Reddit – askscience – Quanto velocemente gela l’acqua su un corpo d’acqua a temperatura costante? Cosa influenza questo tasso? L’acqua continua a congelare a temperature sotto lo zero o si raggiunge sempre un equilibrio?

Tl;dr questo alla fine.

Prima devo spiegare un po’ sul congelamento. Ci sono fondamentalmente due processi che insieme fanno il “congelamento” e sono la nucleazione e la crescita dei cristalli di ghiaccio. Quindi, per congelare, un certo numero di molecole deve unirsi e produrre un embrione che assomiglia a un cristallo di ghiaccio nell’orientamento spaziale, e che rimane per un periodo di tempo abbastanza lungo perché altre molecole d’acqua si condensino su di esso. Questo processo di nucleazione è governato principalmente dalla diffusione browniana, il che significa che è una questione di probabilità quando e dove il ghiaccio inizierà a formarsi, e più molecole significano più possibilità di successo.

In secondo luogo, il punto di congelamento dell’acqua non è esattamente 0 gradi celsius (32F), perché il congelamento è legato alla probabilità di nucleazione. A 0 gradi la probabilità di nucleazione è ancora piuttosto bassa, e l’acqua (almeno parti di essa) scenderà sotto zero prima che si formi il ghiaccio. Questo presenta anche un problema perché se si prendessero 5 bicchieri identici con identici volumi e temperature iniziali dell’acqua e li si raffreddasse, si vedrebbero probabilmente diversi tempi di congelamento distribuiti attraverso una distribuzione gaussiana intorno alla media.

Quindi dovrei prima rispondere alla tua seconda domanda, che ci sono diverse cose che influenzano la velocità di congelamento come la temperatura ambiente, il volume dell’acqua, le impurità dissolte e il vento.

Assumendo che non ci siano impurità o vento, la velocità di nucleazione J(T) alla temperatura T sarebbe: J(T)=ns 4(πr* )2 exp x (n1 /Vw )exp

E alcuni di questi valori hanno più operazioni al loro interno, quindi come si può dire è un po’ complicato. La proprietà interessante dell’acqua, però, è che il ghiaccio galleggia. La maggior parte dei materiali diventano più densi quando si raffreddano, ma l’acqua è più densa a 4 gradi celsius. Questo significa che l’acqua a 4 gradi rimarrà nelle parti più basse del corpo idrico, ed è parte della ragione per cui i laghi non si congelano completamente e come gli organismi possono sopravvivere in questi luoghi in inverno. Il ghiaccio isola il resto dell’acqua contro il raffreddamento, quindi l’acqua sarebbe congelata in cima, e condizioni sufficientemente fredde sopra vedrebbero il ghiaccio addensarsi lentamente verso il basso, ma dato un corpo d’acqua abbastanza grande, non credo che rimarrebbe abbastanza freddo da congelare completamente.

TL;DR L’equazione di nucleazione è lunga; il vento, le impurità, la temperatura, il volume dell’acqua influenzano la velocità, l’acqua è più densa sopra lo zero quindi grandi corpi d’acqua non si congelano completamente, anche se con abbastanza tempo potrebbero.