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¿Cuándo puede agua ser sometido a sobrefusión?

Cualitativamente, entiendo que puede ser el agua sobreenfriada cuando:

  1. Es relativamente puro.
  2. Es en un contenedor que es relativamente suave de defectos.

El efecto de estos dos es reducir los puntos de nucleación, que son necesarios para proporcionar un lugar para que los cristales de hielo para comenzar a crecer.

La tasa de enfriamiento puede ser también un factor - esto es menos claro para mí.

Pero.... seguramente el agua que es experimentalmente subenfriado no es perfectamente libre de impurezas, ni es su recipiente liso a nivel atómico. Así que debe haber algún crítico la cantidad de sitios de nucleación disponible.

Es posible cuantificar de alguna manera, ya sea en general o, al menos, para un determinado impureza, exactamente lo que el crítico cantidad es para evitar que el sobreenfriamiento? Es una densidad crítica de estos sitios que importa, o simplemente una crítica total de la serie, ya que cada sitio web tiene una cierta probabilidad de iniciar la cristalización? Mejor aún, ¿hay algún general de energía y termodinámica de la desigualdad que describe qué condiciones son necesarias para el éxito de sobreenfriamiento?

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spin Puntos 11

Cualitativamente, entiendo que puede ser el agua sobreenfriada cuando:

  • Es relativamente puro.
  • Es en un contenedor que es relativamente suave de defectos.
  • ...

Sí, pero en realidad es muy complicado ...


States of Water

Ver aquí para una enorme tabla de tipos de hielo.

Phase Diagram

Diagrama De Fase


Es posible cuantificar de alguna manera, ya sea en general o, al menos, para un determinado impureza, exactamente lo que el crítico cantidad es para evitar que el sobreenfriamiento? ... Mejor aún, ¿hay algún general de energía y termodinámica de la desigualdad que describe qué condiciones son necesarias para el éxito de sobreenfriamiento?

Se explica de manera relativamente simple en la Wikipedia del Sobreenfriamiento página web; y en la gran longitud, pero todavía relativamente simple, en el "Hielo Amorfo y Cristalino del Agua" y "Explicación de las Anomalías de Fase del Agua (P1-P13)" de las páginas web (así, de 14 páginas, más de lo que probablemente quería saber).

Condiciones tales como: velocidad de enfriamiento, las impurezas, la presión, recipiente, ondas de choque, todos tienen un efecto sobre los resultados que se obtengan, a veces un poco de suerte (algo que no tiene en cuenta, el error experimental).

Usted puede hacer la miel si lo haces correctamente.

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pentane Puntos 1288

Espero que pueda profundizar en ellos un poco más de carne y de la respuesta, pero por ahora, aquí están algunos relevante recursos y entre comillas:

"Efecto de los solutos en la nucleación heterogénea de temperatura de agua sobreenfriada: determinación experimental de la" Química Física Química Física (2009):

La nucleación homogénea
La nucleación homogénea se produce sólo en el agua que no se ve influenciado por las superficies y carente de sustancias o partículas extrañas. Sólo las moléculas de agua están involucrados en la congelación de eventos y en algunos de nucleación homogénea de la temperatura, $T_{hom}$, que se estima para ser $\approx -41^\circ$$C^5$ se forma hielo, como el núcleo, o un grupo, grande lo suficiente como para provocar la congelación espontánea. Los aspectos prácticos de la determinación experimental de esta temperatura son difícil y por lo general implican una técnica de emulsión y un promedio de la medición de la $T_{hom}$ valores en un intento de suavizar las inherentes a la naturaleza estocástica de la nucleación.$^6$

La nucleación heterogénea
La nucleación de hielo también puede ocurrir en la superficie de lo que se llama "hielo los núcleos" por la nucleación heterogénea.7 Los núcleos pueden ser de tierra, las grandes moléculas, las bacterias, o simplemente la pared del recipiente. En cada uno de los caso específico de la nucleación de la superficie permite la escalabilidad de la libre barrera de energía (en teoría clásica) y provoca la congelación evento para continuar. El estudio de la nucleación heterogénea es de mucho más importancia práctica de homogénea la nucleación debido a que la mayoría de los eventos de nucleación en la naturaleza son heterogéneos.

Efectos de los solutos $T_{hom}$ $T_{het}$

Está bien establecido que para la nucleación homogénea en las soluciones acuosas de la reducción de Thom está linealmente relacionada con el concentración de soluto y es independiente del soluto, por lo menos para moléculas pequeñas, es decir,

$\Delta T_{hom} = \lambda \Delta T_m$

$^{8,9}$ La multiplicación factor $\lambda$ es generalmente citado como 2.0$^{10,11}$, aunque hay algunos el debate, con valores tan bajos como 1.7 ser citado.$^{12}$ No estamos consciente de una explicación molecular de este factor. También ha ha informado de que el alto peso molecular de los solutos tienen una mayor efecto de moléculas más pequeñas y que l puede llegar a valores como cinco para las grandes moléculas.$^{13,14}$ Es claro que los efectos de soluto en la heterogénea la nucleación de la temperatura, Thet, tener una amplia gama de consecuencias en áreas tan diversas como la formación de nubes,de 15 de helados y otros foods16 y en congelar tolerantes a los organismos.17 Como ejemplo, si el azúcar se agrega a helado antes de la fabricación de la congelación el punto es reducido por B1.86 1C por mol, pero la nucleación la temperatura se reduce por B3.7 1C, lo que permite más profundo el sobreenfriamiento y así causar más, pero de menor tamaño, los núcleos en la el tiempo de nucleación, y de manera más suave helado. Precisa determinación de $\lambda$ es de importancia para todos estos campos de estudio.

"Las mediciones de la concentración y la composición de de los núcleos de cirrus la formación de" Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2003):

las mediciones de la concentración y la composición de las partículas de los aerosoles troposféricos capaz de iniciar hielo en frío (cirrus) las nubes se informó

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