„Az óriási tó nem úgy szokott befagyni, mint a folyamok, miken töredékes jégtorlaszok csoportosulnak össze; ez egy csendes pillanatában a víztükörnek egyszerre áll meg, mint a kristály, s reggelre ott van az egész vízen a sima, tündöklő tükör. Ezüsttükör, mikor a hold fénye bevilágítja. Nincs rajta semmi törés: egy darabból van öntve.”
Az előző sorok Jókai Mór Az aranyember című regényéből vannak és ne legyenek kétségeink, hogy a XIX. századi írónk, amikor papírra vetette mindezt, nem csupán élénk fantáziájára hagyatkozott. Füredi villájából minden bizonnyal ő maga is tanúja volt többször, hogy hogyan fagy meg egy tó vize egyik pillanatról a másikra.
Ha Jókai az irodalom helyett a természettudományok embere lett volna, akár úgy is írhatta volna, hogy a Balaton vize 0 Celsius alá csökkent, így pedig olyan halmazállapot-változás jött létre, ami után a folyékonyból szilárd halmazállapotú lett.
A víz fagyásáról szóló általános definíciónak így megfelelt volna, viszont a tudomány azóta már ezt a tételt is cáfolta. És bár valóban, egy Balatonhoz hasonló víztömeg képes 0 Celsiuson, vagy kicsivel alatta megfagyni, vannak olyan helyzetek, amikor a mínusz 40 °C is kevés ehhez.
A víz mibenléte –bés főleg viselkedése – ugyanis még a XXI. század tudósait is zavarba ejti néha. Lássunk ezek közül néhányat!
Állítólag már Arisztotelész is megfigyelte azt az ellentmondásos jelenséget, amikor azonos körülmények között kirakunk a téli hidegbe egy tál meleg és hideg vizet, a melegebb előbb megfagy, előbb lesz hártyás a teteje, mint a hidegnek, ami elméletileg közelebb állt a fagyásponthoz. A tudománynak erre több magyarázata is van. Egyrészről a forró víz gyorsabban párolog, mint a meleg, így gyorsabban veszít térfogatából is, a kevesebb víz pedig hamarabb megfagy. Erről itt van egy érdekes videó.
A másik magyarázat az, hogy a forró vízben a természetes sótartalom hamarabb kioldódik, mint a hidegben, így magasabb lesz a fagyáspontja, ergo gyorsabban megfagy.
Egy másik érdekes jelenség, amikor a palackba zárt víz „varázsütésre” egyik pillanatról a másikra fagy meg. Ez a túlhűtés jelensége, amikor a víznek bőven, akár 5-6 Celsius fokkal a fagypont alatt sem változik meg a halmazállapota, azaz folyékony marad. Ebben a metastabil állapotban jégcsírák jelennek meg benne, amelyek egy ütés, vagy rázás után elkezdenek kristályosodni hirtelen, ilyenkor a szemünk előtt pár másodperc alatt fagy meg a víz. Itt meg lehet nézni egy kísérletet erről.
Hasonló jelenség játszódik le olykor a légkörben is, amikor a vízcseppek ugyancsak túlhűtött állapotba kerülnek és nem veszik fel 0°C alatt sem a hópelyhekből jól ismert kristályos alakzatot. Ez főleg a repülőgépekre veszélyes, hiszen, ha a gép átrepül egy ilyen felhőn, könnyen ráfagyhat a géptestre és a szárnyakra a víz jegesedést okozva.
A víznek másik különlegessége, hogy sok anyaggal ellentétben nem szilárd halmazállapotában, hanem még folyékonyan veszi fel a legsűrűbb halmazállapotot. Egészen pontosan plusz 4°C-on, ilyenkor a legkisebb a térfogata, ilyenkor vannak egymáshoz legközelebb a vízmolekulák.
De térjünk vissza a víz fagyásához, hiszen amikor reggel kilépünk az ajtón és a szemünkben megfagy a könnycsepp a hidegtől, akkor a kevés pozitívum között, amit ilyenkor fel tudunk hozni, egy balatoni korcsolyázás az egyik. És még csak nem is kell tartósan mínusz 20°C alatt lenni a hőmérsékletnek, hogy két hét alatt megvastagodjon a jégtakaró a tavon. Nem úgy, mint néhány laboratóriumban, ahol sikerült elérni azt, hogy még mínusz 44°C-on is folyékony maradjon a víz.
Ezt persze nem egy tál vízzel sikerült elérni. A kísérlet sikerének két kulcsa volt: a nagyon apró vízcseppek és a nagyon puha felület.
Mindössze 150 nanométeres cseppekkel dolgoztak, ez körülbelül akkora, mint egy influenzavírus részecskéje. A cseppeket beborították – szintén mikroszkopikus környezetben – oktánnal, így azok kerek alakot vettek fel, a kutatók pedig arra a következtetésre jutottak, hogy a csepp formája befolyásolja a fagyást is.
A Balaton viszont legfeljebb az univerzum mértékében mikroszkopikus, így pedig nem kell laboratórium, hogy akár saját szemünkkel is igazoljuk azt, amit Jókai leírt egy hideg téi napon.
