Alijäähtymisestä

Tuolla limsan jäätymiskeskustelussa tuli esille ajatusta, että alijäähtyminen vesiliuoksissa vaatisi jotenkin erikoiset olosuhteet. Toki siellä esim. nimimerkki "no en" kirjoitti paljon asiaa juuri tästä alijäähtymisestä.

Oikeastaan asia on siis päinvastoin: nesteen kitetyminen sulamispisteessään on poikkeuksellista. Sulamispistehän määritetäänkin normaalisti lämpötilaa nostamalla, jolloin mitään vastaavaa metastabiilia tilaa ei yleensä esiinny.

Se, ettei esim. järvissä juurikaan havaitse alijäähtymisilmiötä johtuu luonnon "poikkeusellisesta" olotilasta, eli järvissä on hiekanjyviä rannoilla ja kaikenlaisia kiteitä ilmassa ja veden pinnalla. Näitä ei esiinny suljetuissa muoviastioissa tai puhtaissa laboratorio-olosuhteissa. Niinpä alijäähtyminen ja kiteytymisen odottelu on joskus tuskallista. Lasin naarmuttaminen voi näissä tilanteissa antaa sopivan aloituskohdan.

Kerran olen ollut illalla täysin tyynen järven rannalla, kun uskoin nähneeni jäätymisen alkamisen. Hämärässä näytti seitinohut riite leviävän yli järvenselän. Ehkä siinä oli lievä alijäähtyminen ehtinyt tapahtua? Havainnonteon olosuhteet olivat toki epäedulliset minkään varman väitteen esittämiselle. Aamulla olikin sitten jo ihan normaalisti ensijäät järvessä.

Alijäähdynyt vesisade on sitten jo melko jokovuotinen ilmiö, luulisin.

3

2039

    Vastaukset 3

    Anonyymi (Kirjaudu / Rekisteröidy)
    5000
    • Nesteen kiteytymättömyys alle sulamispisteen on metastabiili tila, joka voi olla arkikielessä aika stabiili. Alijäähtynyt vesi muovipullossa voi kestää heiluttelua, jopa ravistelua. Metastabiili neste, jonka lasi muodostaa, kestää melkein mitä vain kiteytymättä, niinkuin puhtaasta sokerista tehtävissä oleva siirappi. Siis kynnys kiteytymiseen voi olla melko korkeakin. Lähinnä kait siinä on kyse siitä, ettei riittävän suurta määrää molekyylejä järjesty ensimmäiseksi kiteeksi, joka kyllä sitten lähtisi "itsekseen" kasvamaan.
      http://en.wikipedia.org/wiki/Nucleation

      Tietyssä tilanteessa samassa liuoksessa voi olla useampiakin faasimuutoksia metastabiilissa tilassa. Juuri kylmissä, alijäähtyneissä virvoitusjuomissa on korkkia avattaessa yksi metastabiiliustilanne veden jäätymisen ja toinen kaasun liuoksesta vapautumisen suhteen. Muodostuvat jääkiteet voivat toimia kuplien syntymiskeskuksina, niinkuin kuplatkin voivat toimia kiteiden syntymiskeskuksina.
      Muistan tapauksen, milloin lasiin muodostui jäävaahtokuorrutus kaadettaessa siihen pakastimesta otettua limsaa, joka oli pullossa ihan nesteenä avaamisen jälkeenkin. Muistaakseni se sitten hyhmettyi koko pullollinenkin. Melko vaikeasti ennustettavia tai toistettava ilmiötä, luulisin?

