Kas ir pārdzesēšana?

Tīrs ūdens sasalst 32 °C (0 °F) temperatūrā, bet to var pārdzesēt līdz -43.6 °F (-42 °C). Tas ir jādestilē, lai notiktu pārdzesēšana, jo piemaisījumu klātbūtne radītu kodola veidošanās punktus un ļautu veidoties ledus kristāliem. Pārdzesēts ūdens ļoti ātri pārvēršas ledū vai dubļos, kad tas saskaras ar vielu, uz kuras tas var veidot kristālus. Ir iespējams arī atdzesēt ūdeni, pārsniedzot viendabīgas kodola veidošanās punktu, un tādā gadījumā tas galu galā sacietē par stikla veidu.

Daudz dažādu veidu vielas un šķīdumus var pārdzesēt, padarot procesu noderīgu dažādos lietojumos. Piemēram, pārdzesētus metālu sakausējumus izmanto pusvadītāju nanostruktūru ražošanā. Tūlītēji roku sildītāji, populārs komerciāls produkts, rada siltumu, ātri kristalizējoties pārdzesētam nātrija acetāta šķīdumam.

Roku sildītājos izmantotais pārsātinātais nātrija acetāta šķīdums tiek radīts, karsējot ūdeni, lai varētu izšķīdināt vairāk nātrija acetāta nekā parasti. Pēc tam šo maisījumu pārdzesē līdz istabas temperatūrai, paliekot šķidram, kad tas parasti kristalizētos. Kad roku sildītājs tiek saspiests, traucējumi pazemina kristalizācijas enerģijas barjeru, un, veidojoties kristāliem, tiek atbrīvots siltums.

Pārdzesēšanu dabā var plaši novērot. Tas var notikt ar ūdeni zem ledājiem, izraisot izmaiņas nogulumu transportēšanā un ledāju dinamikā. Pārdzesēti ūdens pilieni bieži veidojas augstkalnu mākoņos un, saskaroties ar cietu priekšmetu, kristalizējas ledū. Šī parādība ir atbildīga par ledus veidošanos uz lidmašīnas spārniem.

Šo procesu izmanto arī daudzi dzīvi organismi. Koku un kukaiņu sugas, kas dzīvo aukstā klimatā, paļaujas uz to, lai pazeminātu savu iekšējo šķidrumu sasalšanas punktu. Tas rada toleranci pret sasalšanas apstākļiem un ļauj šiem organismiem izdzīvot ārkārtīgi aukstā temperatūrā.

Pētījumi liecina, ka pārdzesēšana notiek gadījumos, kad vielas struktūra sastāv no atomiem piecstūru kopās. Piecstūrus nevar ģeometriski sakārtot tā, lai tie pilnībā aizpildītu kristālisko telpu, tāpēc kristalizācija nenotiek. Tā pastiprinātā ietekme ir pierādīta pētījumos par nanovadu struktūru augšanu uz silīcija.