Как сделать переохлажденную воду

Добавил пользователь Валентин П.
Обновлено: 10.09.2024

Сразу откроем карты: горячая или тёплая вода замерзает быстрее, чем прохладная или холодная. Этот парадокс называют эффектом Мпембы. О том, почему он срабатывает вопреки логике и какой температуры должна быть вода, чтобы она быстрее превратилась в лёд, читайте в нашей статье.

Эффект Мпембы

Эта история началась более полувека назад, но не получила развязки и по сей день. А всё потому, что, как бы ни старались тысячи пытливых умов со всей планеты, им никак не удаётся найти единственно верное решение загадки Мпембы.

В 1963 году неприметный африканский ученик по имени Эрасто Мпемба (Erasto Mpemba) подметил одну странность: тёплая смесь для мороженого застывает быстрее, чем охлаждённая.

Наблюдение казалось настолько неправдоподобным, что учителю физики оставалось лишь посмеяться над открытием незадачливого экспериментатора. Однако Эрасто был уверен в своей правоте и не побоялся снова стать посмешищем: чуть позже он поднял скользкий вопрос перед Денисом Осборном (Denis Osborne), профессором Университета Дар-эс-Салам, Танзания. Учёный не стал бросаться поспешными выводами и решил изучить проблему. После чего в 1969 году журнал Physics Education опубликовал материал, описывающий парадокс Мпембы.

В общем, вопрос стар как мир, но это лишь подогревает интерес к разгадке. На протяжении нескольких последних десятилетий выдвигалось немало теорий, объясняющих эффект Мпембы. Наиболее вероятные из них были озвучены в 2013 году на торжественном мероприятии, проведённом Королевским химическим обществом Великобритании. Профессиональная ассоциация изучила 22 000 (!) мнений и выделила среди них лишь одно, принадлежащее Николе Бреговичу (Nikola Bregovi?).

Хорватский химик указал на важность процессов конвекции и переохлаждения жидкости при её замерзании.

Холодная вода начинает замерзать сверху, замедляя тем самым процессы теплового излучения и конвекции, а значит, и убыли тепла, тогда как горячая вода начинает замерзать снизу.
Переохлаждённая жидкость — жидкость, имеющая температуру ниже температуры кристаллизации при данном давлении. Переохлаждённая жидкость получается из обычной путём охлаждения при отсутствии центров кристаллизации.

Всемирное признание и чек на 1 000 фунтов стали хорошим вознаграждением. К слову, победителя приветствовали Эрасто Мпемба и Денис Осборн.

Какой должна быть температура воды перед заморозкой

На этот вопрос однозначного ответа всё же нет. Королевское химическое общество хоть и определилось, но не прекратило споры окончательно. До сих пор выдвигаются новые гипотезы и звучат опровержения.

Хотя есть небольшая зацепка: научно-популярный журнал New Scientist провёл исследования и пришёл к выводу, что наилучшие условия для повторения эффекта Мпембы — две ёмкости воды с температурой 35 и 5 °C.

Таким образом, если до вечеринки осталось совсем немного времени, залейте в формочки для льда воду, температура которой сравнима с комнатной температурой жарким летом. Колодезную или прохладную водопроводную воду лучше не использовать.

Один из вариантов употребления безопасной питьевой воды – приготовление ее в домашних условия путем таяния льда. Способ используется приверженцами здорового питания, экономичен и не требует дополнительных затрат.

Только важно соблюдать технологию приготовления, чтобы талая вода получилась вкусной и полезной. О способах приготовления талой воды в домашних условиях расскажем в статье.

Общие правила

Для получения чистой воды путем ее предварительной заморозки, а потом растаивания, необходимо придерживаться определенных правил.

Если просто заморозить воду из-под крана, а потом разморозить, то она не преобразуется в кристально чистую воду.

Важна именно правильная технология, которая доступна в нескольких вариантах. Какая подойдет лучше, зависит от качества изначального продукта, требований к полученной воде.

Как правильно приготовить жидкость для питья дома?

Ежедневно употреблять чистую талую воду несложно, правильно ее приготовить под силу каждому.

Необходимо выбрать правильную тару, которая не выделяет токсичных, вредных соединений, выдерживает низкие температуры, а при увеличении в объеме воды не растрескается.

К воде также есть определенные требования. Она не должна быть кипяченой, дистиллированной и не нужно брать слишком загрязненную. Хотя кристаллизация помогает качественно избавиться от вредных примесей, кардинально изменить химический состав и очистить от примесей раствор будет затруднительно.

Как сделать с удалением первого льда?

Для приготовления талой воды с предварительным удалением льда потребуется:

емкость для замораживания, лучше контейнер из пищевого пластика;
вода — ее можно предварительно настоять, чтобы выветрились некоторые соединения, например, хлор;
морозильная камера — если позволяют погодные условия, то можно освободить место для замораживания на балконе.

Так как талая вода наиболее полезна первые несколько часов, то замораживать большими объемами лед не рекомендуется.

Процесс получения талой воды без дейтерия состоит из следующих этапов:

Вода заливается в предварительно очищенную тару, но не полностью. Кристаллизация ведет к увеличению объема, полная емкость воды может расколоться, или часть льда приоткроет крышку, он впитает посторонние запахи.
Наблюдение и отслеживание формирования первого льда. Он образуется на стенках, дне, и когда слой составит 0,5-1 см можно приступать к следующему этапу.
Очищение или удаление первого льда. Сделав сверху отверстие, оставшуюся еще незатвердевшую воду слить в чистую емкость.

