Вода при температуре минус 200 градусов

Может ли вода оставаться жидкой при температуре ниже нуля?

Да, может. Температура замерзания воды падает ниже нуля градусов по Цельсию, если вы оказываете на неё давление. И не только.

Это может произойти несколькими способами. Рассмотрим их далее.

Давление

Прежде всего, фаза материала (будь то газ, жидкость или твёрдое вещество) сильно зависит как от его температуры, так и от давления.

Для большинства жидкостей давление поднимает температуру, при которой жидкость замерзает. Твёрдое тело образуется, когда свободные молекулы жидкости становятся достаточно медленными и достаточно близко располагаются друг к другу, чтобы сформировать стабильные связи, которые закрепляют их на месте. Когда мы оказываем давление на жидкость, мы заставляем молекулы сближаться. Поэтому они могут образовывать стабильные облигации и стать твёрдыми при более высокой температуре, чем температура замерзания при стандартном давлении.

Однако вода несколько уникальна.

Молекулы воды распространяются, когда они связываются в твёрдую кристаллическую структуру. Это действие делает лёд менее плотным, чем жидкостная вода, поэтому лёд плавает, а не тонет. Это действие молекул воды при замерзании также означает, что давление воды понижает температуру замерзания. Если вы примените достаточное давление (что затрудняет распространение молекул воды в твёрдую структуру), вы можете получить жидкую воду на несколько градусов ниже нуля градусов по Цельсию.

Добавки

Даже без давления вы можете получить жидкую воду при минусовой температуре, используя добавки. Такие добавки, как соль, могут помешать сформировать твёрдое тело и понизить температуру замерзания воды.

Соль состоит из сильных ионов натрия и хлора. Растворённые в воде, молекулы воды присоединяются к ионам соли, и поэтому не замерзают как охотно. По мере того, как вы добавляете больше соли в воду, точка замерзания продолжает падать, пока вода не достигнет насыщения и не сможет удерживать соль.

Если добавить достаточное количество соли, температура замерзания воды может упасть до -21 градуса Цельсия.

Этот факт означает, что вода при температуре -21 градус Цельсии может всё ещё быть жидкой (с достаточным количеством соли).

Это мощное свойство соли можно также использовать для того, чтобы дать льду превратиться обратно в воду. Посыпание солью ледяных тротуаров снижает температуру замерзания льда ниже температуры окружающей среды, и лёд тает.

Но посыпать солью обледеневшие дорожки не поможет, если температура окружающей среды ниже -21 градуса по Цельсию.

Воздействие соли на точку замерзания воды также оказывает глубокое воздействие на океаны Земли.

Другие методы. Переохлаждённая вода

Даже если вы не применяете давление и ничего не добавляете в воду, вы всё равно можете иметь жидкую воду при температуре ниже нуля градусов по Цельсию.

Для того, чтобы вода замёрзла до льда, ей нужно замёрзнуть, чтобы начать процесс. Эти отправные точки называются «центрами нуклеации». В большинстве случаев немного пыли, примесей или даже небольшие колебания в воде обеспечивают центры зарождения для замерзания воды. Но если ваша вода очень чистая и неподвижная, молекулам воды не на что кристаллизоваться. В результате вы можете охладить очень чистую воду ниже нуля градусов по Цельсию без замерзания.

Вода в таком состоянии называется «переохлаждённой».

Чистую воду можно переохладить до около -40 градус Цельсия.

Переохлаждённая вода удерживается от замерзания только отсутствием центров зарождения. Поэтому, как только появятся центры нуклеации (что может произойти от простой вибрации), супер-охлаждённая вода быстро замерзает.

Ледяной дождь — это естественный пример переохлаждённой жидкой воды. Как только дождь попадает на объект на поверхности Земли, объект обеспечивает центры нуклеации, и дождь замерзает до льда.

Какой обьект обеспечивает какие центры нуклеации? Что спрятано за этими терминами? — незнание!

Источник

5 аномальных фактов о воде

Несмотря на простую химическую формулу, вода — вещество с очень необычными свойствами. Она таит в себе множество загадок, которые порой не под силу разгадать даже ученым.

Перед вами пять наиболее интересных фактов о воде.