    • Asiaa tuli joskus mietittyä ihan kokeiden kanssa, joten ehkä on hyvä laittaa linkki ja kopio asiasta:
      http://groups.google.fi/group/sfnet.tiede.kemia/browse_thread/thread/136414c82552bb27/f201b2e84ab854e4?hl=fi&lnk=gst&q=Risto Jääskeläinen#f201b2e84ab854e4
      Tapauksia:
      Olvin Jaffa Classic 1,5l pullo parvekkeella. Pakastinlokerossa
      aikaansaatu jää näyttää lisääntyvän, kun parvekkeella lämpötila laskee
      0:sta miinus yhteen (tarkkuus -1ºC). Näin limsan sulamispisteeksi
      saadaan -1ºC ( -1ºC)
      Olvin Jaffa Classic, avaamaton 1,5 l pullo, pidetty pakkasen puolella
      olevalla lasitetulla parvekkeella yön yli. Mittarissa -4 ºC ( -1ºC)
      Pulloa ravistellaan käsin. Pullon sisälle syntyy jäähyhmää yli puolen
      pullon tilavuuteen. Sama pullo pidettynä jääkaapissa, otetaan esille
      ja sekoitetaan ja viedään pakkasen puolella olevalle parvekkeelle.
      Pullossa on jäähyhmää n. 2 cm kerros, kun se varovasti avataan.
      Hiilidioksia tulee hyvin vähän äänestä päätellen, joitakin kuplia
      nousee. Jään lisämuodostusta ei havaita. Limsan maku on normaalin
      hiilihappoinen maistettaessa.

      18.1.2004
      Olvin Classic Jaffa 1 litran avaamattomassa muovipullossa on ollut yön
      yli parvekkeella, jossa on ollut riittävän kylmää (n. -3 astetta),
      että ravistettaessa aamulla vesi jäätyy äkisti muovipullossa. Limsat
      (Jaffa ja Pommac Light) eivät jäädy ravisteltaessa.
      Klo 14, parvekkeen lämpötila -1 astetta, edelleen jäätymätön
      limsapullo putoaa metrin korkeudesta betonille. Nostettaessa pullo
      vaikuttaa ehjältä, mutta pintaan nousee parin senttimetrin kerros
      jäähyhmää.
      Klo. 15 edellisen Jaffapullon kanssa parvekkeella ollut 1,5l avaamaton
      PommacLight-pullo pudotetaan betoniparvekkeelle lappeelleen n. 1 m
      korkeudesta. Räsähdys on äänekäs, pullossa näkyy puoleen väliin
      jääsälöjä/lehtiä, jotka tiivistyvät kavennuksen korkuiseksi (n. 1/5
      pullosta, n. 10 cm) korkuiseksi hyhmäksi.

      Useista yrityksistä huolimatta en koskaan ole havainnut jään
      lisääntyvän avattaessa pulloa, jossa on jo jäätä pinnalla, vaikka tuon
      jään määrä olisi vain muutaman mg -suuruusluokkaa, jolloin vähäinenkin
      lisääntyminen olisi havaittavissa. Jaffassa vähäiset jään lisäykset
      jäisivät varmaan huomaamattakin, mutta sama juttu myös kirkkailla
      juomilla (Pommac Light, Olvin ykkönen, Olvin Vichy).

      Ehdotus koejärjestelyksi.
      Välineitä: lämpömittareita, tyhjä muovinen limpsapullo, avaamattomia
      kirkkaita muovisia Olvin Vichy pulloja (vähintään kaksi, mieluummin
      enemmän), pakastin, jääkaappi, lämpölaukku, pakkausstyroksia.

      I) Sulamispisteen arviointi
      Jäädytetään vaikka pakastimessa yksi juomapullo (mieluummin jäätä vain
      osittain, alle 8h). Laitetaan pullo mittarin kera hyvin
      lämpöeristettyyn paikkaan ja havainnoidaan lämpötila, kun jää on
      alkanut sulaa, mutta ei ole vielä kokonaan sulanut. Jos tätä vaihetta
      ei tehdä, käyteään arvona - 1 ºC.

