Γιατί σπάνε τα παγάκια όταν τους ρίχνεις νερό;
Ο ήχος "κράξιμο" που ακούτε όταν ρίχνετε αυτό το υγρό πάνω από τον πάγο προκαλείται από ένα φαινόμενο που ονομάζεται "διαφορική διαστολή"
Σε μια ζεστή καλοκαιρινή μέρα, λίγα πράγματα είναι τόσο ικανοποιητικά όσο ένα ψηλό ποτήρι λεμονάδας, αλλά ένα βασικό συστατικό αυτού του δροσιστικού ροφήματος είναι ο πάγος στο ποτήρι. Αν έχετε φτιάξει ένα ή δύο κοκτέιλ, τότε γνωρίζετε ήδη ότι ο πάγος μπορεί να είναι περίεργο πράγμα, παρόλο που είναι μια σχετικά απλή και κοινή ουσία που συχνά παραβλέπουμε.
Τίποτα πιο ικανοποιητικό από ένα ποτήρι λεμονάδα μια ηλιόλουστη μέρα (Φωτογραφία :Africa Studio/Shutterstock)
Σίγουρα το έχετε ξανακούσει—το καθαρό ράγισμα των κύβων καθώς τους ρίχνετε νερό ή οποιοδήποτε άλλο υγρό. Αν προσπαθούσατε να τα σκίσετε στα χέρια σας, θα αποτύγχατε, αλλά θα τα βάλετε σε ένα ποτήρι και θα το γεμίσετε με νερό και ξαφνικά δεν φαίνεται να σπάνε αρκετά γρήγορα! Το ερώτημα είναι τι προκαλεί αυτό το εκπληκτικό φαινόμενο και υπάρχει τρόπος να αποτραπεί η διάσπαση του πάγου με αυτόν τον τρόπο;
Πάγος και νερό
Πριν μπούμε στην επιστήμη της διάσπασης των παγοκύβων, θα πρέπει πρώτα να κατανοήσουμε την επιστήμη της συγκόλλησης των παγοκύβων. Πιο συγκεκριμένα, ας ρίξουμε μια ματιά στη δομή του στερεού πάγου έναντι του υγρού νερού.
Το νερό είναι αναμφισβήτητα η πιο σημαντική ουσία στη Γη, καθώς παρείχε το μονοπάτι προς τη ζωή όπως τη γνωρίζουμε, και είναι ένα ουσιαστικό συστατικό της επιβίωσης για κάθε ζωντανό ον. Όχι μόνο είναι σημαντικό, αλλά είναι επίσης αρκετά μοναδικό σε σύγκριση με άλλες ουσίες. Είναι μια άγευστη και άοσμη ουσία που μπορεί να λειτουργήσει και ως οξύ και ως βάση, και είναι ένας γενικός διαλύτης, ικανός να διαλύει πολλές άλλες φυσικές ουσίες. Βρίσκεται σε στερεές, υγρές και αέριες καταστάσεις στον πλανήτη, είναι ευέλικτο και δυναμικό, ενώ έχει ακόμη και μερικές εκπλήξεις στο μανίκι του.
Στην υγρή του φάση, η σύνθεση των ατόμων (δύο υδρογόνο και ένα οξυγόνο) σε κάθε μόριο νερού δημιουργεί μια διπολική ροπή, όπου υπάρχει ένα μερικό θετικό φορτίο στα άτομα υδρογόνου και ένα μερικό αρνητικό φορτίο στο άτομο οξυγόνου. Αυτή η διαφορά φορτίου προκαλεί τον συνεχή σχηματισμό και το σπάσιμο δεσμών υδρογόνου στο υγρό νερό καθώς τα μόρια συνεχώς μετατοπίζονται και κινούνται το ένα γύρω από το άλλο. Αυτοί οι δεσμοί υδρογόνου αυξάνουν το σημείο βρασμού του νερού.
Το νερό σκληραίνει σε πάγο (στερεά φάση) όταν εκτίθεται σε θερμοκρασίες κάτω από 0 βαθμούς Κελσίου. Ωστόσο, αυτό είναι το σημείο όπου αρχίζουν να εμφανίζονται μερικές από τις μοναδικές ιδιότητες του νερού. Οι περισσότερες άλλες ουσίες καταλαμβάνουν λιγότερο όγκο όταν μετακινούνται σε στερεά φάση, πράγμα που σημαίνει ότι γίνονται πιο πυκνές ως στερεό. Λόγω της κρυσταλλικής δομής πλέγματος του πάγου, υπάρχουν στην πραγματικότητα περισσότερα χώρος μεταξύ των μορίων στη στερεή φάση παρά στην υγρή φάση, γεγονός που εξηγεί γιατί ο πάγος επιπλέει στο νερό!
Αυτή η λεπτομέρεια σχετικά με τη δομή του πάγου σε μεταβαλλόμενες θερμοκρασίες οδηγεί σε μεγάλο βαθμό στην απάντηση στην αρχική ερώτηση αυτού του άρθρου.
