น้ำในขวดเย็นจัดแต่ยังไม่แข็ง พอขยับแล้วกลายเป็นน้ำแข็งได้อย่างไร?

* รูปภาพใช้เพื่อประกอบเนื้อหาเท่านั้น อาจไม่ใช่ภาพเหตุการณ์จริงหรือภาพจริงจากเรื่องในบทความ

ขวดน้ำยังใสตอนหยิบจากช่องฟรีซ แต่พอขยับกลับเริ่มมีเกล็ดน้ำแข็งไล่ขึ้นในขวด

น้ำบางขวดเย็นต่ำกว่า 0 องศาเซลเซียสได้โดยยังเป็นของเหลว เพราะผลึกน้ำแข็งยังไม่มีจุดเริ่มก่อตัว; เมื่อมีแรงสั่นหรือจุดเริ่มตกผลึก น้ำจึงแข็งเป็นเกล็ดอย่างรวดเร็ว สภาวะนี้เรียกว่า “น้ำเย็นยิ่งยวด”

ภายใต้ความดันปกติ น้ำบริสุทธิ์มีจุดเยือกแข็งใกล้ 0 องศาเซลเซียส แต่ไม่ได้หมายความว่าน้ำจะกลายเป็นน้ำแข็งทันทีที่แตะตัวเลขนี้ ก่อนแข็ง โมเลกุลน้ำต้องเริ่มเรียงตัวเป็นกลุ่มผลึกเล็ก ๆ ที่โตต่อได้ ฝุ่นและอากาศที่ปนอยู่ช่วยให้เกิดจุดตั้งต้นแบบนี้ หากน้ำเย็นลงโดยยังไม่มีจุดเริ่ม ผลึกอาจก่อตัวช้าจนของเหลวยังคงอยู่ แม้อุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็งแล้ว

เมื่อขวดถูกเขย่าหรือกระแทก สภาพที่นิ่งก็ถูกรบกวนและการแข็งตัวเริ่มขึ้น ผลึกน้ำแข็งที่เกิดขึ้นเติบโตต่อได้ ทำให้น้ำในขวดดูขาวขุ่นอย่างรวดเร็ว แรงเคาะไม่ได้ทำให้น้ำเย็นลง แต่ช่วยให้การเปลี่ยนสถานะที่ยังไม่เริ่มเกิดขึ้น

ภาควิชาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ มหาวิทยาลัยไอโอวา สาธิตปรากฏการณ์นี้ด้วยน้ำประมาณ 5 มิลลิลิตรหรือราวหนึ่งช้อนชาในหลอดทดลอง โดยแนะนำให้ต้มหรือกรองน้ำเพื่อลดอากาศและฝุ่นซึ่งเป็นจุดเริ่มให้ผลึกเกิด หากปล่อยหลอดไว้นิ่ง น้ำอาจเย็นลงถึง ประมาณ -4 องศาเซลเซียส โดยยังไม่แข็ง แต่เมื่อเขย่าหลอด น้ำจะแข็งอย่างรวดเร็วและอุณหภูมิกลับขึ้นถึง 0 องศา

ผลนี้ไม่ได้เกิดกับทุกขวด เพราะชนิดน้ำ ภาชนะ และแรงสั่นระหว่างแช่มีผลต่อการเริ่มจับตัว มหาวิทยาลัยไอโอวายังระบุว่าชุดทดลองสุญญากาศอีกแบบสำเร็จเพียงราว 10% ในห้องเรียน เนื่องจากแรงสั่นจากห้องเรียนและห้องเครื่องรบกวนตัวอย่างได้ง่าย ตัวเลขนี้เป็นผลของชุดทดลองนั้น ไม่ใช่โอกาสที่ขวดน้ำทั่วไปจะแข็งตัว

ขอบคุณภาพประกอบจาก https://graphic.in.th