Почему вода практически мгновенно замерзала при встряхивании бутылки, которая провела ночь на улице в морозную ночь?

Из-за прогнозируемых заморозков вчера вечером я поставил несколько стандартных ПЭТ-бутылок емкостью 1,5 л, наполненных до 90% теплой водопроводной водой (+60 ° C), рядом с некоторыми овощами, которые я хотел защитить в своем саду. Ночью температура упала примерно до -3-4°С.

Сегодня утром я пошел посмотреть, как это было. Из 10 бутылок одна была заполнена наполовину водой, наполовину льдом. Во всех остальных бутылях вода все еще была в жидком состоянии.

Поэтому я решил их опустошить. А вот и интересная вещь: я открываю бутылки, переворачиваю их вверх дном, чтобы слить воду, и встряхиваю/вращаю их, чтобы вода опорожнялась быстрее, и я заметила, что немного плохо структурированного льда (это было больше похоже на тающий снег). на самом деле) формировалась почти мгновенно. Заинтересовавшись, я решил хорошенько встряхнуть следующую порцию, опустошая ее, и эта ледяная смесь, образующаяся в этот момент, напомнила мне текстуру ледяных фруктовых коктейлей, которые можно найти летом.

Как вы объясните, что вода, когда она стояла, была на 100% жидкой, и что, когда я встряхиваю бутылку, в мгновение ока образовывался лед? Я имею в виду, для меня встряхивание = добавление энергии, поэтому она должна нагревать воду, а не охлаждать ее до такой степени, что она образует лед? Судя по этому эксперименту, я думаю, что нет, и вместо этого он более или менее «помогает» оставшейся энергии воды с температурой 0 ° C рассеяться, образуя лед очень быстро. Прав ли я в своих рассуждениях?

Следующей ночью повторю эксперимент, постараюсь сделать фото, чтобы добавить сюда.

Редактировать 1: Я поставил те же бутылки с той же теплой водой из-под крана в том же месте, что и вчера. Предстоящая ночь может быть еще холоднее... Завтра утром постараюсь сделать несколько фотографий.

Редактировать 2: Итак, сегодня утром это было не так впечатляюще, как вчера, но это случилось снова:

Начинаем опорожнять бутылку, только чистая холодная водаРис.1 Когда вы начинаете опорожнять бутыль, из нее выходит только холодная чистая вода.

Немного встряхнувшись, затем

Частицы льда прилипли к внутренней части бутылки во время опорожнения.

Рис.2 Частицы льда прилипли к внутренней части бутылки во время опорожнения.

Неструктурированный лед скапливается на землеРис.3 На земле скопился неструктурированный лед.

Это совершенно «дикий» и неконтролируемый эксперимент, поэтому он не так впечатляет, как видео, на которые Филипп ссылается ниже.

Вот видео, из которых были извлечены скриншоты:
https://vimeo.com/534346291
https://vimeo.com/534347556

Я также сделал крошечное дополнительное наблюдение, но это, вероятно, полностью случайно: поскольку я вчера наполнил бутылки теплой водой, сегодня утром они были немного разгерметизированы, имея какую-то глобальную вогнутую форму. Я встряхнул их все перед открытием; но вода оставалась прозрачной. Только когда я открыл их и опустошил, образовался лед.

Вы настоящий ученый!
У вас уже есть хороший ответ, поэтому я просто скажу, что то, что вы видели, противоположно тому, почему вы не должны пытаться вскипятить воду в микроволновке без палки: youtube.com/watch?v=2SzUrjfvWPU
считайте, что вам повезло - у вас был супер крутой опыт!
В дополнение к простому встряхиванию бутылок попробуйте ткнуть соломинкой или палочкой в ​​переохлажденную воду или бросить туда песчинку.
Друг мой, ты попал в Википедию и в Википедию! commons.wikimedia.org/wiki/… commons.wikimedia.org/wiki/… en.wikipedia.org/wiki/Суперохлаждение

Ответы (2)

Поздравляю, мне кажется, вы только что наблюдали переохлажденную воду ! На YouTube есть много видеороликов, которые описывают это явление и объясняют его намного лучше, чем я мог бы, см. здесь видео Veritasum, где это обсуждается, например.

