Av Chris Deziel | Uppdaterad 30 augusti 2022
Att sänka vattnets fryspunkt är ett vanligt köksknep - tillsätt bara salt, socker eller något annat löst ämne. Att höja minustemperaturen är dock mycket mindre enkelt, och många forskare undrade länge om det ens var möjligt. Ny forskning har visat att under specifika förhållanden kan fryspunkten för rent, underkylt vatten verkligen höjas med en handfull okonventionella tekniker.
Vatten är en polär molekyl som lätt bildar vätebindningar. När en droppe rent vatten suspenderas i stillastående luft och hindras från att vidröra någon yta, kan den förbli flytande långt under 0°C – ner till ungefär –40°C i laboratoriemiljöer. Att lägga till alkohol förändrar detta beteende dramatiskt. Vid kylning arrangeras alkoholmolekyler i isliknande hexagoner som fungerar som kärnbildningsställen. Vattendropparna smälter samman runt dessa strukturer, vilket effektivt höjer blandningens fryspunkt till 0°C, även om vattnet i sig var underkylt.
Israeliska forskare utforskade en annan väg genom att generera laddade celler med pyroelektriska kristaller inrymda i kopparcylindrar. I ett fuktigt rum kylde de miljön tills vatten kondenserade på kristallerna. På en oladdad yta frös dropparna vid –12,5°C, men när ytan hade en positiv laddning frös de vid –7°C; med negativ laddning sjönk fryspunkten till –18°C. Ännu mer spännande, droppar på en negativt laddad yta förblev flytande vid –11°C i tio minuter. När laddningen försvann, vilket höjde rumstemperaturen till –8°C inducerade snabb frysning, ett resultat som teamet tillskriver återupprättandet av en positiv laddning på kristallerna.
Att tillsätta sot till rent vatten kan höja fryspunkten med cirka 7°C, men effekten är betydligt mer uttalad med det manliga hormonet testosteron. I experiment ökade testosteron fryspunkten för underkylt vatten från –40°C till så högt som –1°C. Även om den underliggande mekanismen förblir oklar, misstänker forskare att den fungerar på samma sätt som alkohol, vilket ger ytterligare kärnbildningsplatser som främjar isbildning.
I vilken utsträckning du kan sänka vattnets fryspunkt beror på koncentrationen av det lösta ämnet, men det finns ett praktiskt tak. Nollpunkten på Fahrenheit-skalan (–17,8°C) definieras som frystemperaturen för en mättad saltlösning; inget mer salt kan lösas upp, så 0°F representerar den lägsta uppnåbara fryspunkten via tillsats av löst ämne. Ändå kan äkta underkylning pressa vattnet att förbli flytande vid temperaturer så låga som –48°C (–55°F), vilket har demonstrerats av forskare vid University of Utah.
