Okamžité zmrazenie

Mrazničku má každý z nás doma a určite sme si už v lete pripravovali kocky ľadu. Prípadne nám napadlo dať nápoj vo fľaši priamo chladiť do mrazničky. Ak sme potom na takúto fľašu na pár hodín zabudli, čakalo nás v mraziacom boxe nemilé prekvapenie.

Keď umiestnime nápoj v pevnom obale do mrazničky a necháme ho tam, kým nezamrzne, pevný obal praskne a časť nezmrznutého nápoja skončí rozliata. Takto dopadne voda, ale aj sýtený nápoj.

Anomália vody

Tento jav je nepríjemným prejavom premeny tekutého skupenstva na tuhé, teda v našom prípade mrznutia. Pri ňom má výsledné pevné skupenstvo väčší objem ako pôvodné tekuté skupenstvo. Vezmime si napríklad zmrznutú vodu. Očividný fakt, že ľad pláva na hladine vody, vnímame ako úplne prirodzenú vec. Pritom ide o čosi nie až tak úplne zrejmé. Všetky ostatné kvapaliny totiž tuhnutím zvyšujú svoju hustotu, čím sa stávajú kompaktnejšími a ťažšími. Ľudovo povedané, pri znižovaní teploty sa látky scvrkávajú, ako napríklad ortuť v teplomere, keď teplota klesá.
Čiastočne sa to týka aj vody – vriaca je naozaj o niečo redšia než studenšia, ale platí to len do 4 °C. V tomto bode totiž dosahuje voda maximum svojej hustoty a ďalším ochladzovaním opäť redne, až kým nezamrzne. Preto je ľad ľahší ako voda. Táto nenápadná skutočnosť má však existenčné dôsledky pre podvodný život. Keby to tak nebolo, počas zimy by ľad klesal ku dnu a vytláčal by teplejšiu vodu nahor. Tá by na studenom vzduchu opäť mrzla, a tak dookola, až by sa nakoniec rieky a jazerá stali mŕtvymi kusmi ľadu. Zamŕzali by odspodu a v celom objeme. Napríklad pre cesty to znamená, že voda zatečená do malej škáry začne mrznúť zvrchu a vytvorí akýsi štupeľ a ten udrží vodu v štrbine. Voda zamrznutím v celej štrbine zväčší svoj objem, a tak zväčší aj štrbinu. Preto je potrebné po zime cesty opravovať.
Internet je zaplavený videami s tzv. instantným ľadom, tak sa spolu pozrime, ako na to.

Pomôcky

Destilovaná voda, voda z vodovodu, dve malé plastové fľaše a mraznička

Postup

Do mrazničky vložíme opatrne zatvorenú fľašu destilovanej vody. Počkáme, kým bude mať teplotu približne 0 °C (približne hodinu). Presný čas potrebný na podchladenie vody sa líši v závislosti od teploty v mrazničke. Jedným zo spôsobov, ako zistiť, že je vaša voda podchladená, je vložiť do mrazničky fľašu vody z vodovodu a súčasne rovnako veľkú fľašu destilovanej vody. Pred vložením do mrazničky nezabudnite fľašu s bežnou vodou jemne stlačiť a až potom pevne uzavrieť. Kontrolujeme každých cca 15 minút.
Čakáme na okamih, keď bežná voda vo fľaši zamrzla a destilovaná voda nie. Potom fľašu s destilovanou vodou opatrne vyberieme, aby sa hneď nevytvorili kryštáliky. Ak v mrazničke zamrzne aj destilovaná voda, buď sme čakali príliš dlho, nejako sme narušili nádobu, alebo bola voda nedostatočne čistá. Nechajme obe nádoby roztopiť a skúsme pokus zopakovať, len fľaše kontrolujeme častejšie.

Pozorovanie

Podchladenú destilovanú vodu pomaly vylievame na niečo studené, napríklad na kúsok ľadu. Samozrejme, môžeme použiť zamrznutú fľašu bežnej vody. Prípadne môžeme fľašou udrieť o podložku. Destilovaná voda v okamihu zamrzne.

Vysvetlenie

Voda zamŕza pri 0 °C, tvoria sa ľadové kryštály. Nečistoty vo vode môžu aktivovať kryštalizáciu. Absencia nečistôt v destilovanej vode ju aj pod bodom mrazu udržiava v kvapalnom stave. Prudkým pohybom alebo nárazom sa kryštalizácia aktivuje. Kryštalizáciu na ľad môžete iniciovať niekoľkými rôznymi spôsobmi. Dva z najzábavnejších spôsobov, ako spôsobiť zamrznutie vody, sú pretrepanie fľaše alebo otvorenie fľaše a vyliatie vody na kúsok ľadu. V druhom prípade pozorujeme po dotyku vody s kockou ľadu zamŕzanie prúdu smerom nahor k fľaši.

Text a foto PaedDr. Soňa Gažáková, PhD.
Video Stanislav Griguš
Fakulta matematiky, fyziky a informatiky
Univerzita Komenského v Bratislave
Svoje realizácie experimentov môžete posielať na adresu sona.gazakova@fmph.uniba.sk.

Tento článok si môžete prečítať v časopise Quark 2/2022. Ak ešte nie ste našou predplatiteľkou/naším predplatiteľom a chcete mať prístup k exkluzívnemu obsahu, objednajte si predplatné podľa vášho výberu tu.

Komentáre