Der Titel dieses Beitrags scheint eine angemessene Frage für eine naturwissenschaftliche Grundschulprüfung zu sein, aber die Antwort ist weitaus komplizierter, als es zunächst erscheint. Wir alle haben gelernt, dass Wasser bei 32 Grad Fahrenheit, 0 Grad Celsius, 273, 15 Kelvin gefriert. Dies ist jedoch nicht immer der Fall. Wissenschaftler haben festgestellt, dass flüssiges Wasser in Wolken bis zu -40 Grad Celsius kalt und im Labor sogar auf -42 Grad Celsius abgekühlt ist. Wie tief könnten sie gehen?
Das ist ein kniffliges Problem. Wenn flüssiges Wasser unter -42 ° F abgekühlt wird, kristallisiert es zu schnell zu Eis, als dass Wissenschaftler die Temperatur der Flüssigkeit messen könnten. Emily Moore und Valeria Molinero von der Universität von Utah entwickelten eine ausgeklügelte Computersimulation von 32.768 Wassermolekülen (weniger Moleküle als in einem Regentropfen zu finden sind), mit der sie sehen konnten, was mit der Wärmekapazität, Dichte und Kompressibilität des Wassers beim Unterkühlen und Abkühlen geschah Bestimmen Sie, was passiert ist, als 4.000 dieser Moleküle eingefroren sind. Ihre Ergebnisse erscheinen in der Zeitschrift Nature .
Wenn sich die Temperatur des Wassers -55 Grad F nähert, bilden die Wassermoleküle Tetraeder, wobei jedes Molekül lose an vier andere Moleküle bindet. Die Dichte des Wassers nimmt ab, seine Wärmekapazität nimmt zu und seine Kompressibilität nimmt zu. "Die Veränderung der Wasserstruktur steuert die Geschwindigkeit, mit der sich Eis bildet", sagt Molinero. "Wir zeigen, dass sowohl die Thermodynamik des Wassers als auch die Kristallisationsrate durch die Änderung der Struktur des flüssigen Wassers gesteuert werden, die sich der Struktur des Eises nähert." nur für eine unglaublich kurze Zeit, sagt Molinero.
Diese Unterkühlung von Wasser ist möglich, weil Wasser einen kleinen Kern oder Keim aus Eis benötigt, damit die Moleküle Kristalle bilden können. In sehr reinem Wasser „können Sie einen Kern nur bilden, indem Sie die Struktur der Flüssigkeit spontan ändern“, sagt Molinero. Diese Kerne bilden sich nicht oder werden nicht groß genug, bis sich die Struktur der flüssigen Wassermoleküle der von festem Eis annähert, was erst geschieht, wenn das Wasser so unglaublich kalt wird.
( HT: io9 )
