Při jaké teplotě zamrzne voda

Při jaké teplotě zamrzne voda? Zdálo by se - nejjednodušší otázka, na kterou může odpovědět i dítě: bod tuhnutí vody při normálním atmosférickém tlaku 760 mm Hg je nula stupňů Celsia.

Nicméně voda (navzdory nesmírně rozšířené na planetě) je nejzáhadnější a nejzávažnější není plně prostudovaná látka, takže odpověď na tuto otázku vyžaduje důkladné a odůvodněné konverzaci.

• V Rusku a v Evropě se teplota měří na stupnici Celsia, jejíž nejvyšší hodnota je 100 stupňů.
• Americký vědec Fahrenheit vyvinul jeho měřítko, který má 180 divizí.
• Tam je další jednotka měření teploty, Kelvin, pojmenoval podle anglického fyzika Thomson, kdo obdržel titul Lord Kelvin.

Stavy a druhy vod

Voda na planetě Zemi může mít tři základní stavy agregace: kapalné, pevné a plynné, které se mohou proměnit v jiné formy, které současně koexistují (ledovce v mořské vodě, vodní pára a ledové krystaly v oblacích na obloze, ledovce a volně tekoucí řek).

V závislosti na původu, účelu a složení vody může být:

• čerstvé;
• minerální;
• námořní;
• pití (zde budeme nosit vodu z vodovodu);
• déšť;
• roztát;
• brakické;
• strukturované;
• destilované;
• deionizované.

Přítomnost izotopů vodíku vytváří vodu:

1. snadné
2. těžké (deuterium);
3. super těžké (tritium).

Všichni víme, že voda je měkká a tvrdá: tento indikátor je určen obsahem hořčíku a vápníku.

Každý z typů a agregátních stavů vody, které jsme uvedli, má vlastní bod tuhnutí a bod tání.

Bod tuhnutí vody

Proč zmrzne voda? Obyčejná voda vždy obsahuje některé suspendované částice minerálního nebo organického původu. Může to být nejmenší částice jílu, písku nebo domácího prachu.

Když okolní teplota klesne na určité hodnoty, tyto částice přebírají úlohu center, kolem kterých se začnou tvořit ledové krystaly.

Vzduchové bubliny se také mohou stát jádry krystalizace, stejně jako trhliny a poškození stěn nádoby obsahující vodu. Rychlost procesu krystalizace vody je do značné míry určena počtem těchto center: čím více z nich, tím rychleji kapalina zamrzne.

Proč zmrazuje horká voda rychleji než zima?

Horká voda mrzne rychleji než zima - Erasto Mpemba, školák z Tanganyiky, si všiml tohoto jevu. Jeho experimenty s hmotou na výrobu zmrzliny ukázaly, že rychlost zamrznutí ohřáté hmoty je mnohem vyšší než chladná.

Jedním z důvodů tohoto zajímavého fenoménu, zvaného „paradox Mpemba“, je vyšší přenos tepla horké kapaliny, jakož i přítomnost většího počtu krystalizačních jader v porovnání s studenou vodou.

Je bod tuhnutí vody propojen s nadmořskou výškou?

Když se tlak změní, často spojený s bytím v různých výškách, bod tuhnutí vody začne radikálně se lišit od standardu, typický pro normální podmínky. Krystalizace vody ve výšce se vyskytuje při následujících teplotních hodnotách:

• Paradoxně, v nadmořské výšce 1000 m, voda zamrzne na 2 stupně Celsia;
• v nadmořské výšce 2000 metrů se to děje již při 4 stupních tepla.

Nejvyšší teplota zamrznutí vody v horách je pozorována v nadmořské výšce přes 5 000 tisíc metrů (například v horách Fan nebo v Pamirs).

Jak tlak ovlivňuje krystalizaci vody?

Pokusme se spojit dynamiku změny bodu mrazu vody se změnou tlaku.

• Při tlaku 2 atm se voda zmrazí při teplotě -2 ° C.
• S tlakem 3 atm bude nástup zamrznutí vody teplota -4 ° C.

To je důvod, proč v podmínkách vysokých hor a vzácné atmosféry je velmi těžké vařit i vejce, protože voda v hrnci se vaří již na 80 stupňů. Je jasné, že při takové teplotě je prostě nemožné vařit jídlo.

Při vysokém tlaku dochází k procesu tavení ledu pod lopatkami bruslí i při velmi nízkých teplotách, ale díky němu se brusle posouvají po povrchu ledu.