Талая вода с предварительным сбором льда считается наиболее полезной, хотя по вкусу особенных отличий не отмечается.

Получение без удаления первого льда

Технология не предполагает убирать первый лед, но и в этом случае вода получается вкусной и очищенной. Для этого лишь потребуется подходящая емкость, вода и место для заморозки.

Процесс приготовления выглядит так:

Наполняется контейнер или емкость из нержавейки водой, но не полностью, на 70-80% от всего объема. Обязательно закрывается крышкой.
Помещается в морозильную камеру. Чтобы тара не прилипла, на дно можно подложить деревянную доску, картон.
Ожидание частичной или полной заморозки. В зависимости от этого будут зависеть последующие этапы.
Удаление незамерзшей воды. При частичном затвердевании в середине остается вода с высокой концентрацией солей, примесей, и эта область замерзает в последнюю очередь. Рекомендуется сделать отверстие, воду слить, а уже оставшийся лед использовать.
Удаление замерзшей середины. Если лед в виде цельного куска, то середину, все же, надо убрать. Можно постепенно проводить оттаивание, сливать воду, а когда уже будет видна часть с наибольшим количеством примесей (она мутная, светлая), оттаивание прекратить. Другой вариант – сразу расколоть цельный кусок, высечь середину, а уже потом ждать, пока лед растает.

Полезная талая вода получается из прозрачного льда, цель всего процесса этого добиться. При желании можно провести замораживание повторно.

Замораживание почти кипящей H2O

Способ отличается от других особой подготовкой воды, а замораживание можно проводить с удалением первого льда или без него.

Для приготовления потребуется:

кастрюля для нагрева и требуемое количество воды;
емкость для замораживания.

Процесс начинается с подготовки воды, а именно ее нагрева почти до кипящего состояния. В среднем, это 94-96 °C, а визуально — это состояние, когда начинается многочисленное скопление мелких пузырьков, но закипания еще нет. Важно не упустить этот момент, опустить кастрюлю в емкость с холодной водой, чтобы произошло резкое охлаждение.

Взяв подготовленную воду, начинается приготовление талой воды по любому описанному выше способу. Уже изначально вода в некоторой степени очищена, соли в виде накипи выпали в осадок, в середине будет скапливаться меньше мутного льда.

Ошибки и их последствия

Несмотря на легкость процесса приготовления талой воды, иногда допускаются ошибки. Из основных выделяют:

Берется кипяченая, дистиллированная вода или прошедшая максимальную фильтрацию. Сделать такую воду полезной невозможно.
Принудительное топление льда. Структура нарушается, вода становится менее полезной.
Использование стеклянной посуды, тары из сомнительного качества пластика, алюминия. Стекло трескается, а вредные соединения, содержащиеся в материале, из которого выполнена емкость, попадают внутрь организма.

Учет возможных ошибок, а также соблюдение технологии, позволяет обеспечить себя и семью полезной водой без примесей.

Как пить?

Для оздоровления организма нужно пить практически только оттаявшую воду, но не совсем холодную для предупреждения простудных заболеваний. Спустя 6 часов после приготовления, вода уже становится менее полезной. Средний объем употребления – 2-2,5 литра за сутки.

Видео по теме статьи

Как приготовить талую воду в домашних условиях, подскажет видео:

Заключение

Для приготовления талой воды в домашних условиях требуется не так много времени, а выгода и польза очевидна. По качеству она не уступает бутилированным продуктам, а по сравнению с некоторыми марками и превосходит. В ней сохраняются полезные соединения, а большинство вредных удаляется.

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.

Как получить переохлажденную жидкость

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 с переохлажденной жидкостью

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.

При охлаждении дистиллированной воды до минусовой температуры можно получить интересный эффект - она не замерзает, но стоит только потрясти бутылку, как происходит очень быстрое превращение воды в лёд!

Для проведения эксперимента воду купил в "Ашане". Она продаётся в автомобильном отделе. Не открывая бутылку, я положил её на мороз -15 градусов в первом видео, и -12 градусов во втором на несколько часов.

В первом видео вода больше переохладилась, поэтому замерзала быстрее, чем во втором случае.

По возможности, пожалуйста, подпишитесь на мой youtube канал , в будущем может потребоваться определённое число подписчиков.

Судя по комментариям и другим источникам, подобный опыт происходит не только с дистиллированной водой, но и с обычной бутилированной водой и даже с газировкой "Спрайт". Я сам не проверял, поэтому подтвердить или опровергнуть эти данные не могу.

Информация о переохлаждённой жидкости из Википедии: "жидкость, имеющая температуру ниже температуры кристаллизации при данном давлении. Является одним из неустойчивых (метастабильных) состояний жидкости. Переохлаждённая жидкость получается из обычной путём охлаждения при отсутствии центров кристаллизации. Существует точка зрения, что обыкновенное (силикатное) стекло является примером переохлажденного, метастабильного, аморфного состояния вещества. Если очистить воду от примесей, то её можно охладить до температуры -48.3 °C".

Второе видео, где вода находилась при более высокой температуре.

Стоит отличать эксперимент с чистой водой от эксперимента с пересыщенным раствором ацетата натрия, хотя они очень похожи.

Опыт можно легко повторить самостоятельно. Стоит отметить, что часть воды осталась жидкостью и в первом, и, особенно во втором случае. Думаю, для быстрого замерзания всей воды нужна более низкая температура.

Читайте также: