Πάμε να κάνουμε ένα ταξίδι, όχι μέσα στα μάτια σου, που τραγουδάει η Νατάσα Θεοδωρίδου, αλλά down the memory lane, στην εποχή που ήσουν στο δημοτικό, κάπου στην πέμπτη, και έκανες τα πρώτα σου μαθήματα φυσικής. Εκεί, μάθαμε για τη σημασία που έχει το νερό για την ύπαρξη στον πλανήτη Γη, μάθαμε ότι είναι μια χημική ένωση αποτελούμενη από 2 μόρια υδρογόνου κι ένα οξυγόνου και πολλά ακόμα.
Στα πρώτα πρώτα που μάθαμε, μετά το HIGKLMNO, δηλαδή το H2O (εδώ ένα μπράβο σε όσους πιάσουν το αστείο), είναι πως το νερό έχει σημείο βρασμού στους 100 βαθμούς Κελσίου, μπαίνει δηλαδή σε μία κατάσταση στην οποία αρχίζει να μεταβαίνει από τη φάση υγρού στη φάση αερίου, άρα γίνεται ατμός, έχει όμως και σημείο πήξης, πηγαίνει δηλαδή από τη φάση υγρού στη φάση στερεού, στους 0 βαθμούς, άρα γίνεται πάγος.
Η πραγματικότητα, και στις δύο περιπτώσεις, απέχει από αυτό. Διότι, όντως, το νερό γίνεται αέριο στους 100 βαθμούς, αν βρίσκεται στο υψόμετρο της θάλασσας, αλλά όσο ανεβαίνουμε, τότε μειώνεται η θερμοκρασία στην οποία μετατρέπεται σε αέριο. Κι όσο κατεβαίνουμε, αυξάνεται.
Λίγο πιο περίπλοκα είναι τα πράγματα στη μετατροπή σε πάγο, η οποία γίνεται σε κάτι παραπάνω από τους 0 βαθμούς. Αυτό συμβαίνει διότι διαφοροποιείται η ατμοσφαιρική πίεση.
Το νερό, για να γίνει πάγος στους 0 βαθμούς Κελσίου, πρέπει να βρίσκεται στο χαμηλότερο σημείο της επιφάνειας της Γης, δηλαδή στους ωκεανούς, να έχει συγκεκριμένη καθαρότητα, χρόνο και πίεση. Οπουδήποτε αλλού, όπου αλλάζει η ατμοσφαιρική πίεση, αλλάζει και το σημείο πήξης για το νερό. Όπως αλλάζει κι από την επιφάνεια στην οποία βρίσκεται, άρα εξαρτάται από τις προσμίξεις με άλλα στοιχεία.
Έτσι, δεν υπάρχει κανένας πάγος νερού στους 0 βαθμούς Κελσίου. Η διαδικασία της πήξης αρχίζει ακριβώς μόλις πάμε στους -1, άρα σε μια θερμοκρασία στην οποία αρχίζει να αφαιρείται θερμική ενέργεια από το νερό, όμως κι εκεί δεν υπάρχει παρά ελάχιστη μετάβαση προς την στέρεα μορφή. Πρακτικά, έχουμε απλά πολύ κρύο νερό σε υγρή μορφή.
Ιδιαίτερα, σημαντικό ρόλο παίζει η θερμοκρασία του περιβάλλοντος στο οποίο βρίσκεται το νερό. Αν το περιβάλλον έχει ακριβώς την ίδια θερμοκρασία με το σημείο πήξης, είναι δηλαδή στους 0 βαθμούς, τότε δεν γίνεται αυτή η αφαίρεση θερμικής ενέργειας από το νερό. Η αφαίρεση, που απελευθερώνει την παγοποίηση, θα γίνει μόλις το περιβάλλον φύγει από την κατάσταση θερμικής ισορροπίας.
Η θερμική ισορροπία είναι το σημείο των 0 βαθμών Κελσίου, όπου το νερό γίνεται πάγος, αλλά και ο πάγος γίνεται νερό. Αν πάμε στο 0.001, τότε θα δούμε περισσότερο υγρό. Αν πάμε στο -0.001, τότε θα υπερισχύει ελάχιστα ο πάγος. Αυτό συμβαίνει διότι στους 0 βαθμούς, η διαδικασία της πήξης και της τήξης συμβαίνουν ταυτόχρονα, οπότε ναι, το νερό παγώνει, αλλά επειδή ο πάγος που σχηματίζεται, μετατρέπεται σε ελάχιστο χρόνο ξανά σε νερό, δεν μπορούμε να παρατηρήσουμε τη μετατροπή σε στερεό.
Μιας και αναφέραμε το 0.001, αυτό είναι το τριπλό σημείο του νερού, διότι σε αυτή τη θερμοκρασία, ελάχιστα πάνω από το μηδέν, έχει και τις τρεις μορφές: στερεό, υγρό και αέριο. Πρόκειται για το σημείο που ορίζει την θερμοδυναμική κλίμακα θερμοκρασίας σε μέτρηση Κέλβιν.
Κάπως έτσι, για να γίνει το νερό πάγος, θα πρέπει να απομακρυνθεί κάποιος αρκετά από το μηδέν, να πάει όλο και χαμηλότερα στο μείον.
Αυτή η απάντηση για το ακριβές σημείο, είχε δοθεί πριν 14 χρόνια σε ένα πείραμα, όταν επιστήμονες έκαναν προσομοιώσεις και κατέληξαν πως το χρυσό σημείο είναι στους -48 βαθμούς Κελσίου.
Όταν το νερό φτάνει αυτή τη θερμοκρασία, η πυκνότητά του μειώνεται, η δομή του αλλάζει και η συμπίεσή του είναι πιο εύκολη. Ως αποτέλεσμα, κάθε μόριο νερού σχηματίζει ασθενείς δεσμούς με τέσσερα άλλα μόρια και δημιουργεί έτσι ένα τετράεδρο.
Σύμφωνα με τους ερευνητές, στη θερμοκρασία των -48 βαθμών το απόλυτα καθαρό νερό υπάρχει ως «ενδιάμεσος πάγος» -μια κατάσταση ανάμεσα στο υγρό και το στερεό.
Εν τέλει, η απόλυτη στιγμή πάγου για το νερό, εκεί όπου αφαιρείται πλήρως η θερμική ενέργεια, είναι στην εντροπή, στους -273 βαθμούς Κελσίου, το σημείο 0 στην κλίμακα Κέλβιν, όπου σταματά κάθε κίνηση των μορίων και επέρχεται η «αθανασία», η κρυοσυντήρηση, δηλαδή το πάγωμα του νερού.
* Φωτογραφία: Cluttersnap/Unsplash