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水が凍る温度は? |理科

この投稿のタイトルは、小学校の理科の試験に適切な質問のように思えますが、答えは最初に表示されるよりもはるかに複雑です。水は華氏 32 度、摂氏 0 度、273.15 ケルビンで凍ると教えられてきました。ただし、必ずしもそうとは限りません。科学者は、雲の中では華氏マイナス 40 度の液体の水を発見し、実験室では華氏マイナス 42 度まで冷却された水さえ発見しました。彼らはどこまで下がることができましたか?

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それは答えるのが難しい問題であることがわかります。液体の水が華氏マイナス 42 度未満に冷却されると、科学者が液体の温度を測定するには速すぎて氷になります。そこで、ユタ大学のエミリー・ムーアとヴァレリア・モリネロは、32,768 の水分子 (雨滴に含まれる分子よりも少ない分子) の高度なコンピューター シミュレーションを開発しました。それらの分子のうち 4,000 個が凍結したときに何が起こったのかを特定します。彼らの結果はジャーナルに掲載されます 自然 .



水の温度が華氏マイナス 55 度に近づくと、水分子は四面体を形成し、各分子は他の 4 つの分子と緩く結合します。水の密度が減少し、その熱容量が増加し、圧縮率が増加します。水の構造の変化は、氷が形成される速度を制御します, モリネロ 言う .水の熱力学と結晶化速度の両方が、氷の構造に近づく液体の水の構造の変化によって制御されることを示しています。華氏マイナス 55 度未満では、液体の水がまだわずかに存在する可能性がありますが、それは信じられないほど短い時間だけであるとモリネロは言います。



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この 過冷却 なぜなら、水は分子が結晶を形成するために小さな核または氷の種を必要とし、非常に純粋な水の中で核を形成できる唯一の方法は、液体の構造を自発的に変化させることによるとモリネロは言う.これらの核は、液体の水分子の構造が固体の氷の構造に近づくまでは形成または十分に大きくなりません。これは、水が非常に冷たくなるまで起こりません。

( 高: io9 )





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