Podchlazená kapalina aneb o vodě v metastabilním stavu

Zima se nám pomalinku, lenivě, ale jistě chýlí ke konci. My si ji ale ještě připomeneme zajímavým jevem, který si v tomto článku vysvětlíme.

Voda se v mnoha případech chová z hlediska fyziky prostě divně, jednoduše dělá, co nemá a co od ní neočekáváme. Jedna z divností je stav podchlazení. Ve škole se učíme, že jakmile se voda ochladí na teplotu nižší, než je 0°C, mění se na pevnou látku – led. Jak už ale asi očekáváte, ne vždy tomu tak bude.

Může se totiž stát, že i když bude mít voda teplotu pod jejím bodem tuhnutí, zůstane stále v kapalném skupenství. Nachází se v takovém případě v takzvaném metastabilním – termodynamicky nerovnovážném - stavu. Jakto? Děje se to z toho důvodu, že tvorba krystalků ledu prostě nezačne. Ve vodě při tomto ději nevzniknou krystalizační centra, jenž jsou zárodky krystalků ledu, a tak tedy proces tuhnutí nemůže proběhnout. Voda, která je čistá a ochlazuje se pomalu tedy jednoduše zůstane kapalinou. V takovém stavu voda postrádá energii nutnou k započetí krystalizace. Pokud ale podchlazená voda dostane nějaký vnější podmět, který jí energii předá (například cvrnknutí do pet lahve), krystalizační centrum se vytvoří a voda začne zamrzat. Pokud vám tedy někdy někde zůstane rozum stát nad tím, jaktože jsou teploty hluboko pod nulou a pet láhev zapomenutá v autě s vodou v kapalném skupenství, předejte lahvi trochu energie a pozorujte, jak se tento zvláštní úkaz navrací do rovnovážného stavu.

Pokud se vám tento jev líbí, můžete se o něj také sami pokusit, stačí vám uzavřená láhev s čistou neperlivou vodou, kterou dáte na zrhuba tři hodiny do mrazáku. Poté ji opatrně vytáhněte a pořádným zatřešením můžete sledovat krystalizaci.