У северных народов есть привычка, которая кажется странной всем, кто впервые сталкивается с настоящим морозом. Воду оставляют в ёмкости открытой на улице, причем иногда на несколько часов или даже дней.
На первый взгляд это кажется нелогичным. Зачем выставлять воду на мороз, если она замёрзнет? И почему тогда уж крышку не использовать? Часто современные жители севера о причинах даже и не задумываются, а делают всё по шаблону, опираясь на знания и обычаи дедов и объясняя всё доброй традицией.
Но у этого простого действия есть глубокий физический смысл, и результат процесса впечатляет. После вымораживания получается чистый, прозрачный лёд. После того, как этот лёд расплавится, получится не менее чистая вода. Ну а крышка не нужна на ёмкости для того, чтобы сохранить динамику процесса.
Секрет кроется в особенностях фазовых переходов воды и её взаимодействия с примесями. Вода почти никогда не бывает идеальной. В ней растворены соли, минералы, есть микроскопические частицы и газовые пузырьки. Если закрыть ёмкость крышкой и замораживать воду быстро, лёд формируется хаотично примеси остаются внутри, и поверхность получается мутной. При этом испарение затруднено. А вот открытая ёмкость даёт воде свободу. Древние народы на уровне традиции научились очищать так воду.
Сначала начинает работать десублимация. Это превращение газа в лёд без образования промежуточного жидкого состояния. Молекулы воды над поверхностью медленно переходят сразу в лёд. Он выпадает в виде измороси или оседает на стенках. Уже на этом этапе некоторые легкие примеси, которые могли содержаться в воде, испаряются вместе с наиболее активными молекулами водяного пара. Тут же в первые кристаллики на поверхности попадает и прочая гадость.
Одновременно происходит медленная кристаллизация. Молекулы воды перестраиваются в упорядоченную решётку льда. Очень многие примеси при этом не входят в кристаллическую структуру - они концентрируются в тонкой прослойке жидкости на поверхности или у стенок ёмкости. В идеальном случае чистая вода замерзнет первой, а растворенные примеси нужно будет слить. Медленный процесс кристаллизации превращает обычную воду в лёд не просто твёрдый, а удивительно прозрачный и чистый.
Помимо этого макропримеси, которые в обычном случае могли бы остаться незамеченными, становятся легко различимыми и, если вдруг они оказываются рядом с поверхностью, то их очень легко извлечь.
Древние народы севера на интуитивном уровне понимали, что это неплохой способ очистки воды и он в итоге стал доброй традицией. Сегодня же нам известен такой примитивный метод очистки, как очистка замораживанием.
Это точно не самый эффективный метод, но в отсутствии прочих его можно рассматривать как хоть какой-то способ получить чистую воду. У подхода есть вполне научное объяснение.
Мы уже отметили, что вода при замерзании не впускает в свой кристалл примеси. Диапазон веществ, неспособных встроиться в решетку, на удивление, довольно широкий.
Так можно уменьшить количество солей жесткости (кальций и магний). При правильном вымораживании можно удалить более 90–98% ионов кальция (Ca²⁺). После оттаивания чистого льда вода становится значительно мягче, и в ней не образуется накипь. Тут же останется хлорид натрия (поваренная соль). Да, метод подойдёт и для опреснения морской воды. В домашних условиях можно добиться снижения концентрации соли на 60–86%. На севере это не то, чтобы проблема, но вместе с кальцием можно также исключить и прочие соли.
Замораживание эффективно вытесняет из структуры льда соли хрома (Cr VI), свинца, кадмия и других металлов. Сульфаты и нитраты также концентрируются в рассоле (незамерзшем остатке) и удаляются вместе с ним.
Если в воде много растворенного железа, оно также вытесняется, но может оставить рыжеватый налет на поверхности льда или внутри него.
Ученые указывают на возможность удаления молекул воды с изотопами дейтерия, так как они замерзают при температуре чуть выше 0°C (+3.8°C) и образуют первую ледяную корку, которую нужно выбрасывать. В обычном случае стандартное содержание дейтерия не будет опасным для человека, но в теории его может оказаться больше, чем нужно по природным причинам и северяне его тоже выморозят.
Соли и примеси не исчезают - они остаются на поверхности ледяных кристаллов или в полостях между ними в виде концентрированного раствора (рассола). Чтобы очистка была эффективной, лед после отделения нужно обязательно ополоснуть холодной чистой водой, чтобы смыть остатки солей с его поверхности.
Парадоксально, но исключить посредством замораживания можно те примеси и вредные компоненты, которые не получится очистить кипячением. Зато кипячение уничтожит всякие бактерии и прочую гадость. Потому оптимально было бы сочетать два метода, что, кстати, на практике и происходит.
⚡ Ещё больше интересного в моём Telegram