Τι συμβαίνει όταν παγώσετε νερό σε ένα δοχείο τόσο ισχυρό το νερό δεν μπορεί να επεκταθεί σε πάγο;

Τι συμβαίνει όταν παγώσετε νερό σε ένα δοχείο τόσο ισχυρό το νερό δεν μπορεί να επεκταθεί σε πάγο;

Κάποιοι αναγνώστες μπορεί να θυμούνται μια τάξη επιστήμης στην οποία ένας ευγενικός δάσκαλος περπάτησε στο μπροστινό μέρος της τάξης για να αναδείξει ένα μικρό, ραγισμένο χαλύβδινο δοχείο, φθαρμένο φαινομενικά από μια απίστευτα ισχυρή, αλλά μικροσκοπική δύναμη. μόνο για τον εν λόγω δάσκαλο να αποκαλύψει ότι η ζημία είχε γίνει από τίποτα περισσότερο από το νερό. Ωστόσο, τι θα συνέβαινε εάν βάλατε το νερό σε ένα δοχείο από το οποίο δεν θα μπορούσε να ξεσπάσει και στη συνέχεια να πάγωσε;

Η σύντομη απάντηση είναι ότι το νερό εξακολουθεί να μετατρέπεται σε πάγο. Ωστόσο, αν πραγματικά δεν μπορεί να σπάσει τους δεσμούς του δοχείου είναι παγιδευμένος μέσα, μετατρέπεται σε ένα πολύ διαφορετικό είδος πάγου από ό, τι συνηθίζαμε να βλέπουμε.

Γνωρίζουμε σήμερα 15 διαφορετικές "στερεές φάσεις" ύδατος, γνωστού και ως πάγο, με κάθε τύπο να διακρίνεται λόγω της διαφορετικής πυκνότητας και της εσωτερικής δομής. Η μορφή με την οποία είναι πιθανότατα πιο εξοικειωμένη είναι ο Εξαγωνικός πάγος που είναι αυτό που συμβαίνει όταν το νερό παγώνει κανονικά υπό κανονικές συνθήκες. Αν συνεχίσετε να χαμηλώνετε τη θερμοκρασία του Hexagonal πάγου, τελικά γίνεται Cubic Ice. ρυθμίστε τη θερμοκρασία και την πίεση περαιτέρω και μπορείτε να δημιουργήσετε Ice II, Ice III μέχρι το Ice Ice.

Λόγω της εγγενής δυσκολίας παραγωγής τέτοιων υψηλών / χαμηλών πιέσεων και θερμοκρασιών, έχει αναλάβει την επιστήμη μέχρι και το 2009 για να τεκμηριώσει πλήρως κάθε γνωστή μορφή πάγου. Η πλειοψηφία των τελικών μορφών του πάγου ανακαλύφθηκε εν μέρει από μια ομάδα ερευνητών στο Τμήμα Χημείας του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης, οι οποίοι κατάφεραν να δημιουργήσουν το Ice XII, XIV και XV για πρώτη φορά.

Στην περίπτωση του πάγου XV, η δημιουργία του περιελάμβανε τη λήψη πάγου VI και χτύπησε τη θερμοκρασία κάτω στους -143 βαθμούς Κελσίου πριν την εκθέσει σε πίεση 10.000 φορές μεγαλύτερη από την ατμόσφαιρα της γης. Αυτή η τελική μορφή πάγου, και υπό μορφή νερού, επέτυχε να εκπλήξει ακόμα και τα μυαλά στην Οξφόρδη, όταν αντιτάχθηκε σε όλες τις προσδοκίες τους, αποδείχτηκε ότι ήταν εντελώς αντιηλεκτροηλεκτρικός, αδυνατώντας να επιβαρυνθεί καθόλου.

Αλλά με την απλούστερη έννοια, οι διάφορες μορφές πάγου δημιουργούνται μέσω ενός ποικίλου συνδυασμού πίεσης και θερμοκρασίας, οι ακριβείς συνδυασμοί των οποίων μπορούν να βρεθούν με μια γρήγορη ματιά στο διάγραμμα φάσης του νερού. Ωστόσο, οι επιστήμονες μπορούν να προσφέρουν τεχνητά τις κλίμακες προς όφελός τους με διάφορα μέσα. Για παράδειγμα, κατά τη δημιουργία του πάγου XIII και του XIV, ο δρ Christoph Salzmann και η ομάδα του στην Οξφόρδη χρησιμοποίησαν προσεκτικά μέτρα υδροχλωρικού οξέος για να αλλάξουν τη θερμοκρασία που απαιτείται για τη δημιουργία του πάγου.

