Søk i artikler

Hva skjer hvis man fryser vann i en beholder som ikke utvider seg?

Vann ekspanderer når det fryser. Hva ville skjedd dersom man fryser vann i en supersterk beholder som gjør at det umulig kan ekspandere?

Frysepunktet til vann bestemmes av trykket. Ved vanlig atmosfærisk trykk vil vann fryse på ca. 0 grader, men ettersom trykket på vannet øker, trenger man kaldere og kaldere temperatur for at vannet skal fryse. Og det er dette som skjer. Putter man en glassflaske med vann i fryseren vil vannet prøve å fryse ved 0 grader, men det vil ikke la seg gjøre. Trykket øker dermed og vannet trenger kaldere temperaturer for å fryse. Dette vil holde på til vannet når temperaturen i fryseren, -eller mer sannsynlig, til glassflasken knuser. Hvis glassflasken knuser vil vannet inni være «underkjølt», eller under 0 grader. Vannet vil dermed fryse umiddelbart da trykket detter til normalt nivå.

Dette er faktisk prinsippet for skøyter: Tyngden fra skøyteløperen fordelt på den smale skøyta gjør at isen komprimeres og blir flytende. Eller med andre ord: Trykket i isen under skøyta blir høyere og dermed er ikke lenger temperaturen til isen nok til å holde den frosset og isen under skøyta blir dermed midlertidig til vann. Det er denne vannhinnen som gjør at det er mye glattere å gå på is en på f. eks. en speilblank glassplate.

Men hva hvis vannet ikke kan ekspandere

Spørsmålet er: hva skjer hvis man prøver å fryse is i en beholder som ikke lar seg ekspandere. Vil man senke temperaturen mer og mer, til man når det absolutte nullpunkt og fortsatt har flytende vann? Svaret er nei. Vannet vil bli kaldere og kaldere til man når et kritisk punkt. Det kritiske punktet vil ha en temperatur langt under 0 grader og et utrolig høyt trykk. Vannet går da fra å være flytende til å bli is. Men ikke vanlig is. Vanlig is betegnes som «is Ih» . Ved høyere og høyere trykk vil man få andre typer is. Betegnelsene går fra «is I» til «is XV», eller «is 1» til «is 15». Noen av istypene har den egenskapen at de ikke utvider seg når de fryser. Man får da is som er tyngre enn vann og synker.

Den høyeste fasen man har klart å lage av is er altså is XV. Dette lages ved å presse vann til et trykk på 1,1 GPa. Man anslår at ved enda høyere trykk vil is gå over til å bli et metall!

Her er et diagram av vann ved forskjellige temperaturer. Legg merke til at når trykket øker, krever det kaldere temperaturer for å fryse det. Bildet er ment som en illustrasjon og har overdrevne forhold.

Vann, og alle andre stoffer for den saks skyld, har et såkalt trippelpunkt. Det er et punkt med en gitt temperatur og trykk hvor vannet er damp, is og flytende på samme tid. For vann er dette punktet 0.01° C med et trykk på 611,73 Pa. Ganske sykt.

Lik oss på Facebook