Mokslo ir technologijų pasaulis

Dar ankstyvoje vaikystėje išmokstame, kad temperatūrai pasiekus 0 laipsnių pagal Celsijų vanduo virsta ledu. Priemaišų turintis vanduo suledėja vos aukštesnėje temperatūroje, tačiau esmė lieka nepakitusi - šaldant vandenį gaunamas ledas. Bet ar patikėtumėte, kad ledu virstantis skystas vanduo iš tikrųjų išskiria šilumą?

Savo gėrius tikriausiai vėsinate ledo kubeliais. Į šaldiklį padėtas vanduo suledėja, sukietėja ir tampa tikrų išsigelbėjimu vasarą. Tačiau jei į šaldiklį padėsite itin tyro vandens butelį (pavyzdžiui, distiliuoto), jis ten gali praleisti kelias valandas ir ledu nepavirsti, nors jo temperatūra nukris žemiau 0 °C. Taip yra, nes ledo kristalų formavimuisi reikalingi kristalizacijos branduoliai - priemaišos arba staigus mechaninis stimulas.

Kuo čia dėta šiluma, išsiskirianti skystam vandeniui virstant ledu? Skysto vandens molekulės juda labai laisvai ir greitai. Jos negali nutolti viena nuo kitos, tačiau ir nesulimpa, nesuformuoja tvirtų jungčių. Vandens molekulės skystoje būsenoje turi daug kinetinės energijos, tačiau šaldant jos lėtėja, kol galiausiai pradeda viena su kita sulipti. Susiformuoja tvirti, standūs ryšiai ir skystis virsta kietu kūnu.

Tačiau, kaip minėta, labai tyro vandens atveju taip nenutinka, kol į vandenį nepatenka koks nors kristalas ar jis nesutrenkiamas. Tai tarsi surikiuoja molekules taip, kad jos galėtų suaugti tarpusavyje. Taigi, jei į šaldiklį padėtas vanduo nevirto ledu, į butelį pakanka trinktelėti šaukštu ir jo turinys jūsų akyse suledės. Bet ne visiškai.

Tą stadiją, kuomet tyras vanduo yra žemiau ledo temperatūros, bet išlieka skystas, galima palyginti su suspausta spyruokle. Menkas impulsas leidžia jai atsipalaiduoti, prasideda reakcija, kurios metu, vėlgi, išskiriama energija. Šis kristalų formavimasis išskiria šilumą, kurios galbūt ir neįmanoma pajusti, bet įmanoma išmatuoti, pavyzdžiui, termokamera ar bekontakčiu termometru. Įdomu tai, kad ši šiluma, išskiriama susijungiant vienoms molekulėms, trukdo susijungti kitoms. Todėl vanduo nepavirsta vientisu kietu ledu, o tik į šlapią sniegą panašia mase.

Štai geresnis paaiškinimas vaizdo įraše

Ta menka šiluma, kuri išsiskiria vandeniui keičiant agregatinę būseną, yra viena iš priežasčių, kodėl gausiai sningant truputį pakyla aplinkos temperatūra. Aišku, tik viena iš priežasčių - vienu metu gali ir snigti, ir būti labai šalta.

Beje, panašų eksperimentą galite atlikti ir jūs. Labai tyrą vandenį turite padėti kelioms valandoms į šaldiklį. Svarbu, kad šaldiklis visą šį laiką būtų nejudinamas, turite būti atsargūs net atidarydami dureles. Vėliau pakaks tik paprasti smūgio šaukštu ir vanduo iš karto jums prieš akis virs į ledą.

Jei norite pastebėti temperatūros pokytį, tokiems ir panašiems eksperimentams jums reikėtų ir bekontakčio termometro (pavyzdžiui, kaip šio, kuris kainuoja apie 12 eurų)