      II) Jäähdytetään pullot n. 2-4 astetta alle jäätymispisteen ja
      ravistellaan niitä. Jos jääkaapin teho ei riitä, eikä sopivaa
      ulkotilaa ole käytettävissä, käytetään lämpölaukkua mittareineen
      pakastimessa. Vertailun vuoksi samassa tilassa tulee olla yksi
      vedellä täytetty pullo. Jos siihen ei synny jäätä edes pulloa
      ravistelemalla, jäähdytysaikaa on lisättävä. Juomien esijäähdytys
      nopeuttaa koetta. Ravistellaan kutakin pulloa. Tehdään havaintoja n.
      minuutin ajan.
      Ne pullot, joissa ei esiinny olomuodon muutoksia, pudotetaan n. metrin
      korkeudesta lattialle.
      Tehdään havainnot.

      III) Otetaan pullo, jossa on vähän hyhmämäistä jäätä. Sekoitetaan ja
      asetetaan pariksi minuutiksi kylmään, mieluummin -1 ºC. Tarkistetaan,
      että pullossa on hyhmää edelleen ja jos on, avataan pullo varovasti.
      Seurataan jään määrän muutosta. Kirjataan havainnot. Maistetaan
      juomaa hiilidioksidin toteamiseksi.

      Kysymyksiä:
      1) Hiilidioksidimäärän muutoksen vaikutus avaamattoman juomapullon
      jäätymiseen?
      2) Paineen muutoksen vaikutus juoman jäätymiseen avaamattomassa
      pullossa?
      3) Mikä tunnettu ilmiö voi selittää sen, että jäätyminen tapahtuu alle
      sulamispisteen lämpötilassa?
      4) Miten pullon avaaminen vaikuttaa jään määrään?
      5) Jos juoma jäätyy pulloa avattaessa, mikä on todennäköisin selitys?
      6) Kumpi jäätyy helpommin ravistettaessa, vesi vai
      hiilidioksidipitoinen juoma?
      7) Miten suhtaudut väitteeseen, että nesteessä oleva kaasu estää
      alijäähtymistä?
      8) Miten kommentoit alla olevaa selitystä avatun juomapullon
      jäätymisestä:
      http://journals.iranscience.net:800/www.newscientist.com/www.newscien...
      [The case of dissolved carbon dioxide is particularly interesting,
      because the gas is forced into water under pressure. When the pressure
      is released by opening the bottle, the gas comes out, making little
      bubbles, and eventually leaving flat water. Sealed bottles of
      carbonated water can be cooled below 0 °C and remain liquid. When the
      CO2 comes out on opening, the water is able to freeze, giving the
      effect you describe.
      John Swain , Department of Physics Northeastern University Boston
      Massachusetts]
      Käännös: liuenneen hiilidioksidin tapaus on erikoisen kiinnostava,
      koska kaasu on pakotettu veteen paineella. Kun paine poistuu pulloa
      avattaessa, kaasu pääsee pois, tehden pieniä kuplia ja jättäen
      jälkeensä lopulta pelkää vettä. Suljetussa pullossa hiilihapotettu
      vesi voi jäähtyä alle 0 °C ja pysyä nesteenä. Kun hiilidioksidi
      poistuu avattaessa, vesi on jäätymiskykyistä, tuottaen kuvailemasi
      ilmiön.

      9) Miten termodynaamisesti asian voisi laskea, perustella?
      10) Miksi monet uskovat kohdan 8 tapaisiin selityksiin?
      11) Olisiko olennaisempaa kysyä, miksi juoma ei ole jäässä
      sulamispisteen alapuolelle jäähdytetyssä pullossa, kuin kysyä, miksi
      se jäätyi avattaessa?

      Huom! Jos aiot itse tehdä kokeet, älä vielä lue mallivastauksia.

      Mallivastauksia. Huomaa, että nämä perustuvat havaintoihini. Jos
      saat erilaiset havainnot, ovat johtopäätöksesikin mahdollisesti
      erilaiset. Havaintovirheet ovat mahdollisia, johtopäätösvirheet
      kuitenkin todennäköisempiä.

      1) Ei vaikuta merkittävästi, kun hiilidioksidikonsentraatio ei
      havaittavasti muutu. Tämä joutuu päättelemään, ei voi mitata tässä
      koejärjestelyssä.

      2) Paine pysyy lähes vakiona, joten sen muutos ei vaikuta olennaisesti
      jäätymiseen. Paineen mittaaminen olisi mahdollista, miten?

      3) Alijäähtyminen

      4) Avaaminen ei vaikuta jään määrään havaittavasti. Näin se ei voi
      olla ainoa kausaalinen syy kohtalaisen jäämäärän syntyyn pulloa
      avattaessakaan.

      5) Alijäähtyminen, joka rikkoutuu avaamisen aiheuttamasta häiriöstä
      (pienistä kuplista).

      6) Havaintojen mukaan vesi. Hiilidioksidipitoisen juoman
      alijäähtymistila vaikuttaa melko kestävältä, ainakin ravistelun
      suhteen.

      7) Ei päde ainakaan hiilidioksidille.

      8) NewScientistin nettisivu ei täytä tieteellisen julkaisu kriteerejä.
      Annettu selitys on mitä todennäköisimmin paikkansapitämätön
      kokonaisuus, joskin siinä on yhdistelty tosia väitteitä. Esim. suurin
      osa hiilidioksidista jää edelleen nesteeseen, vaikka pullo
      avattaisiin. Pakkasen puolella olevan pullon hiilidioksidin paine on
      paljon vähäisempi kuin huoneenlämpöisen.

      9) Ottamalla huomioon liuenneen hiilidioksin ja kaasumaisen
      hiilidioksidin vapaan energian eron, kaasuuntuvan hiilidioksidin
      määrän ja ulkoilman paineen sekä veden sulamispisteen
      paineriippuvuuden. Näitä käyttäen voi osoittaa, ettei ainakaan nuo
      ilmiöt (paineen muutos, hiilidioksidin kaasuuntuminen, pV-työ) voi
      olla merkittäviä selittäviä tekijöitä. Jos mittaa nesteen tarkan
      lämpötilan ennen jäätymistä ja sen jälkeen, punnitsee syntyneen jään
      määrän ja huomioi niiden lämpökapasiteetit ja muodostumisenergiat,
      voi laskea, kuinka paljon alijäähtyminen selittää ilmiöstä ja mitä jää
      muiden tekijöiden osalle.

      10) Kyse on paljolti psykologisista tekijöistä. Ihminen mm. uskoo
      sujuvia selityksiä. Toisekseen ne tapaukset, joissa jäätä ei muodostu
      alijäähtyneeseen juomaan edes avattaessa ja ne tapaukset, joissa
      alijäähtynyt neste on jo jäätynyt, eivät vaikuta "ihmeellisiltä",
      eivätkä kiinnitä huomiota. Avaamisella ja jäätymisellä näyttää olevan
      kausaalinen syy (ja niin onkin), mutta alijäähtymistä ei puolestaan
      havaita.

      11) Kyllä.

      Lainausoikeudet: Koska olen hieman nähnyt yllä olevaan vaivaa, toivon,
      että lainattaessa edellä olevaa mainitaan myös lähde. Saa siis
      lainata.

      Risto Jääskeläinen, FK

      • hyvä kiva

        kerrankin omatoimista kokeellista toimintaa,
        eikä uskomista nettitohtorien linkkeihin!


    Ketjusta on poistettu 0 sääntöjenvastaista viestiä.