Основная идея такова: когда вода замерзает, она образует лед, представляющий собой красивую правильную кристаллическую структуру. Однако кристаллам льда необходимо место зарождения , то есть точка, в которой кристалл может начать формироваться, прежде чем они действительно начнут формироваться. В нормальных условиях вода обычно имеет примеси, которые могут служить такими центрами зарождения, вокруг которых начинает расти кристалл и начинает образовываться лед.

Однако, если вы используете очень чистую воду, таких «естественных» точек зародышеобразования нет, и поэтому есть вероятность, что молекулы воды хотят образовать лед, но не могут этого сделать. В результате жидкости оказываются в «метастабильном» состоянии значительно ниже их точки замерзания, но такое состояние имеет ненадежную стабильность, которую легко нарушить. Встряхивание бутылки — один из способов нарушить эту стабильность, так как это дает паре молекул воды возможность выровняться в правильном направлении, чтобы начать процесс кристаллизации, и как только это будет сделано, система будет энергетически выгодна для образования льда. , так что все остальные молекулы воды тоже прыгают. В результате вы обычно видите, как кристалл «растет» в одном направлении, пока вся вода не станет льдом.

Конечно, вам не нужно его встряхивать, вы можете просто ввести другой тип точки зародышеобразования, как показано в этом очень красивом видео , и это даст те же результаты, или, наоборот, вы можете очень осторожно вылить переохлажденную воду. поверх кубика льда и сформируйте что-то вроде ледяной скульптуры (см. это видео от The Action Lab ).

Для образования переохлажденной воды требуется больше энергии, чем льда, а это означает, что когда вода превращается в лед, она фактически выделяет некоторое количество тепла, поэтому переохлажденная вода на самом деле холоднее льда. Между прочим, этот процесс наблюдается и в других материалах, в частности, в ацетате натрия, который используется при изготовлении таких тепловых пакетов .

Лично мне никогда не удавалось увидеть переохлажденную воду, хотя я пытался довольно много раз. Я очень удивлен, что вы смогли получить его из водопроводной воды, так как для этого обычно требуется очень чистая вода. Надеюсь, вы сможете воспроизвести эксперимент!

