Frosne ChicagoPhoto: AP
Du har måske bemærket, at det er temmelig koldt i det meste af Usa—forfrysninger-fremkaldende, skole-lukning, skoldning-selv-med-kogende vand-mens-forsøger-at-dum-instant-sne-trick koldt. Du kan spekulerer på, hvad det betyder, videnskabeligt.
Jeg taler ikke biologi—jeg taler kemi (okay, og en lille biokemi). Temperaturer som -36 grader Fahrenheit står over for mine venner i Fargo, North Dakota i denne uge nærme sig et niveau af frigid, der kan ændre selve karakteren af sagen omkring os.
“Kemi sker ganske forskelligt [i de kolde],” Henry Rzepa, beregningsmæssige kemiker ved Imperial College London, fortalte Gizmodo.
Første, det grundlæggende: Temperatur er den gennemsnitlige kinetiske energi af molekylerne i et givet stof; eller dybest set, hvor meget de atomer mase rundt. Kemi er studiet af, hvordan disse atomer interagere med hinanden, danner og bryde obligationer eller reagere for at skabe nye stoffer, der er under indflydelse af energi, temperatur og tryk.
Den mest indlysende virkning af lavere temperaturer på molekyler er, at de kan forårsage stoffer til at gå gennem fase-overgange, hvilket betyder, at ændre deres karakteristiske natur fra gas til væske eller væske til fast stof.
I de lavere temperatur styret kaldet “uden min partner’ s forældres hus i nærheden af Grand Forks, North Dakota,” luft molekyler begynder at bevæge sig langsommere, lægge mindre pres på overflader og forårsager bil dæk tryk til at falde. Vandet fryser, og luften kan ikke holde så meget vanddamp. Det er sådan, at kogende vand trick virker—vanddråber fordampe fra varmen, men luften er for kold til at rumme mere vanddamp, så dråberne hurtigt at fryse.
Klor gas bliver til en væske ved -30 Fahrenheit (-34 Celsius). Propan gas er en væske ved -44 Fahrenheit (-42 grader Celsius), og benzin, faktisk en blanding af forskellige kulstof-baserede molekyler, der kunne fryse på omkring -40 grader Fahrenheit og Celsius. De AMERIKANSKE Væbnede Styrker, der kræves visse flydende drivstoffer til at fungere ned til -65 Fahrenheit for visse missiler, Jon Austad fra Hylleras Center for Quantum Molecular Sciences og Kathrin Hopmann fra det Arktiske Universitet i Norge forklarede, at Gizmodo via e-mail: “Som en konsekvens, bestemte overflade-til-luft-missiler, JATOs osv., kan ikke arbejde ved lav temperatur.”
Så der er en endnu mere mærkelig fænomen, der kaldes tin skadedyr fænomen; nedenfor 56 grader Fahrenheit (13 grader Celsius), tin forvandler metal til et skørt, ikke-metallisk form. Det er en langsom proces ved højere temperaturer, men der opstår meget hurtigere rundt -22 Fahrenheit (-30 grader Celsius). “Det har været beskrevet som en af grundene [Robert Falcon Scott’ s] ekspedition til Antarktis mislykkedes,” sagde Hopmann og Austad. Den tin containere fyldt med petroleum, som Scott ‘ s team havde gemt væk viste sig at være tomt—måske på grund af tin skadedyr skabt utætheder i dåser.
Men der er mere kemi end tilstandsformer. Højere temperaturer vil typisk føre til, at flere med højere energi kollisioner mellem hurtigere bevægelse molekyler, og dermed ville føre til hurtigere kemiske reaktioner. Så lavere temperaturer vil derfor langsomt ned kemiske reaktioner.
Kemiske reaktioner, du stole på daglig begynde at putter ud i disse temperaturer. Mest markant, din telefon dør. De lave temperaturer gør lithium ioner bevæger sig langsomt mellem elektroder i lithium-ion batterier, Ji Xiao, postdoc forsker ved University of Maryland, forklarede, at Gizmodo. Men af mere bekymre dig er elektrolytten, at de molekyler, der rejser gennem, som størkner ved disse lave temperaturer. Ji ‘ s team arbejder på at bedre elektrolytter til at bekæmpe problemet.
