную ледяную скульптуру в вашей чаше.

Как вы думаете, что произойдет с чистой водой в бутылках, если вы оставите их в морозильной камере на более длительное время? Замерзнут ли они в конечном итоге или останутся жидкими? Узнайте больше о твердых телах и жидкостях из этого урока естествознания для детей и экспериментируйте с замороженными пузырьками!

Наука о конфетах: Действие в каплях переохлажденной воды

Наука о конфетах: Действие в каплях переохлажденной воды | Exploratorium Хотите большего? Посетите новый веб-сайт Exploratorium о науке о еде.

Прикоснитесь к каплям переохлажденной воды кристаллом льда, и они мгновенно замерзнут. Во время изготовления конфет один кристалл сахара может вызвать кристаллизацию всей партии сахарного сиропа, точно так же, как один кристалл льда в этом процессе вызывает замерзание всей капли воды.
Что мне нужно?	.
• чаша диаметром не менее 4 дюймов
• прозрачная пластиковая пленка
• пипетка
• вода очищенная (вода в бутылках чище, чем вода из-под крана)
• морозильная камера
• таймер
Что мне делать?
1. Натяните полиэтиленовую пленку на горловину чаши.

2. Используйте пипетку, чтобы нанести шесть или более маленьких капель воды диаметром 1/8 дюйма на прозрачную пленку.

3. Поставьте миску с каплями воды в морозильную камеру и установите таймер на 5 минут.

4. Загляните в морозилку. Обратите внимание, что некоторые капли непрозрачны, поскольку представляют собой твердые кристаллические вещества, а другие — прозрачную жидкость.

5. Прикоснитесь к прозрачным каплям жидкости кусочком льда из морозильной камеры или посыпьте капли льда со стенок морозильной камеры.

6. Обратите внимание, что они быстро замерзают.

Что происходит?	.
Очищенную воду можно охладить до температуры ниже точки замерзания (32 ° F), оставив воду в жидком состоянии — это называется переохлажденной водой. Добавление затравочного кристалла в переохлажденную воду вызовет образование кристаллов льда. Уловка здесь в том, что вода должна быть чистой. Любые примеси в каплях воды, такие как частицы пыли, могут вызвать образование кристаллов льда, предотвращая переохлаждение воды.Чем меньше капля, тем больше вероятность того, что в ней не будет примесей. Все затвердевшие капли содержали примеси, которые вызывали образование кристаллов льда. Все капли, оставшиеся жидкими, не содержали примесей. Поэкспериментируйте с количеством времени, в течение которого вы держите капли воды в морозильной камере, прежде чем исследовать их. Точное время зависит от температуры морозильной камеры и размера капель воды. Вы должны найти время, чтобы некоторые капли замерзли, а некоторые остались жидкими.

— — — Домашняя страница Candy — — — Кухня Лаборатория — — —

Science Lab — Как создать переохлажденную воду

Изучение естественных наук не должно быть утомительным.На самом деле, это может быть невероятно весело! Есть множество забавных экспериментов и демонстраций, которые вы можете провести со своими учениками начальной школы. Детям нравится видеть науку в действии, особенно когда это связано с большими взрывами или драматическими эффектами, поэтому вы должны стремиться объединить как можно больше этих научных лабораторий. Здесь мы покажем вам, как провести интересный эксперимент с переохлаждением.

Что такое переохлаждение?

Переохлаждение — это явление, которое возникает, когда жидкость охлаждается ниже точки замерзания, но не превращается в твердое тело.Для этого вода должна быть очень чистой. Согласно онлайн-сообщению, опубликованному Департаментом физики Иллинойского университета в Урбана-Шампейн, когда вода замерзает, она обычно кристаллизуется вокруг примесей в воде. Когда эти примеси удаляются, вода переходит в переохлажденное состояние и не замерзает, если ее не потревожить. Это приводит к завораживающему эффекту, когда бутылка воды мгновенно превращается в ледяную кашу.

Как это работает?

