Popularment, es creu que l'aigua es congela sempre a zero graus centígrads. No obstant això, això només és cert en condicions normals de pressió atmosfèrica. Si canviem aquestes condicions, la temperatura de congelació pot variar.
Per exemple, a altes pressions, l'aigua pot romandre en estat líquid fins i tot per sota de zero graus centígrads. Aquest fenomen es pot observar a les profunditats dels oceans, on l'aigua es manté líquida malgrat estar a temperatures molt baixes.
L’aigua té un comportament inusual sota diferents condicions de temperatura i pressió. Normalment, sabem que l'aigua es congela a 0 °C a pressió atmosfèrica (1 atmosfera). Però quan augmentem la pressió sobre l'aigua, aquesta temperatura de congelació pot baixar significativament. En llocs com les profunditats dels oceans, la pressió és molt més alta que a la superfície. Aquesta pressió extrema pot superar les 1000 atmosferes en algunes parts de les fosses oceàniques. A aquestes pressions, el punt de congelació de l'aigua es redueix per sota de 0 °C, cosa que significa que l’aigua pot romandre líquida fins i tot a temperatures que normalment la congelarien en condicions de superfície.
Aquest fenomen es deu a la naturalesa dels enllaços entre les molècules d'aigua. Quan la pressió és alta, les molècules es mantenen més juntes, dificultant la formació del gel. El gel ocupa més espai que l’aigua líquida, i la pressió elevada impedeix que es formi l’estructura cristal·lina necessària per al gel. Així, a pressions molt altes, es necessiten temperatures més baixes per permetre que l’aigua passi a l’estat sòlid. Aquest fenomen és rellevant en la física de les profunditats marines, ja que l'aigua pot estar a temperatures properes a 0 °C o fins i tot inferiors i continuar sent líquida gràcies a la pressió. A més, ajuda a explicar per què la vida marina pot subsistir a grans profunditats, on les condicions ambientals són extremes, però l'aigua encara és fluida.
A més de la pressió, la temperatura de congelació de l'aigua es veu afectada quan es dissolen substàncies en ella. Aquest fenomen es coneix com a descens crioscòpic. Quan s'afegeixen substàncies com la sal, la temperatura a la qual l'aigua es congela disminueix. Això s'utilitza sovint en carreteres per evitar la formació de gel a l'hivern.La raó d'això és que les molècules de la substància dissolta interfereixen amb la formació de cristalls de gel, fent que sigui més difícil per a l'aigua congelar-se. Això significa que es necessita una temperatura més baixa per congelar una solució de sal i aigua que no pas per congelar aigua pura. Per exemple, l'aigua salada es congela a temperatures inferiors a 0°C, depenent de la concentració de sal. Aquest efecte és útil en situacions com la prevenció del gel a les carreteres durant l'hivern. L'aplicació de sal redueix la temperatura a la qual es forma el gel, la qual cosa ajuda a mantenir les carreteres més segures en condicions de fred.
Finalment, en condicions de baixes pressions, com a grans altituds, l'aigua es pot congelar a temperatures més altes que zero graus. Això té aplicacions en la meteorologia i en la comprensió de fenòmens com la formació de núvols de gel a l'atmosfera. En condicions de baixa pressió, com en zones d'alta muntanya, el punt de congelació de l'aigua pot augmentar. En altituds elevades, la pressió atmosfèrica és menor, la qual cosa provoca que l'aigua bulli a temperatures més baixes, però en el cas de la congelació, es produeix el fenomen contrari. En situacions molt específiques, la menor pressió pot facilitar la formació de gel a temperatures més altes. Això és important en meteorologia, ja que els núvols que es formen en altituds elevades sovint contenen cristalls de gel, fins i tot si la temperatura està lleugerament per sobre dels 0°C.
Segons el text, quins dos factors principals poden afectar la temperatura de congelació de l'aigua?
Quina és la temperatura de congelació de l'aigua a una pressió de 5 atm i quina és la temperatura de congelació de l'aigua amb una concentració de sal del 3%?
Com creus que podem emprar la pressió i el descens crioscòpic poden ser útils en aplicacions pràctiques o científiques?