Podobně je vysvětleno zmrazení běžců silně zatížených saní v příbězích Jacka Londýna. Těžké sáně, které vyvíjejí tlak na sníh, ho tají. Výsledná voda usnadňuje jejich klouzání. Ale stojí za to zastavit se a zůstat dlouho na jednom místě, protože vysídlená voda, mrzlá, zmrazí běžce na silnici.

Teplota krystalizace vodných roztoků

Vzhledem k tomu, že voda je vynikajícím rozpouštědlem, snadno reaguje s různými organickými a anorganickými látkami a vytváří hmotu někdy neočekávaných chemických sloučenin. Samozřejmě, že každý z nich zamrzne při různých teplotách. Odrážejte to ve vizuálním seznamu.

• Bod tuhnutí směsi alkoholu a vody závisí na procentuálním poměru obou složek v ní. Čím více vody je přidáno do roztoku, tím blíže je nulová teplota mrznutí. Pokud je v roztoku více alkoholu, začne krystalizační proces při hodnotách blízkých -114 stupňům.

  Je důležité vědět, že roztoky voda-alkohol nemají pevnou teplotu tuhnutí. Obvykle říkají o teplotě začátku krystalizačního procesu a teplotě konečného přechodu do tuhého stavu.

  Mezi počátkem tvorby prvních krystalů a úplným ztuhnutím alkoholového roztoku leží teplotní interval 7 stupňů. Bod tuhnutí vody s alkoholem o 40% koncentraci v počátečním stádiu je -22,5 ° C a konečný přechod roztoku do pevné fáze nastane při teplotě -29,5 ° C.

Pro měření slanosti vody použijte speciální jednotku - "ppm". Zjistili jsme tedy, že bod tuhnutí vody klesá s rostoucí koncentrací soli. Vysvětlíme to příkladem:

Úroveň slanosti vody oceánu je 35 ppm, zatímco průměrná hodnota jejího zmrazení je 1,9 stupně. Stupeň slanosti černomořských vod je 18-20 ppm, takže se zmrazí při vyšší teplotě s rozsahem od -0,9 do -1,1 stupňů Celsia.

• Bod tuhnutí vody s cukrem (pro roztok, jehož molalita je 0,8) je -1,6 stupně.
• Bod tuhnutí vody s nečistotami závisí do značné míry na jejich množství a povaze nečistot, které tvoří vodný roztok.
• Bod tuhnutí vody s glycerinem závisí na koncentraci roztoku. Roztok obsahující 80 ml glycerinu zamrzne při teplotě -20 ° C, přičemž se sníží obsah glycerolu na 60 ° C ml krystalizačního procesu začne při -34 stupních a začátek zmrazení 20% roztoku - mínus pět stupňů Jak vidíte, v tomto případě neexistuje lineární vztah. Pro zmrazení 10% roztoku glycerinu postačí teplota -2 ° C.
• Bod tuhnutí vody se sodou (což znamená hydroxid alkalického kovu nebo hydroxid sodný) je tajemnější obraz: 44% roztok žíraviny mrzne na +7 stupňů Celsia a 80% - na + 130.

Sladkovodní zmrazení

Proces tvorby ledu ve sladkovodních vodách se vyskytuje v mírně odlišné teplotě.

• Bod tuhnutí vody v jezeře, stejně jako bod mrazu vody v řece, je nula stupňů Celsia. Zmrazení nejčistších řek a potoků nezačíná z povrchu, ale ze dna, kde jsou krystalizační jádra přítomna ve formě částic spodního kalu. Zpočátku se zácpy a vodní rostliny zakryjí ledovou kůrou. Jakmile dno ledu vyleze na povrch, řeka okamžitě zamrzne.
• Zmrazená voda v Bajkalu může být někdy ochlazena na negativní teploty. To se děje pouze v mělké vodě; teplota vody může být v tisíci a někdy i setinách jednoho stupně pod nulou.
• Teplota vody Bajkal pod kůrou ledového krytu obvykle nepřesahuje +0,2 stupně. Ve spodních vrstvách se postupně zvedá na +3,2 na dně nejhlubší pánve.

Bod tuhnutí destilované vody

Zmrzne destilovaná voda? Připomeňme, že pro zmrazení vody vyžaduje přítomnost některých krystalizačních center, s mohou být vzduchové bubliny, suspendované částice a poškození stěn nádrže, ve které se nachází se nachází.

Voda vystavená velmi nízkým teplotám, ale nekrystalizovaná, se nazývá „podchlazená“. Do mrazničky můžete vložit lahvičku s destilovanou vodou, dostat ji do podchlazení a pak předvést velmi účinný trik - viz video:

Poklepáním na láhev extrahovanou z chladničky nebo házením malého kousku ledu do ní můžete ukázat, jak se okamžitě promění v led, který má vzhled prodloužených krystalů.