Для этого эксперимента вам понадобятся два материала:

Морозильная камера
Несколько неоткрытых бутылок сверхчистой воды (вода Фиджи — хороший бренд для переохлаждения)

Поместите бутылки в морозильную камеру на время, достаточное для того, чтобы они достигли температуры ниже нуля. Хороших шести часов должно хватить. Если все идет хорошо, вода должна одновременно достичь температуры замерзания и оставаться в жидком состоянии. Помните, что любое толкание может привести к преждевременной кристаллизации, поэтому будьте осторожны, вынимая бутылки из морозильника и относя их в класс. Вы можете добавить грязь или другие примеси, чтобы вызвать замерзание, но лучше просто ударить бутылку о твердую поверхность, чтобы вы могли повторно использовать ее для будущих демонстраций. Рекомендуется сделать это несколько раз самостоятельно, прежде чем показывать своим ученикам, чтобы вы могли понять, как это работает.Это явление обязательно поразит ваших учеников, и оно позволит вам провести веселую и познавательную презентацию о науке о температуре!

Посмотрите видео ниже, чтобы увидеть это в действии!

Просмотры сообщений: 7 822

BBC — Теория взрыва

Видеогид Яна

Для просмотра этого контента у вас должен быть включен Javascript и установлен Flash. Посетите BBC Webwise для получения полных инструкций

Доктор Ян демонстрирует, как превратить воду в лед — с невероятной скоростью!

Чем вы занимаетесь

Ингредиенты для супер-охлаждения.

Возьмите от трех до шести (запечатанных) пластиковых бутылок с минеральной водой.

Положите их все в ведро.

Налейте в пакет со льдом. Добавьте немного воды из-под крана, чтобы было по-настоящему слякоть.

Крышки бутылок должны выступать из-под смеси льда и воды, чтобы с ними было легко работать, не замораживая пальцы.

Наполните ведро льдом, водой и солью.

Сделайте это соленым! Насыпьте в ведро много соли. Мы рекомендуем половину ванны 750 г на три бутылки и всю партию, если, как доктор Ян, вы используете шесть бутылок (хотя это не обязательно).

Переместите бутылки так, чтобы они равномерно располагались среди льда, соли и воды.

Если у вас есть термометр, аккуратно поместите его в ведро (поместите так, чтобы он не падал. Ледяная вода может быть хорошей для белых медведей, но поверьте нам, она холодна для руки человека!)

Доктор Ян не спускает глаз с приза.

Найдите что-нибудь, чем можно развлечься на 30-45 минут. Не уходите слишком далеко, так как вам нужно время от времени возвращаться, чтобы проверять температуру и переворачивать бутылки (осторожно!), Чтобы они охлаждались равномерно.

Проверьте ведро на лед.

Время истекло! Если ваш термометр показывает что-либо от -6 до -8 градусов (Цельсия), то, вероятно, лучше идти. Другой признак того, что он готов, — это слой льда на внешней стороне ведра (если вы используете металлическое ведро).

Осторожно достаньте одну из бутылок.

Он заморожен? В таком случае положите его (вне ведра) и очень осторожно попробуйте другую бутылку.

Доктор Ян держит бутылку переохлажденной воды.

Выберите метод замораживания, который действительно позволяет вашей лодке плавать.Если вы хотите получить прибыль за свои деньги, следуйте этим инструкциям:

Переверните бутылку на бок. Слегка поверните его назад, а затем БУДЬТЕ им о стену.

Если вы предпочитаете замороженный фонтан, попробуйте следующее: возьмите стеклянную чашу и поместите внутрь несколько кубиков льда. Осторожно откройте крышку переохлажденной бутылки с водой. Медленно вылейте его на лед в миске.

Что должно произойти

Бутылка, которой вы ударились о стену, должна быстро превратиться в один большой ледяной блок.Вы должны увидеть изменение цвета по мере того, как лед стекает по бутылке. Вы должны быть чрезвычайно впечатлены и обнаруживать, что призываете других собраться и смотреть, как вы повторяете магию с другой бутылкой.

Если вы попробовали налить воду, то жидкая вода должна превратиться в лед, как только она коснется кубиков льда в миске. Это означает, что вы сможете создать башню из льда, продолжая заливать. Этот метод должен вызывать восхищение у всех, кто его видит, вызывая резкие вздохи и завораживающее «у-у-у» у всех в комнате.