Men selv -36 grader Fahrenheit er ikke alle, der koldt fra en kemisk synsvinkel, forklarede Rzepa. I mange af laboratorierne i Imperial College kemi institut, forskere er mere interesseret i -109.2 Fahrenheit, (-78.5 Celsius) lidt koldt, er den temperatur som kuldioxid fryser. Det er mere af en bekvemmelighed ting, da der ved denne temperatur, reaktioner for hurtig til at studere ved stuetemperatur blive styrbar i laboratoriet.
Er der andre eksperimenter, der, i -36 grader Fahrenheit koldt, kan man bare klare sig med lab ‘ s åbne vinduer for at spare på udgifter til energi? I virkeligheden er der—en hellig gral for fysik, er det værelses-temperatur superleder. Nogle materialer ved lave temperaturer underkastes en anden form for faseovergangen sådan, at elektroner kan bevæge sig uden nogen elektriske modstand. Hvis værelses-temperatur superledere blev realiseret, kunne de drastisk at reducere udgifter til energi eller hjælpe andre teknologier, som kvante-computere, og er blevet mere realistisk. Et af de seneste resultat viser, at et materiale kaldet lanthan-hydrid kunne blive en superleder på omkring -10 Fahrenheit (-23 C). Men der er en fangst: overgangsfasen opstår kun ved ekstreme belastninger, omkring halvdelen af det pres, som kan opleves på midten af Jorden.
I sidste ende, er det vigtigste kemiske reaktioner til vores levebrød, dem, der forekommer i vores egen krop, er dem, som vi skal være mest bekymrede for. Ja, en forsker skrev en afhandling om temperaturgrænser for Jordens liv. Kemiske reaktioner i celler funktion ved optimale temperaturer og lavere temperaturer kan forårsage forstyrrelser. Vi spiser fødevarer med henblik på at drive disse reaktioner og holde vores krop varm, men uden en frakke, vi ville hurtigt henfalde til virkningerne af kulde.
Typisk, at organismer, der har en temperatur, hvor de kan overleve, og en anden, hvor de rent faktisk kan gennemgå processer som reproduktion og fordøjelse. Hvirveldyr er relativt skvattet og har udviklet sig ting som pels og fjer (og evnen til at konstruere opvarmet bygninger og sy tøj) for at holde deres celler, der opererer på optimal varme temperaturer. Marine liv kan kun håndtere den koldeste temperatur, hvor vand er en væske, 32 Fahrenheit for ferskvand og 28 Fahrenheit til havvand. Ældre data tyder på, at blomstrende planter kan overleve ned til -94 Fahrenheit (-70 grader Celsius), men kan kun trives på omkring 32 Fahrenheit (0 grader Celsius). Ved temperaturer under -4 Fahrenheit (-20 grader Celsius), bakterier kan stadig formere sig, omend langsomt, ifølge en undersøgelse, måske trives på saltholdigt smeltevand vandpytter. Bakterier og arkæer, og selv de mikroskopiske dyr kaldes tardigrades, kan overleve genoplivning efter frost temperaturer under -320 Fahrenheit (-196 grader Celsius), selvom tardigrades stadig kræver mindst 32 grader Fahrenheit temperaturer til at trives.
Det er bare Jorden, kemiker Kamila Muchowska på Universitetet i Strasbourg i Frankrig forklarede, at Gizmodo. Det er interessant at tænke på, om disse ekstreme kropslige kemi til bedre at forstå, om liv kunne eksistere andre steder—steder, hvor vand kan være flydende ved koldere temperaturer takket være tilstedeværelsen af salte.
Anyway, -40 er koldt, meget koldt for os mennesker, men fra en kemisk synsvinkel, er det priser for blot at være rask.
Dele Denne Historie