Destilovaná voda: Zmrazí se tato čištěná látka pod tlakem? Tento proces je možný pouze ve speciálně vytvořených laboratorních podmínkách.

Bod tuhnutí slané vody

1. Zmrazí slaná voda? Díky vysoké koncentraci soli zamrzne oceánská a mořská voda při teplotě -1,9 ° C.
2. Teplota zamrznutí vody v mořích a oceánech nemá konstantní hodnotu, protože slanost vody v různých mořích oceánů je zcela odlišná.
3. Jak závisí bod tuhnutí oceánské vody na její slanosti? Mezi těmito hodnotami existuje přímé spojení. Čím více je slaná voda, tím vyšší je její hustota a je zapotřebí dostatečně nízká teplota pro zmrazení takové vody.
4. Průměrná teplota v mořích a oceánech je -4 stupně.

Bod tuhnutí jednotlivých moří

S kolika stupni zmrazení vody:

• Kaspické moře? Slanost kaspických vod je asi 13 ppm. K jejich zamrznutí dochází při -0,5 ° C. Tloušťka ledové pokrývky severní části Kaspického moře je asi dva metry.
• Azovské moře? Jeho slaná voda mrzne při teplotě -0,5 až -0,7 ° C. Slanost je asi 11 ppm. Tloušťka ledu pokrývající moře od prosince do března je jeden metr.
• Japonské moře? Proč slaná voda tohoto moře nezmrzne? Toto je kvůli vysoké (asi 34 ppm) úroveň jeho slanosti a geografická poloha moře.
• Baltské moře? S slaností pouze 6–8 ppm je teplota mrznutí mořské vody v Baltském moři téměř nulová.

Expresní odpovědi

S kolika stupni zmrazení vody:

1. V topných trubkách? V případě výpadku vytápění nebo poruchy kotle v soukromém domě nebo venkovském domě může voda v nich zamrznout během několika dnů při teplotě -5 ° C. Zpozdit nástup takového výsledku napomůže tepelné izolaci potrubí a dalších prvků budovy. Uvnitř obydlí začíná zamrzání vody v trubkách o -1 stupňů. Pokud tato teplota trvá 2-3 dny, může dojít k přerušení rozdělovacích trubek a topných baterií.
2. Pod zemí? Podzemní voda může být kapalná, pevná a parní. Pevná fáze vody v půdě je led, který může být dlouhodobý (v podmínkách permafrostu) i sezónní. Mrazení půdních vod se vyskytuje při teplotách pod nulou, protože všechny nejsou čistou vodou, ale nejrůznějšími řešeními. Hodnota teploty mrazu závisí do značné míry na slanosti podzemních vod.
3. Za letu? Obyvatelé Jakutska mají jednoduchý způsob, jak určit teplotu vzduchu: je pod -42 stupňů, pokud má plíseň uvolněná člověkem čas zmrazit před dosažením země.
4. Ve vakuu? Obsah zkumavky, umístěný pod zvonem vakuové pumpy při teplotě 0 ° C, nejprve vaří se a po odpaření osmé části tekuté ledové krusty se tvoří na ní povrchu.
5. Ve vozidle? Maximální teplota zamrznutí vody v motoru může dosáhnout -5 stupňů: při nižších hodnotách ledové krystaly jednoduše prolomí vnitřní strukturu bloku motoru. Stejně tak je bod tuhnutí vody v radiátoru. K podobným problémům ve vozidle může dojít, pokud je nedostatečná izolace výše uvedených jednotek, jakož i kvůli příliš dlouhému parkování.
6. Na kluzišti? V závislosti na tom, jaké soutěže se mají konat na ledové aréně, může být teplota ledové plochy od -3 do -5 stupňů. Led s vyšší (od -3 do -4) povrchové teploty je vhodný pro krasobruslení, protože je to jeho měkkost, která umožňuje nezbytnou pevnost adheze k bruslím. Tvrdší led, vhodný pro hokej týmu, je získáván při teplotě -5 stupňů. Na "chladném" ledu se zvyšuje rychlost hráčů a snižuje se možnost tvorby sněhu "kaše" na jeho povrchu. Kvalita ledu primárně závisí na chemickém složení vody, proto jej naplnit, použít není běžná kapalina z kohoutku, ale buď vyčištěná nebo upravená voda se speciálními kondicionéry.