Nerdfighteria Wiki — Как переохладить воду: эксперимент SciShow

При стандартном давлении вода замерзает при 0 градусов Цельсия и закипает при 100 градусах. Стандартная наука, правда? Я имею в виду, что точки замерзания и кипения воды — это то, как мы определяем всю шкалу температур по Цельсию. Вот только вода не всегда замерзает, когда нужно. При подходящих условиях вы можете положить бутылку воды в морозилку на несколько часов, и она не превратится в лед… … Пока вы не добьетесь этого. Это потому, что жидкости подвержены особому, странному состоянию, известному как переохлаждение, когда жидкость ниже точки замерзания, но не затвердевает. Жидкости не сразу становятся твердыми при определенной температуре. Это вовлеченный процесс, и он связан с тем, как молекулы выстраиваются в линию. Будет ли что-то твердым, жидким или газообразным при постоянном давлении, в основном зависит от его энергии, которая исходит от тепла. В газе молекулы теплее, а это значит, что они обладают большей энергией.Они много прыгают, сталкиваются друг с другом и летают в разные стороны. Но в жидкости у молекул меньше энергии. Они все еще двигаются, но их скорость настолько велика, что между ними формируются связи, удерживающие их близко друг к другу и слабо упорядоченные. Теперь, при еще более низких температурах, где у молекул наименьшее количество энергии, они образуют твердое тело. Они все еще немного вибрируют, но в этот момент связи между ними настолько сильны, что они удерживают молекулы на месте. Теперь поговорим о воде в бутылке. Чтобы замерзнуть, воде нужны две вещи: она должна иметь низкую энергию, то есть быть холодной, и она должна образовывать межмолекулярные связи, которые будут удерживать ее вместе как твердое тело. Чтобы эта вторая часть произошла, вода должна сначала сформировать ядро или центральную точку того, что в конечном итоге станет твердым льдом. Это называется местом зарождения вещества. Именно здесь молекулы воды в первую очередь соединяются в точном правильном соединении, формируя структуру кристалла льда.Затем это позволяет другим молекулам воды вокруг него образовывать связи, распространяясь, пока все они не образуют один твердый кусок льда. Однако сайты зарождения обычно не возникают сами по себе; что-то должно их вызвать. И часто примеси в воде действуют как центры зародышеобразования. Крошечного отложения какого-нибудь минерала, например, могло бы быть достаточно, чтобы толкнуть молекулы вокруг него, чтобы они начали превращаться в твердое тело. Или иногда ядро может образоваться, если вода каким-то образом физически нарушена — скажем, немного взболтана.Когда очень холодная вода плещется вокруг, некоторые молекулы будут вставлять рядом друг с другом правильным образом, так что вода сможет начать процесс превращения в лед. Поэтому, если вы хотите переохлаждать воду самостоятельно, вы должны предотвратить оба этих явления — загрязнения и движение. Все, что вам нужно, это морозильная камера, часы и бутылка стандартной очищенной воды аптечного производства. Не используйте минеральную воду, потому что в ней много вещей, которые будут действовать как центры зародышеобразования. Во-первых, просто поставьте бутылку воды в морозилку. Мы действительно хотим, чтобы он был ниже точки замерзания, но чем дольше мы будем держать его там, тем больше вероятность, что молекулы найдут место зарождения. Так что около двух с половиной часов должно помочь. В это время не открывайте морозильную камеру! Охлаждение должно быть постепенным, а изменение температуры при открытии дверцы настолько сильно мешает воде, что она может найти место зарождения. Так что просто оставь это в покое. Если все пойдет хорошо, когда вы достанете бутылку, у вас будет немного переохлажденной воды с температурой ниже нуля. Но, если встряхнуть … Переохлажденные жидкости очень нестабильны. Когда они опускаются ниже точки замерзания, их молекулы ДЕЙСТВИТЕЛЬНО ХОТЯТ образовать твердое тело. Типа, ДЕЙСТВИТЕЛЬНО ПЛОХО. Им управляют законы физики, но они просто не могут им подчиняться. Вот почему даже при небольшой провокации эти переохлажденные молекулы встанут на свои места. Ударяя по столу бутылкой с переохлажденной водой, вы создаете место зародышеобразования и практически мгновенно видите форму кристаллов льда. Что СУПЕР КЛАССНО! Возьми? Очень круто? Спасибо за просмотр этого выпуска SciShow! Если у вас есть идея для эксперимента, который вы хотели бы увидеть, дайте нам знать в комментариях ниже, в Facebook, Twitter или Tumblr.