Как вода может кипеть и замерзать одновременно

Вода кипит при ста градусах, а замерзает при нуле. Это знают все, со времен школьной программы. Однако, есть ситуации, когда вода нарушает эти правила и делает то, чего от нее не ждут. Кипение и замерзание одновременно работает в определенных точках планеты и в специальных установках. Мы разобрались, в каких именно, и готовы рассказать вам.

В определенных условиях вода начинает нарушать законы физики

Может ли вода кипеть и замерзать одновременно

Чтобы понять этот фокус, нужно забыть правило из школы о том, что вода всегда закипает строго при 100 градусах. На самом деле температура кипения воды напрямую зависит от того, насколько сильно атмосфера давит на поверхность жидкости.

Если мы поставим стакан с водой комнатной температуры в герметичную камеру и начнем откачивать воздух, вода начнет бурлить при комнатной температуре. Ей больше не нужно быть горячей, чтобы пузырьки пара смогли расширяться и подниматься наверх.

Но превращение в пар требует колоссального количества энергии. Поскольку под стаканом нет плиты, жидкость вынуждена забирать энергию у самой себя. Самые быстрые молекулы улетают в виде пара, а оставшаяся масса стремительно остывает.

Процесс похож на то, как пот охлаждает кожу человека, только в вакууме это происходит в сотни раз быстрее. Вскоре температура падает настолько, что в кипящей воде образуются кристаллы льда. Зрелище получается удивительным: внутри жидкости идут пузыри пара, а сверху стремительно нарастает ледяная корка.

Еще больше познавательных статей вы найдете в нашем Telegram-канале. Подпишитесь прямо сейчас!

Что такое тройная точка воды простыми словами

Бурное кипение и охлаждение в вакууме это динамический процесс, но он ведет систему к очень необычному состоянию. В термодинамике существует строгая комбинация условий, при которой лед, пар и жидкая вода могут мирно сосуществовать.

Это явление называется тройной точкой воды. Такое равновесие наступает при температуре около 0,01 градусов и давлении около 611 Паскалей. Это примерно в 160 раз ниже нормального атмосферного давления на уровне моря.

Если добиться в камере именно этих параметров, хаотичное бурление прекратится. Система замрет в идеальном балансе, при котором крошечная часть льда плавится, часть жидкости мгновенно испаряется, а пар снова конденсируется. Ни одна из фаз не перевешивает другие.

Тройная точка воды. Источник изображения: labroots.com

Где вода может закипать и замерзать одновременно

Нам не обязательно строить сложные лабораторные установки, чтобы увидеть этот эффект. Природа уже создала гигантскую вакуумную камеру на нашей соседней планете.

Среднее атмосферное давление на поверхности Марса составляет около 600 Паскалей. Это поразительно близко к параметрам тройной точки. Как отмечает научный портал «Элементы», если на Марсе вдруг появится теплая жидкая вода, она поведет себя крайне нестабильно.

Из-за разреженной атмосферы марсианская вода начнет бурно кипеть. Испарение быстро заберет все тепло, после чего оставшаяся лужица превратится в твердый лед. В открытом космосе, где давления нет вообще, эффект будет еще быстрее, и любая выпущенная жидкость мгновенно вскипит и превратится в облако мельчайших ледяных кристаллов.

Замерзание кипящей воды в суровых условиях марсианской поверхности

Есть ли польза от вакуумного охлаждения

Можно подумать, что одновременное кипение и замерзание это просто красивый парадокс из физики. Однако этот принцип ежедневно работает на заводах и в фармацевтических лабораториях благодаря технологии сублимационной сушки, или лиофилизации.

Процесс сублимационной сушки состоит из нескольких шагов:

• Сначала продукт или лекарство полностью замораживают в камере;
• Затем давление снижают ниже отметки тройной точки;
• Образовавшийся лед превращается сразу в пар, минуя стадию жидкости.

А вы уже подписаны на наш канал в MAX? Там много эксклюзивных постов, которые никогда не появятся на сайте!

Именно таким способом делают еду для космонавтов, вакцины и привычный нам растворимый кофе. Сушка в вакууме позволяет удалить из продукта всю влагу, не разрушая его структуру нагреванием.