Γιατί τα παγάκια σπάνε σε υγρό;
Όπως μόλις εξηγήσαμε, ο πάγος διατηρεί μια άκαμπτη κρυσταλλική δομή όταν η θερμοκρασία του διατηρείται κάτω από τους 0 βαθμούς Κελσίου, αλλά όταν ρίχνετε ένα υγρό σε υψηλότερη θερμοκρασία πάνω από τον πάγο, κάτι ασυνήθιστο αρχίζει να συμβαίνει. Όπως ισχύει σε κάθε σύστημα, οι θερμοκρασίες των δύο ουσιών θα αρχίσουν να εξισώνονται, δηλαδή ο πάγος θα αρχίσει να ζεσταίνεται και να λιώνει, ενώ η θερμοκρασία του υγρού θα πέσει.
Οι εξωτερικές άκρες και η επιφάνεια του κύβου πάγου θα είναι οι πρώτες περιοχές που θα βιώσουν τη δραστική αλλαγή θερμοκρασίας και θα αρχίσουν να εμπλέκονται σε ανταλλαγή θερμότητας. Ο ήχος "κράξιμο" που ακούτε όταν ρίχνετε αυτό το υγρό πάνω από τον πάγο προκαλείται από ένα φαινόμενο που ονομάζεται "διαφορική διαστολή" . Πιο συγκεκριμένα, τα εξωτερικά άκρα του πάγου θα αρχίσουν να συστέλλονται καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, λιώνοντας ουσιαστικά και σπάζοντας τους σταθερούς δεσμούς που τον διατηρούν σε στερεή κατάσταση.
Στο εσωτερικό του κύβου πάγου, ωστόσο, η θερμοκρασία παραμένει κάτω από τους 0 βαθμούς Κελσίου και δεν υπάρχει άμεση αλλαγή στη δομή ή την ακεραιότητα αυτών των δεσμών. Όπως λέει η διάσημη παροιμία, «ένα σπίτι που χωρίζεται δεν μπορεί να σταθεί», και ένα φυσικό ρήγμα σχηματίζεται μέσα στο παγάκι. Ο εξωτερικός πυρήνας που συστέλλεται αποσπάται από τον ακίνητο εσωτερικό πυρήνα, χωρίζοντας συχνά ένα παγάκι σε κομμάτια ή τουλάχιστον δίνοντας αυτό το ικανοποιητικό τρίξιμο στο ποτήρι σας.
Με δύο διαφορετικά μέρη του κύβου να προσπαθούν να επιτύχουν διαφορετικά πράγματα στη διαδικασία της διαφορικής διαστολής, ένα σπάσιμο είναι αναπόφευκτο. Μετά από αυτό το πρώτο ράγισμα, δεν θα ακούτε τόσο πολύ θόρυβο από τα παγάκια σας, αλλά τα μικρότερα κομμάτια μπορεί επίσης να υποστούν ένα παρόμοιο σενάριο και να συνεχίσουν να σπάνε.
Υπάρχει κάποιος τρόπος να αποτραπεί αυτό;
Εάν αισθάνεστε ότι σας προκαλείται έντονα ο ήχος του ραγίσματος του πάγου, ίσως αναρωτιέστε αν υπάρχει κάποιος τρόπος να αποφύγετε αυτό το εντελώς φυσικό φαινόμενο. Λοιπόν, όπως γνωρίζετε, είναι μάλλον δύσκολο να αψηφήσετε τους νόμους της επιστήμης, αλλά δεν δημιουργείται όλο το νερό ακριβώς το ίδιο. Το καθαρό νερό που δεν έχει ακαθαρσίες θα έχει ως αποτέλεσμα εντελώς διαυγή παγάκια, ενώ το νερό της βρύσης και άλλες μορφές νερού που έχουν κάποιες ακαθαρσίες θα έχουν μια θολή κεντρική περιοχή στο παγάκι.
Αυτές οι ακαθαρσίες περιλαμβάνουν διάφορα άλατα και άλλα μέταλλα, πράγματα που δεν ταιριάζουν απόλυτα στην κρυσταλλική δομή του πλέγματος του παγοκύβου. Εάν υπάρχουν μικρές θήκες από αυτές τις ακαθαρσίες, θα μπορούσε στην πραγματικότητα να κάνει τη δομή του πάγου λιγότερο εύθραυστη και πιο πιθανό να λιώσει σταδιακά, αντί να σπάσει. Ωστόσο, το καθαρό νερό της ορεινής πηγής, το οποίο σχηματίζει ένα τέλειο πλέγμα στη στερεά του φάση, σχεδόν πάντα θα σπάσει και θα σπάσει όταν εκτεθεί σε θερμότερο υγρό.
Μια τελευταία λέξη
Ακόμη και τα πιο απλά μυστήρια στη ζωή μπορούν να εξηγηθούν από την ακαμψία της επιστήμης και την κατανόησή μας για τον φυσικό κόσμο. Κάτι τόσο βασικό όσο το ράγισμα πάγου όταν χύνεται πάνω τους υγρό μπορεί να μην γαργαλάει την περιέργειά σας, αλλά έχετε διαβάσει μέχρι εδώ στο άρθρο, οπότε αυτό είναι ένα καλό σημάδι! Την επόμενη φορά που θα σερβίρετε ποτά σε ένα μπάρμπεκιου στην πίσω αυλή, δοκιμάστε να αφήσετε αυτή τη νέα γνώση που σχετίζεται με τον πάγο στους φίλους σας και να εκπληρώσετε το πεπρωμένο σας ως τη ζωή του πάρτι.
