آب یک ماده است که ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی آن در دماهای مختلف می‌تواند تغییر کند. معمولاً وقتی به دمای صفر درجه سلسیوس می‌رسیم، آب یخ می‌زند و در دمای 100 درجه سلسیوس در فشار یک اتمسفر (فشار استاندارد جو) جوش می‌آید. اما این رفتار آب به دماهای دیگر و شرایط مختلف می‌تواند تغییر کند. در اینجا، بررسی می‌کنیم که آیا آب ممکن است در دماهای دیگر یخ بزند یا جوش بیاید و شرایط خاصی که می‌تواند این پدیده‌ها را تحت تأثیر قرار دهد.
1. آیا آب می‌تواند در دماهای دیگر یخ بزند؟
آب معمولاً در دمای صفر درجه سلسیوس یخ می‌زند، اما این نقطه انجماد می‌تواند تحت تأثیر عواملی چون فشار، ترکیبات حل‌شده در آب و سرعت کاهش دما تغییر کند.
الف. اثر فشار بر نقطه انجماد
نقطه انجماد آب به شدت به فشار محیط بستگی دارد. در فشارهای پایین‌تر از فشار استاندارد جو (یک اتمسفر)، آب می‌تواند در دماهایی بالاتر از صفر درجه سلسیوس یخ بزند. این پدیده در دماهای بسیار پایین‌تر از فشار جو نیز مشاهده می‌شود.
برای مثال، در ارتفاعات بالا، جایی که فشار جو کمتر از سطح دریا است، ممکن است نقطه انجماد آب تغییر کند و آب در دماهای بالاتر از صفر درجه یخ بزند. در این شرایط، همچنین امکان دارد که برخی محلول‌های آب (آب شور یا آب با مواد حل‌شده) در دماهای بالاتر یخ بزنند.
ب. اثر مواد حل‌شده (ضد یخ)
وجود مواد حل‌شده در آب (مثل نمک‌ها، شکر یا مواد دیگر) می‌تواند نقطه انجماد آب را پایین بیاورد. به عنوان مثال، در مناطقی که نمک به جاده‌ها می‌زنند تا یخ زدایی کنند، نقطه انجماد آب به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد. در این شرایط، آب می‌تواند در دماهای پایین‌تر از صفر درجه سلسیوس یخ بزند.
ج. اثر برودت سریع
در برخی شرایط خاص مانند کاهش شدید دما در مدت زمان کوتاه، ممکن است آب در دماهای پایین‌تر از نقطه انجماد خود یخ بزند، این پدیده که به نام "سوپرکولینگ" شناخته می‌شود، زمانی رخ می‌دهد که آب به سرعت سرد می‌شود، اما هنوز به حالت مایع باقی می‌ماند تا زمانی که یک تحریک خارجی (مثل حرکت یا ورود یک ذره خارجی) باعث انجماد فوری آن شود.
2. آیا آب می‌تواند در دماهای دیگر جوش بیاید؟
آب معمولاً در دمای 100 درجه سلسیوس جوش می‌آید، اما این دما نیز تحت تأثیر شرایط محیطی خاص مانند فشار تغییر می‌کند. به عبارت دیگر، جوش آمدن آب به فشار جو بستگی دارد.
الف. اثر فشار بر نقطه جوش
نقطه جوش آب به شدت به فشار محیط بستگی دارد. در فشارهای پایین‌تر از یک اتمسفر (مثل در ارتفاعات بالا)، نقطه جوش آب کاهش می‌یابد و آب در دماهای کمتر از 100 درجه سلسیوس جوش می‌آید. به عنوان مثال، در کوه‌ها که فشار جو کمتر است، آب ممکن است در دماهایی بین 80 تا 90 درجه سلسیوس جوش بیاید.
از طرف دیگر، در فشارهای بالاتر از یک اتمسفر (در شرایطی مثل درون دیگ‌های فشار بالا یا در عمق اقیانوس)، نقطه جوش آب افزایش می‌یابد. در این شرایط، آب باید به دمای بالاتری برسد تا به جوش آید. برای مثال، در یک دیگ بخار فشار بالا، آب ممکن است به دمای 150 درجه سلسیوس برسد و همچنان در حالت مایع باقی بماند.
ب. اثر سرعت گرم شدن و تغییرات سریع فشار
اگر آب در شرایط خاصی که فشار آن به طور سریع تغییر کند، قرار گیرد، ممکن است در دماهایی متفاوت از 100 درجه سلسیوس جوش بیاید. برای مثال، در آزمایشگاه‌ها یا محیط‌های صنعتی که از تجهیزات خاصی برای تغییر فشار استفاده می‌شود، آب می‌تواند در دماهای پایین‌تر یا بالاتر از حد معمول جوش بیاید.
3. پدیده‌های خاص مرتبط با جوش و انجماد آب
الف. پدیده فراگرمایش (Superheating)
پدیده فراگرمایش زمانی رخ می‌دهد که آب تحت فشار بالا به دمایی بالاتر از نقطه جوش خود در فشار معمولی برسد، اما به جوش نمی‌آید. این پدیده زمانی رخ می‌دهد که آب در شرایط بسیار آرام و بدون هرگونه تحریکی نگهداری شود. به محض اینکه تحریک خارجی (مثل قرار دادن یک ذره خارجی یا ایجاد حباب) در آن صورت گیرد، آب فوراً شروع به جوشیدن می‌کند.
ب. پدیده فراسرمایش (Supercooling)
همان‌طور که اشاره شد، فراسرمایش به حالتی اطلاق می‌شود که آب به دمای زیر صفر درجه سلسیوس سرد می‌شود اما هنوز یخ نزده است. این وضعیت به دلیل نبود هسته‌های یخ در آب ممکن است رخ دهد. در این حالت، به محض تحریک، آب سریعاً یخ می‌زند.
4. نتیجه‌گیری
آب می‌تواند در دماهای دیگر به جوش بیاید یا یخ بزند، بسته به شرایط مختلف مانند فشار محیط، ترکیبات حل‌شده در آب و شرایط تغییر دما. در فشارهای بالا یا پایین، نقاط جوش و انجماد آب می‌توانند تغییر کنند. بنابراین، شرایط محیطی می‌توانند به طور قابل توجهی ویژگی‌های آب را در دماهای مختلف تحت تأثیر قرار دهند و باعث شوند که آب در دماهایی غیر از 100 یا صفر درجه سلسیوس جوش بزند یا یخ بزند.