§ 270. Переохлаждение

Если нагревать кристалл, то при соответствующей температуре плавления он непременно расплавится. Если же охлаждать жидкость, то она начинает затвердевать при температуре плавления.

Однако иногда удается охладить жидкость на несколько Кельвин ниже температуры плавления без того, чтобы ода затвердела. Это легко наблюдать при охлаждении расстеленного гипосульфита. Гипосульфит плавится при . Между тем легко удается охладить чистый гипосульфит, расплавленный в пробирке, до комнатной температуры, и он остается жидким. Стоит, однако, бросить в него кристаллик гипосульфита или резко встряхнуть пробирку, чтобы часть гипосульфита очень быстро перешла в кристаллическую форму, причем получается смесь расплавленного и кристаллического гипосульфита. Температура такой смеси равняется температуре плавления гипосульфита, т. е. . Благодаря чему поднялась температура и почему кристаллизуется только часть гипосульфита? При переходе расплава в кристалл внутренняя энергия уменьшается и освобождаемая энергия распределяется по всей массе смеси, повышая ее температуру. Кристаллизация прекращается, когда вся смесь окажется нагретой до температуры плавления.

Можно переохладить и другие жидкости. Легко переохлаждается сахарный сироп, образуя леденец. По сути дела, любое аморфное вещество можно рассматривать как переохлажденную жидкость с очень большой вязкостью. Вязкость мешает таким веществам переходить в кристаллическое состояние. Однако, как отмечалось (§ 265), с течением времени в таких веществах, как стекло, сахарный леденец и т. п., появляется помутнение, служащее признаком выделения внутри них мелких кристалликов.

В каких случаях жидкости начинают кристаллизоваться тотчас же, как будет достигнуто охлаждение до температуры плавления, и в каких случаях возможно переохлаждение? Для начала кристаллизации необходимы так называемые «центры кристаллизации». Центрами кристаллизации могут служить мелкие, иногда невидимые даже в микроскоп кристаллики (затравка) или посторонние пылинки, находящиеся в жидкости. Около центров кристаллизации и начинается группировка молекул, постепенно образующих кристалл. Если же центров кристаллизации нет, то может произойти переохлаждение на несколько кельвин даже жидкости с небольшой вязкостью. Важным примером этого является вода. Переохлаждение чистой, без каких-либо пылинок, воды часто наблюдается в природе. Капельки тумана могут не замерзать даже при морозах, достигающих . Туманы, состоящие из переохлажденных капелек, опасны для самолетов: осаждаясь на крыльях самолетов, они быстро образуют на них наросты льда, могущие вызвать гибель самолета (обледенение).

Из сказанного ясно, что переохлажденная жидкость находится в неустойчивом состоянии; с течением времени под влиянием тех или иных взаимодействий переохлажденная жидкость переходит в более устойчивое при данной температуре кристаллическое состояние.

270.1. В сахарном производстве для ускорения выделения крупинок сахара из сахарного сиропа к нему примешивают сахарную пудру. Почему это приводит к цели?