    Luetuimmat keskustelut

    1. Mikä on totta mikä ei?

      Onko juoru vai ei että nimeltä mainitsematon henkilö on tehnyt naiselle/naisille jotain joka on väärin?
      Kuhmo
      25
      1818
    2. Lopetetaanko tämä

      Juttu ja mennään eteenpäin? Pystytkö?
      Ikävä
      126
      831
    3. Just saying

      Mies joka antaa naiselle turvallisen olon, on seksikäs. Ei kieroja kikkoja ja haluaa olla vain sen yhden naisen mies.
      Ikävä
      123
      647
    4. Voisin antaa sulle nyt

      Halin❤️
      Ikävä
      54
      578
    5. Löytyikö syy miksi Martina on Muhiksen kanssa

      Saipa naurut Gekkosen kuvasta, missä ovat ravintola Hookissa Immu fight night ottelun jälkeen, Muhoksella pullottaa hirv
      Kotimaiset julkkisjuorut
      89
      551
    6. Jos selviäisi että kaivattusi

      Olisi savant asperger? Rakastaisitko vielä? Savant-lahjakkuus olisi kapea-alaista neroutta liittyen mekanisiin ja tilan
      Ikävä
      88
      540
    7. Tosi kiva on

      Joo. Mitä olisit menettänyt jos olisit paljastanut itsesi?
      Ikävä
      65
      531
    8. Tehdään yhdessä itsestämme

      Parhaat versiot❤️ Se vaatii molemmilta hyvää itsetuntoa!
      Ikävä
      42
      525
    9. Päivän aivopieru Trumpilta

      Trump julisti sodan hyttysiä vastaan. Myös punkit ovat Trumpin sodan kohteena. Eikö vieläkään USA:n kansa tajua tuon uko
      Maailman menoa
      62
      495
    10. Oliko Jani Halmeen aika jo tippua TTK:sta?

      Jani Halme ja Claudia Ketonen joutuivat jättämään TTK:n. Halme ja Ketonen saivat viimeiseksi jäänestä tanssista, sambas
      Tanssii tähtien kanssa
      26
      474
    11. Jokin ei täsmää

      Joskus yksi vuosiluku saa katsomaan koko tarinaa uudestaan. Löysin gradun. Matematiikka ei oikein täsmää siihen, mitä mi
      Ikävä
      267
      470
    12. Toivotko vielä viestiä

      Minulta? En rohkene enää ottaa yhteyttä, kun varmasti jo uusia naisia elämässä. Nolaisin vain itseni.
      Ikävä
      34
      453
    13. Janpen Thai lopettanut, miksiköhän

      Hyvää apetta teki.
      Suomussalmi
      8
      436
    14. Kuka kaipaa T m?

      Kerro nainen kirjaimesi vaan... Haluan miettiä kuka tulee ekana mieleeni.. kuin kurkistus tunteiden meren pinnalle, jota
      Ikävä
      31
      425
    15. Vaikea on tämän

      Jälkeen suhtautua sinuun ilman ettei muista kirjoituksiasi.
      Ikävä
      58
      422
    16. Kerro muuten miksi

      Estit somessa?
      Ikävä
      41
      416
    17. Miksi jotku naiset on niin tyhmiä

      Että elättelevät turhaa toivoa toisen kustannuksella. Onko ne kaikki kaappilesboja vai mikä niitä vaivaa? Sitten itketä
      Ikävä
      51
      415
    18. Jorma Uotinen läväytti härskin heiton - Paljastus uudesta TTK-romanssista?

      Tuomari Jorma Uotisen linja on välillä hyvinkin rohkea TTK:ssa. Hän näpäytti Jaakko Parkkalille ja Kastanja Rauhalalle v
      Tanssii tähtien kanssa
      9
      409
    19. Jätä jo se puolisosi, mun kanssa kilpa-asetelma on tuhoisa.

      Eikä hän tule sitä voittamaan. Myöskään missään vanhassa ei kannata roikkua, koska ei uskalla kohdata muutosta, hyvät as
      Ikävä
      27
      396
    20. S-ryhmän vastuullisuuden kaksoisstandardi

      Vastuullisuuspuhe on helppoa. Vaikeampaa on selittää, miksi S-ryhmän omien merkkien tuotteita ja raaka-aineita hankitaan
      Maailman menoa
      6
      385
    Aihe