Det är lätt att sänka fryspunkten för vatten. Allt du behöver göra är att tillsätta salt, socker eller något annat löst ämne. Att gå i motsatt riktning och höja frystemperaturen på vattnet är inte alls lika lätt. Faktum är att vissa forskare tvivlar på att det ens görs. Men även om det kan vara sant att man inte kan höja fryspunkten genom att tillsätta ett löst ämne, har forskare upptäckt andra sätt att komma till fryspunkten för underkylt vatten. En är genom att använda elektricitet, och den andra är genom att tillsätta alkohol eller testosteron. Dessa metoder fungerar endast med rent vatten.
Börja med underkylt vatten och tillsätt alkohol
Processen genom vilken vatten fryser kompliceras av det faktum att vatten är en polär molekyl, vilket innebär att även om dess nettoladdning är noll, den har en positiv och negativ ände, som en magnet. Vattenmolekyler binder elektriskt till varandra och till föroreningar i vattnet genom att bilda vätebindningar och de smälter lättare samman till is om vattnet innehåller föroreningar. Om du kan hitta ett sätt att suspendera en droppe rent vatten i luften utan att den rör vid någonting, kan den förbli i flytande tillstånd vid temperaturer långt under 0 grader Celsius (32 grader Fahrenheit). Sådant underkylt vatten kan förbli i flytande tillstånd tills temperaturen sjunker till -40 C (-40 F).
Lägger till alkohol till vattnet ändrar dock dess beteende. Vid kylning bildar alkohol isliknande hexagoner, och vattendropparna smälter samman runt dessa istället för att flyta fritt runt varandra. De hexagonala strukturerna ger samma typ av stabilitet som fasta föroreningar. Genom att tillsätta alkohol har forskare funnit att de kan höja fryspunkten för rent vatten till 0 C.
El kan också höja vattnets fryspunktIsraelska forskare försökte med en annan metod för att höja temperaturen vid vilken underkylt vatten skulle frysa. De skapade laddade celler genom att placera pyroelektriska kristaller inuti kopparcylindrar. De placerade dessa celler i ett fuktigt rum och sänkte temperaturen tills vatten började kondensera på kristallerna. De fortsatte att sänka temperaturen och fann att dropparna frös vid -12,5 C (9,5 F) på en oladdad yta, men på en positivt laddad yta frös de vid -7 C (19,4 C). På en negativt laddad yta frös vattnet vid -18 C (-0,4 F).
Experimentet gav ett ännu mer överraskande resultat. Forskarna fann att vattendropparna förblev flytande på en negativt laddad yta i 10 minuter vid -11 C (12,2 °F), men när laddningen försvann kunde de få dropparna att frysa genom att höja rumstemperaturen till -8 C ( 17,6 F). Anledningen är att en höjning av rumstemperaturen genererade en positiv laddning på kristallerna.
Sot och testosteron fungerar också
Forskare vet att tillsats av sot till rent vatten höjer fryspunkten med cirka 7 grader Celsius, men det är ingenting jämfört med det manliga hormonet testosteron. Det kan höja fryspunkten för rent vatten som har underkylts från -40 C till så högt som -1 C (30,2 F). Forskare är inte säkra på hur detta fungerar, men de misstänker att mekanismen liknar alkoholens.
Sänka fryspunkten
Mängden du kan sänka fryspunkten för vatten beror på koncentrationen av det lösta ämnet du tillsätter, men du kan inte sänka fryspunkten på obestämd tid. Faktum är att nollpunkten på Fahrenheit-skalan (-17,8 C) definieras som frystemperaturen för en mättad lösning av saltvatten. Inget mer salt kommer att lösas upp i en mättad lösning, så 0 F är den lägsta temperaturen till vilken du kan sänka smältpunkten för vatten med salt. Det är dock möjligt att superkyla vatten för att få det att förbli i flytande tillstånd vid ännu lägre temperaturer. Forskare vid University of Utah har bestämt temperaturen vid vilken vatten absolut måste frysa till -48 C (-55 F).