Εάν τα παραπάνω φαίνονται απλά στο πλαίσιο των πραγμάτων, αυτό συνέβη και άλλοι επιστήμονες, όπως ο καθηγητής John Finney (ο οποίος ήταν μέλος της ομάδας που ανακάλυψε και δημιούργησε τον Ice XII το 1996), σημείωσε τόσο πολύ όταν ερωτήθηκε γι 'αυτό, σχολιάζοντας ότι η ομάδα του Salzmann είχε κάνει σε λίγα χρόνια τι άλλοι ερευνητές δεν μπορούσαν να κάνουν σε 40.

Πίσω στο ερώτημα, ο κανονικός πάγος, ή τουλάχιστον η έκδοση με την οποία εξοικειόσασταν, πριν σας είπαμε για τα υπόλοιπα 14 είδη, είναι σε θέση να εφαρμόσει τεράστιες ποσότητες δύναμης όταν παγώσει και επεκταθεί. Αυτό οφείλεται σε ένα πολύ μοναδικό χαρακτηριστικό του νερού, κυρίως ότι είναι λιγότερο πυκνό ως στερεό παρά ως υγρό. Αυτή η ασυμμετρία πυκνότητας οφείλεται στο πώς αντιδρούν τα μόρια του νερού κατά την κατάψυξη. τα μόρια νερού ενώνουν μαζί σε μια άκαμπτη εξαγωνική δομή που αφήνει ένα μικρό, αλλά ωστόσο σημαντικό κενό μεταξύ των ατόμων που δεν υπήρχε όταν το νερό ήταν υγρό. Για τους περίεργους, το νερό φθάνει στο πιο πυκνό σημείο του στους 4 βαθμούς Κελσίου. οποιοδήποτε ψυγείο ή θερμότερο και αρχίζει να επεκτείνεται.

Έτσι ακριβώς πόση δύναμη μπορεί να ασκήσει ο πάγος; Λοιπόν, οι άνθρωποι προσπαθούν να το επιλύσουν εδώ και πολύ καιρό. Το 1784 και το 1785, ένας μεγάλος Edward Williams εκμεταλλεύτηκε τον καιρό στο Κεμπέκ και προσπάθησε επανειλημμένα και απέτυχε να βρει μια μέθοδο που περιέχει πάγο. Ο Williams αρχικά προσπάθησε να σφραγίσει το νερό μέσα στα όστρακα πυροβολικού, τα χυτά ρευματολήπτη του οποίου ξεκίνησαν 475 πόδια σε ένα εκπληκτικό 20 πόδια ανά δευτερόλεπτο όταν η πίεση έγινε πολύ μεγάλη. Αδιάκοπα, ο Williams πήρε στη συνέχεια να αγκυρώνει τα βύσματα στη θέση τους χρησιμοποιώντας γάντζους, μόνο για τα κελύφη να χωρίσουν σε δύο.

Σε ένα άλλο πείραμα έγινε μια προσπάθεια να γεμίσουν κανόνια κατασκευασμένα από χυτοσίδηρο πάχους μιας ίντσας με νερό μόνο για να χωριστούν σε αυτά όταν καταψύχθηκαν. Οι ακαδημαϊκοί στη Φλωρεντία προσπάθησαν αργότερα να γεμίσουν μια μπάλα από χάλκινο χάλκινο πάχους μιας ίντσας με νερό μόνο για να σπάσουν όταν ήταν παγωμένο. Αργότερα ανέπτυξαν ότι η απαιτούμενη δύναμη για να το πράξει χρονίζονταν σε περίπου 27.720 λίρες.

Για μια πιο ακριβή απάντηση, πρέπει να επιστρέψετε για άλλη μια φορά στο διάγραμμα υδατικής φάσης, το οποίο δείχνει ότι ο πάγος θα μετατραπεί σε Ice II όταν η πίεση φτάσει τα 300 Mega Pascals, που είναι ακριβώς 43,511,31 λίβρες δύναμης ανά τετραγωνική ίντσα. Με άλλα λόγια, αυτή είναι η ποσότητα πίεσης που ένα δοχείο θα χρειαζόταν για να επιβιώσει για να σταματήσει το νερό να μετατραπεί σε κανονικό πάγο, αντί να τον μετατρέψει σε Ice II.

Έτσι, για να απαντήσετε στην αρχική ερώτηση, εάν παγώσατε το νερό μέσα σε ένα δοχείο τόσο ισχυρό, δεν θα μπορούσε να μετατραπεί σε πάγο, θα μπορούσε να μετατραπεί σε πάγο, απλά ένα ελαφρώς διαφορετικό είδος πάγου όσον αφορά την επιστημονική ταξινόμηση και την εσωτερική του δομή. Επιστήμη!

Μπόνους Γεγονός:

  • Θεωρείται ότι σε πιέσεις που βρίσκονται κάπου μεταξύ των 1,55-5,62 θεραπειών ο πάγος θα γίνει μεταλλικός.

Αφήστε Το Σχόλιό Σας

Δημοφιλείς Αναρτήσεις

Επιλογή Συντάκτη

Κατηγορία