1. Горячая вода замерзает быстрее холодной

Возьмем две емкости с водой: в одну нальем горячую, а в другую — холодную воду, и поместим их в морозильную камеру. Горячая вода замерзнет быстрее холодной, хотя по логике вещей, первой должна была превратиться в лед холодная вода: ведь горячей воде надо сначала остыть до температуры холодной, а потом уже превращаться в лед, в то время как холодной воде остывать не надо.

Почему же так происходит?

В 1963 году один танзанский студент по имени Эрасто Б. Мпемба (Erasto B. Mpemba) замораживая приготовленную смесь для мороженого, заметил, что горячая смесь застывает в морозильной камере быстрее, чем холодная. Когда юноша поделился своим открытием с учителем физики, тот лишь посмеялся над ним.

К счастью, ученик оказался настойчивым и убедил учителя провести эксперимент, который и подтвердил его открытие: в определенных условиях горячая вода действительно замерзает быстрее холодной.

Теперь этот феномен горячей воды, замерзающей быстрее холодной, носит название «эффект Мпемба». Правда, за долго до него это уникальное свойство воды было отмечено Аристотелем, Фрэнсисом Бэконом и Рене Декартом.

Ученые так до конца и не понимают природу этого явления, объясняя его либо разницей в переохлаждении, испарении, образовании льда, конвекции, либо воздействием разжиженных газов на горячую и холодную воду.

2. Сверхохлаждение и «мгновенное» замерзание

Все знают, что вода всегда превращается в лед при охлаждении до 0 °C … за исключением некоторых случаев! Таким случаем, например, является сверхохлаждение, которое представляет собой свойство очень чистой воды оставаться жидкой, даже будучи охлажденной до температуры ниже точки замерзания.

Это явление становится возможным благодаря тому, что окружающая среда не содержит центров или ядер кристаллизации, которые могли бы спровоцировать образование кристаллов льда. И поэтому вода остается в жидкой форме, даже будучи охлажденной до температуры ниже нуля градусов по Цельсию.

Процесс кристаллизации может быть спровоцирован, например, пузырьками газа, примесями (загрязнениями), неровной поверхностью емкости. Без них вода будет оставаться в жидком состоянии. Когда процесс кристаллизации запускается, можно наблюдать, как сверхохлажденная вода моментально превращается в лед.

Заметьте, что «сверхнагретая» вода также остается жидкой, даже будучи нагретой до температуры выше точки закипания.

3. «Стеклянная» вода

Не задумываясь, назовите, сколько различных состояний есть у воды? Если вы ответили три: твердое, жидкое, газообразное, то вы ошиблись. Ученые выделяют как минимум 5 различных состояний воды в жидком виде и 14 состояний в замерзшем виде.

Помните разговор про сверхохлажденную воду? Так вот, что бы вы ни делали, при температуре -38 °C даже самая чистая сверхохлажденная вода внезапно превратится в лед.

Что же произойдет при дальнейшем понижении температуры?

При -120 °C с водой начинает происходить что-то странное: она становится сверхвязкой или тягучей, как патока, а при температуре ниже -135 °C она превращается в «стеклянную» или «стекловидную» воду – твердое вещество, в котором отсутствует кристаллическая структура.

4. Квантовые свойства воды

На молекулярном уровне вода удивляет ещё больше. В 1995 году проводимый учеными эксперимент по рассеянию нейтронов дал неожиданный результат: физики обнаружили, что нейтроны, направленные на молекулы воды, «видят» на 25% меньше протонов водорода, чем ожидалось.

Оказалось, что на скорости одной аттосекунды (10 -18 секунд) имеет место необычный квантовый эффект, и химическая формула воды вместо H2O, становится H1.5O!

5. Есть ли у воды память?

Альтернативная официальной медицине гомеопатия утверждает, что разбавленный раствор лекарственного препарата может оказывать лечебный эффект на организм, даже если коэффициент разбавления настолько велик, что в растворе уже не осталось ничего, кроме молекул воды.

Сторонники гомеопатии объясняют этот парадокс концепцией под названием «память воды», согласно которой вода на молекулярном уровне обладает «памятью» о веществе, некогда в ней растворенном и сохраняет свойства раствора первоначальной концентрации после того, как в нём не остается ни одной молекулы ингредиента.

