Apa Yang Terjadi Apabila Anda Membekukan Air di dalam Bekas Jadi Kuat Air Tidak Dapat Meningkat Ke Es?

2024 Pengarang: Sherilyn Boyd | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-16 10:19

Jawapan ringkas ialah air masih berubah menjadi ais; Walau bagaimanapun, jika ia benar-benar tidak dapat memecahkan ikatan bekas yang terperangkap di dalamnya, ia menjadi sejenis ais yang sangat berbeza daripada yang biasa kita lihat.

Pada masa ini, kita mengetahui 15 "fasa pepejal" yang berlainan air, alias ais, dengan setiap jenis berbeza kerana ketumpatan yang berbeza dan struktur dalaman. Bentuk yang anda mungkin paling biasa ialah Ice Heksagonal yang mana berlaku apabila air membeku secara normal di bawah keadaan biasa. Jika anda terus menurunkan suhu ais Heksagonal, ia akhirnya menjadi Ice Cubic; tweak suhu dan tekanan lebih jauh dan anda boleh membuat Ice II, Ice III sepanjang jalan hingga Ice XV.

Oleh kerana kesulitan yang wujud dalam menghasilkan tekanan dan suhu tinggi dan rendah, ia telah mengambil sains sehingga pada tahun 2009 untuk mendokumenkan sepenuhnya setiap bentuk ais yang diketahui. Sebahagian besar bentuk akhir es ditemui sebahagiannya oleh sekumpulan penyelidik di jurusan Kimia Oxford University yang mampu membuat Ice XII, XIV dan XV untuk pertama kalinya.

Dalam kes Ice XV, mewujudkannya melibatkan mengambil Ice VI dan membanting suhu ke -143 darjah Celsius sebelum mendedahkannya kepada tekanan 10,000 kali ganda lebih besar daripada suasana Bumi sendiri. Bentuk ais yang terakhir ini, dan dengan bentuk lanjutan air, masih berjaya mengejutkan minda di Oxford apabila menentang semua jangkaan mereka, ia terbukti menjadi satu-satunya antiferroelectric, tidak dapat menanggung caj sama sekali.

Tetapi dalam erti yang paling mudah, pelbagai bentuk ais dicipta melalui gabungan yang berbeza-beza dari kedua-dua tekanan dan suhu, kombinasi tepat yang dapat dijumpai dengan mengambil cepat melihat rajah fasa air. Bagaimanapun, para saintis boleh membuat artifaknya dengan skala yang sesuai dengan pelbagai cara. Sebagai contoh, ketika membuat Ice XIII dan XIV, Dr Christoph Salzmann dan pasukannya di Oxford menggunakan langkah-langkah yang berhati-hati untuk asid hidroklorik untuk mengubah suhu yang diperlukan untuk menghasilkan ais.

Sekiranya perkara di atas nampaknya agak mudah dalam skema perkara, itu adalah kerana ia dan saintis lain, seperti Profesor John Finney (yang merupakan sebahagian daripada pasukan yang menemui dan mencipta Ice XII pada tahun 1996) mencatatkan banyak ketika ditanya tentang hal itu, mengulas bahawa pasukan Salzmann telah dilakukan dalam beberapa tahun apa penyelidik lain tidak boleh lakukan dalam 40 tahun.

Kembali ke soalan di tangan, ais biasa, atau sekurang-kurangnya versi yang anda kenal sebelum kami memberitahu anda mengenai 14 jenis yang lain, mampu memohon sejumlah besar daya ketika membeku dan berkembang. Ini adalah kerana ciri air yang sangat unik, terutamanya yang kurang padat sebagai pepejal daripada sebagai cecair. Ketidaksamaan ketumpatan ini disebabkan oleh bagaimana molekul air bertindak balas apabila beku; molekul air bergabung bersama dalam struktur heksagon tegar yang meninggalkan jurang yang kecil tetapi tetap penting antara atom yang tidak ada ketika air itu cair. Bagi yang ingin tahu, air mencapai titik paling padat pada 4 darjah Celcius; apa-apa yang lebih sejuk atau panas dan ia mula berkembang.

Begitu betul-betul berapa banyak daya yang mampu beroperasi? Nah, orang telah berusaha untuk melakukan ini untuk waktu yang lama. Pada tahun 1784 dan 1785, seorang Mayor Edward Williams memanfaatkan cuaca di Quebec dan berulang kali cuba dan gagal mencari kaedah yang mengandungi ais. Williams pada mulanya cuba mengecat air di dalam peluru artileri, palam besi besi yang dilancarkan 475 kaki pada 20 kaki per saat yang mengagumkan apabila tekanan menjadi terlalu besar. Tidak puas hati, Williams kemudian mengambil cangkuk di tempatnya dengan menggunakan cangkuk, hanya untuk cangkerang untuk berpecah dua.

Dalam percubaan lain, percubaan dibuat untuk mengisi meriam yang terbuat dari besi tebal satu inci dengan air hanya untuk mereka juga untuk berpecah apabila ia dibekukan. Akademi di Florence kemudiannya cuba mengisi bola yang terbuat dari tembaga tebal satu inci dengan air hanya untuk itu juga retak ketika dibekukan. Mereka kemudiannya membuktikan bahawa daya yang diperlukan untuk melakukannya mencatatkan sekitar £ 27,720.

Untuk jawapan yang lebih tepat, anda perlu sekali lagi memasuki gambarajah fasa air, yang menunjukkan bahawa ais akan bertukar menjadi Es II apabila tekanan mencapai 300 Mega Pascals, yang sebenarnya, 43,511.31 paun daya satu inci persegi. Dalam erti kata lain, itulah jumlah tekanan sebuah bekas perlu dapat bertahan untuk menghentikan air menjadi ais biasa, dan bukannya menyebabkannya menjadi ais II.

Oleh itu, untuk menjawab soalan awal, jika anda membekalkan air di dalam bekas yang begitu kuat, ia tidak dapat berubah menjadi ais, ia masih akan menjadi ais, hanya jenis ais yang sedikit berbeza dari segi klasifikasi saintifik dan struktur dalamannya. Sains!

Fakta Bonus:

Ia adalah berteori bahawa pada tekanan di antara 1.55-5.62 terapasci ais akan menjadi logam.