И для вас, молодежь, это предпосылка опасности, которую представляет Ice-Nine в определенной книге определенного автора.
Противоположностью этому является перегретая вода, которую я (к сожалению) наблюдал в своей микроволновой печи на днях - при нагревании воды в микроволновой печи она может превысить 100°C без кипения, только чтобы взорваться гигантским взрывом воды, когда она достигает определенной температуры. и/или слегка встревожен (аналогично тому, как ОП внезапно становится ледяным при встряхивании).
Большое спасибо за ответ и хорошие ссылки! Структура смузи из граниты, которую вы видите в одном из видео, — это именно то, что я испытал! А тот факт, что вода выделяет энергию при замерзании, — это прием, хорошо известный фермерам, выращивающим здесь фрукты, где часто можно увидеть эти сцены во время весенних заморозков, когда молодые почки сбрызгивают водой, чтобы защитить их: laliberte.ch/media/ image/35/zoom/20200326130952445.jpg
Я устанавливаю свой холодильник на чуть выше точки замерзания, и обычно мои бутылки с водой (незначительно) переохлаждаются. И, кстати, переохлажденная вода на вкус просто ПОТРЯСАЮЩАЯ.
Выделение тепла называется en.wikipedia.org/wiki/Recalescence . В те дни, когда я занимался импульсным лазерным плавлением тонких пленок, мы могли получить переохлаждение в сотни градусов К, например, для жидкого кремния. Перегреть твердое тело сложнее, так как поверхность плавится раньше, чем объем (меньше связей), и образование зародышей жидкости происходит легче, чем можно было бы подумать.
Для предположительно связанного события я оставлю PowerAde в морозильной камере примерно на час. Когда я вытаскиваю его, он все еще жидкий. Но после сильного встряхивания превращается в слякоть.
теперь, когда вы говорите это так, молекула воды кажется застенчивым человеком, который хочет что-то сказать, но ждет, когда кто-нибудь другой сделает то же самое, пока этот маленький толчок, и тогда внезапно все присоединяются. милый.
@DanHenderson Похоже, до сих пор он не замерз у вас в горле и не вызвал закупорку ... может быть, необнаружимое орудие убийства, например ледяные пули?
Интересно, что вы говорите, что это лучше всего работает с чистой водой, я сам несколько раз наблюдал это с алкогольными напитками (алкоголь около 5%), помещал в морозильник, чтобы быстрее охладить, а затем забыл об этом. Отпустите крышку, и выходящий газ создаст центры зародышеобразования и мгновенно заморозит содержимое. В одном примере он не замерз, когда крышку сняли, но когда кто-то попытался «украсть» первый глоток из бутылки, опрокидывание стало катализатором, и их преступление не окупилось из-за мгновенного образования льда.
Очень круто, @Lefty, я не знал об этом. Кому интересно, вот классное видео, как это происходит с бутылкой пива . Я думаю, что под «чистотой» воды подразумевается просто отсутствие мест зарождения, таких как частицы пыли. Я не думаю, что растворенные соли или спирт не допускают зародышеобразования, поэтому они не совсем учитываются. Пиво на самом деле лучше переохлаждать, чем воду из-под крана; Я подозреваю, что он очень чистый, поскольку перед розливом в бутылки он проходит процесс фильтрации, который удаляет большинство примесей, которые могут выступать в качестве центров зародышеобразования.
@Philip Я думаю, вы правы в том, что воссоздать с помощью пива как-то проще, но не знаю, почему. Это может быть фильтрация, как вы предлагаете. Отличный трюк для вечеринки, если вы можете сделать это с некоторой последовательностью. Я только когда-либо делал это случайно, как я уже сказал, может быть, от 1 до 2 часов замораживания для бутылки объемом 500 мл.
Вот еще одна интересная ссылка на видео об этих многоразовых грелках для рук и обо всех явлениях переохлаждения и перенасыщения: youtu.be/Oj0plwm_NMs
Интересно, что аскер начал с горячей воды из-под крана (его намерение было держать растения в тепле, не желая переохлаждать жидкость). Это напоминает мне школьника Мпембу, который обнаружил, что при некоторых обстоятельствах горячая вода может замерзнуть раньше, чем такое же количество холодной воды. Подробнее об этом см. в Википедии: эффект Мпембы . Может быть, спрашивающий обнаружил трюк (т.е. запуск с горячей воды), который по какой-то причине облегчает получение переохлаждения, делая их «Мпемба 2».
Помимо твердых примесей, большое значение может иметь количество (и типы) газов, растворенных в воде перед попыткой переохлаждения. Это может быть связано с тем, почему пиво действует иначе, чем вода. Встряхивание закрытой бутылки, в которой растворены газы, может временно изменить давление в бутылке. Конечно, когда вы открываете бутылку, давление резко меняется на давление окружающей среды. В случае спрашивающего перед открытием в бутылке было более низкое давление. Однако вы также можете поэкспериментировать с переохлаждением воды в открытом контейнере (например, в стакане без крышки).

Может низкое давление?

Когда вы опорожняете бутылку, сначала воздуху трудно попасть внутрь (это медленное бульканье-бульканье), и поэтому давление в воздушном кармане в верхней части бутылки падает, и когда давление падает, вода замерзает быстрее и легче. .

Кроме того, ваша вода стала теплой, поэтому, возможно, меньше кислорода, что также облегчает мгновенное замерзание в вышеуказанных условиях.

Почему вода практически мгновенно замерзала при встряхивании бутылки, которая провела ночь на улице в морозную ночь?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 6v