Международная группа ученых во главе с профессором Мэдлин Эннис (Madeleine Ennis) из Королевского университета в Белфасте (Queen’s University of Belfast), критиковавшая принципы гомеопатии, в 2002 году провела эксперимент, чтобы раз и навсегда опровергнуть эту концепцию.

Результат оказался обратным. После чего, ученые заявили, что им удалось доказать реальность эффекта «памяти воды». Однако опыты, проведенные под наблюдением независимых экспертов, результатов не принесли. Споры о существовании феномена «памяти воды» продолжаются.

Вода обладает множеством других необычных свойств, о которых мы не рассказали в этой статье. Например, плотность воды меняется в зависимости от температуры (плотность льда меньше плотности воды); вода обладает довольно большой величиной поверхностного натяжения; в жидком состоянии вода представляет собой сложную и динамически меняющуюся сеть из водных кластеров, и именно поведение кластеров влияет на структуру воды и т.д.

Источник

12 величин, преодолеть которые не по силам ни одному человеку

И всё же, несмотря на запас «прочности», человеческое тело имеет свои ограничения, после которых наступают необратимые изменения или смерть. Вот несколько величин, преодолеть которые не по силам ни одному человеку.

1. Температура тела — 42,3 градуса по Цельсию

Именно такую температуру тела способен выдержать человек без серьёзных последствий. После перехода этого порога начинается денатурация белка, то есть он просто разрушается. Происходят примерно те же процессы, что и при попадании куриного яйца на горячую сковороду. Повреждаются внутренние органы, в том числе мозг, и, даже если человека успеют охладить, после этого возникнут необратимые изменения.

Уже при 40 градусах появляются галлюцинации, бред, замутнённое сознание, вплоть до полного отключения. При 42 градусах человек, по сути, находится в агонии.

2. Температура воды — 4 градуса по Цельсию

Такую температуру способен выдержать человек в течение не более 30 минут. Дело в гормонах стресса, которые в ответ на сильное охлаждение синтезируются в огромном количестве для стимуляции выработки тепла. Начинается дрожь, которая призвана распределить тепло по всему телу, но поскольку человек находится в воде, это приводит к ещё большему падению температуры тела.

Когда она падает ниже 32 градусов, дрожь прекращается, так как холод замораживает нервные окончания, из-за чего сигналы о переохлаждении и боли не поступают к мозгу. Тот, в свою очередь, снижает работоспособность, и сознание замедляется до уровня очень пьяного человека. При температуре тела 29,5 градусов человек теряет сознание, а его сердце бьётся всего два-три раза в минуту.

Дальше, если он не захлебнулся после отключения сознания, смерть наступает при температуре тела примерно 25 градусов.

3. Температура окружения — 110 градусов по Цельсию

Речь идёт именно о температуре окружающей среды. Вода такой температуры — это кипяток, и в ней не продержаться и нескольких секунд. В случае же с температурой воздуха время, которое может выдержать человек, зависит от влажности: чем она выше, тем дольше. Именно поэтому в бане при 110 градусах человек может находиться несколько минут, ведь влажность составляет 60 и более процентов.

Примерное время, которое человек может находиться в сознании при 110 градусах и низкой влажности, — не более десяти минут. Обычно люди теряют сознание гораздо быстрее из-за отёка мозга. После этого, если пострадавшего не извлечь из столь экстремальных условий, он умрёт в течение нескольких минут от теплового удара.

4. Кровопотеря — 40 % от общей массы

Потеря уже 20 % (примерно одного литра) крови считается критической. Без необратимых последствий человек может потерять 30 % объёма крови, но только при своевременном ее восполнении переливанием.

При 40% кровопотери наблюдается недостаточное кровообращение, уменьшение кислотности и микротромбоз. Желудочки сердца практически не снабжаются кровью, что приводит к тяжёлым нарушениям ритма и достаточно быстрой смерти от инфаркта.

5. Отсутствие кислорода в течение 10 минут

Рекорд по задержке дыхания составляет 22 минуты, но нужно понимать, что немалая доля кислорода остаётся в лёгких, особенно при тщательной тренировке. Именно этот запас и расходуется, позволяя продержаться так долго.

Будучи помещённым в бескислородную среду, человек может продержаться не более десяти минут, и то это значение сомнительное. Дело в том, что электрическая активность мозга прекращается уже через 20 секунд без кислорода, и происходит отключение сознания. Через две-три минуты начинают разрушаться клетки, а через пять минут мозг получает необратимые повреждения.

При отсутствии кислорода (хотя бы его небольшого запаса в лёгких) ни один человек не проживет более десяти минут.

6. Максимальный вес — 635 килограммов

Этой цифры удалось достичь Джону Брауэру Минноху в 1978 году, и это приблизительное значение, так как из-за сильнейшего ожирения он не смог нормально встать на весы. Практически для любого человека верхним пределом возможностей считается сила в 5G, воздействующая на кости, что примерно равняется 340 килограммам.

В этом случае у страдающего ожирением будет полный комплекс разнообразных болезней, и, скорее всего, его убьёт инфаркт или инсульт.

7. Резкий подъём на высоту 4,5 километра

На высоте в 2,5 километра над уровнем моря ты начнёшь ощущать влияние высотной болезни: головокружение, головная боль, тошнота, помутнение сознания. Большинство людей теряет сознание на высоте 4,5 километра из-за недостатка кислорода в крови. Да, были случаи, когда на Эверест, высота которого составляет 8,8 километра, поднимались альпинисты без кислородных баллонов, но этому предшествовала длительная подготовка, которая занимала от нескольких недель до нескольких месяцев с постепенными подъёмами всё выше и выше.

Если же ты попробуешь преодолеть высоту в 4,5 километра без подготовки, это приведёт к отёку лёгких и достаточно мучительной смерти.

8. Глубина воды — 214 метров

Если ты без подготовки попробуешь нырнуть на глубину более 18 метров, то потеряешь сознание через пару минут. Дело не только в недостатке кислорода, но и в давлении, которое повышается с каждым метром. На глубине от 25 метров давление на твою грудную клетку будет настолько сильным, что после выдоха ты уже не сможешь сделать вдох.

Ниже этой глубины начинается необратимое разрушение тканей и отёк лёгких. Рекорд по фридайвингу без потери сознания составляет 214 метров. Но этому предшествовала длительная подготовка, как и в случае с покорением Эвереста. Только здесь дайвер привыкал ещё и к высокому давлению. Даже после долгой подготовки неизбежен отёк лёгких, но он хотя бы обратим.

9. Отсутствие воды в течение недели

На самом деле это идеальное значение. В реальности же большинство людей начнет испытывать острую потребность в воде уже через три-четыре дня, а через пять-шесть наступит смерть. Причём организм умирает не столько из-за нехватки жидкости, сколько из-за отравления продуктами распада, которые не выводятся с мочой, и из-за нарушения кровообращения. Перестают усваиваться минералы, а накопившиеся яды разрушают клетки. Часто смерть наступает из-за сердечного приступа или инсульта.

10. Отсутствие еды в течение двух месяцев

В отличие от воды, поступление которой происходит только извне, энергию из еды организм запасает на потом, откладывая её в первую очередь в жировых тканях. Сначала организм будет расходовать запасы углеводов, затем примется за жир, и после начнётся процесс разрушения мышечных тканей. В финале тело будет перерабатывать свои органы, и примерно через два месяца, после потери 30 % массы тела, наступит смерть.

Чтобы протянуть так долго, человеку необходимо регулярное поступление воды. Если этого не будет, он умрёт примерно через восемь-десять дней от обезвоживания.

11. Отсутствие сна в течение 12 дней

Но сильно не вдохновляйся этим числом. Двенадцать дней (266 часов) — это мировой рекорд. В среднем уже через три-пять дней без сна начинаются сильные физиологические и психические расстройства, которые уже на этом этапе убивают немалую часть людей. Средний максимум — семь-восемь суток без сна. На этом этапе сознание необратимо разрушается, быстрыми темпами идёт деградация тканей, восстановление личности практически невозможно.

12. Уровень шума в 200 дБ

Уже после достижения громкости в 70–90 дБ (примерно соответствует работающему вблизи пылесосу или интенсивному дорожному движению) и при её длительном воздействии у человека могут возникнуть расстройства центральной нервной системы. При длительном воздействии шума более 100 дБ (раскаты грома) теряется слух, вплоть до полной глухоты. При 200 дБ (воздушная ударная волна давлением 0,2 МПа) любой человек умирает от разрыва барабанных перепонок и лёгких.

Источник