¿A qué temperatura se congela el agua?

¿A qué temperatura se congela el agua? Parecería - la pregunta más simple, que incluso un niño puede responder: el punto de congelación del agua a una presión atmosférica normal de 760 mm Hg es de cero grados centígrados.

Sin embargo, el agua (a pesar de su gran extensión en el planeta) es la más misteriosa y No se ha estudiado completamente la sustancia, por lo que la respuesta a esta pregunta requiere un análisis exhaustivo y razonado. conversación

• En Rusia y en Europa, la temperatura se mide en una escala Celsius, cuyo valor más alto es de 100 grados.
• El científico estadounidense Fahrenheit desarrolló su escala, que tiene 180 divisiones.
• Hay otra unidad de medición de temperatura, Kelvin, llamada así por el físico inglés Thomson, quien recibió el título de Lord Kelvin.

Estados y tipos de agua.

El agua en el planeta Tierra puede tomar tres estados básicos de agregación: líquido, sólido y gaseoso, que puede transformarse en diferentes Formas que simultáneamente coexisten entre sí (icebergs en el agua de mar, vapor de agua y cristales de hielo en las nubes en el cielo, glaciares y flujos libres). ríos).

Dependiendo del origen, propósito y composición del agua puede ser:

• fresco
• mineral
• marina
• beber (aquí llevaremos agua del grifo);
• lluvia
• descongelado
• salobre
• estructurado
• destilado
• desionizado

La presencia de isótopos de hidrógeno hace que el agua:

1. fácil
2. pesado (deuterio);
3. super pesado (tritio).

Todos sabemos que el agua es blanda y dura: este indicador está determinado por el contenido de cationes de magnesio y calcio.

Cada uno de los tipos y estados agregativos de agua que hemos enumerado tiene su propio punto de congelación y fusión.

Punto de congelación del agua.

¿Por qué el agua se congela? El agua simple siempre contiene algunas partículas suspendidas de origen mineral u orgánico. Puede ser las partículas más pequeñas de arcilla, arena o polvo de la casa.

Cuando la temperatura ambiente desciende a ciertos valores, estas partículas asumen el papel de centros alrededor de los cuales comienzan a formarse cristales de hielo.

Las burbujas de aire también pueden convertirse en núcleos de cristalización, así como en grietas y daños en las paredes del recipiente que contiene agua. La velocidad del proceso de cristalización del agua está determinada en gran medida por el número de estos centros: cuanto más de ellos, más rápido se congela el líquido.

¿Por qué el agua caliente se congela más rápido que el frío?

El agua caliente se congela más rápido que el frío: Erasto Mpemba, un escolar de Tanganyika, notó este fenómeno. Sus experimentos con la masa para hacer helados demostraron que la velocidad de congelación de la masa calentada es mucho mayor que la fría.

Una de las razones de este fenómeno interesante, llamada "paradoja de Mpemba", es la mayor la transferencia de calor de un líquido caliente, así como la presencia de un mayor número de núcleos de cristalización en ella en comparación con agua fria

¿El punto de congelación del agua está interconectado con la altitud?

Cuando cambia la presión, a menudo asociada con estar a diferentes alturas, el punto de congelación del agua comienza a diferir radicalmente del estándar, típico de las condiciones normales. La cristalización del agua a una altura se produce a los siguientes valores de temperatura:

• Paradójicamente, a una altitud de 1000 m, el agua se congela a 2 grados centígrados;
• A una altitud de 2000 metros, esto ya ocurre a 4 grados de calor.

La temperatura más alta de congelación del agua en las montañas se observa a una altura de más de 5,000 mil metros (por ejemplo, en las Montañas Fan o en los Pamir).

¿Cómo afecta la presión a la cristalización del agua?

Intentemos vincular la dinámica del cambio en el punto de congelación del agua con un cambio en la presión.

• Con una presión de 2 atm, el agua se congelará a una temperatura de -2 grados.
• Con una presión de 3 atm, el inicio de la congelación del agua será una temperatura de -4 grados centígrados.

Es por eso que en las condiciones de alta montaña y atmósfera enrarecida es muy difícil hervir incluso los huevos, ya que el agua en la olla ya hierve a 80 grados. Está claro que a tal temperatura es simplemente imposible cocinar los alimentos.

Con alta presión, el proceso de derretir hielo bajo las cuchillas de los patines ocurre incluso a temperaturas muy bajas, pero es gracias a él que los patines se deslizan sobre la superficie del hielo.

Del mismo modo, se explica la congelación de corredores de trineos muy cargados en las historias de Jack London. Los trineos pesados ​​que presionan la nieve hacen que se derrita. El agua resultante facilita su deslizamiento. Pero vale la pena detener las narts y permanecer durante mucho tiempo en un solo lugar, ya que el agua desplazada, una vez congelada, congelará a los corredores hacia la carretera.

La temperatura de cristalización de las soluciones acuosas.

Siendo un excelente solvente, el agua reacciona fácilmente con varias sustancias orgánicas e inorgánicas, formando una masa de compuestos químicos a veces inesperados. Por supuesto, cada uno de ellos se congelará a diferentes temperaturas. Refleja esto en una lista visual.

• El punto de congelación de una mezcla de alcohol y agua depende de la proporción porcentual de ambos componentes. Cuanta más agua se agregue a la solución, más cerca de cero será su temperatura de congelación. Si hay más alcohol en la solución, el proceso de cristalización comenzará a valores cercanos a -114 grados.

  Es importante saber que las soluciones de agua y alcohol no tienen una temperatura de congelación fija. Por lo general, dicen sobre la temperatura del inicio del proceso de cristalización y la temperatura de la transición final al estado sólido.

  Entre el comienzo de la formación de los primeros cristales y la solidificación completa de la solución de alcohol se encuentra un intervalo de temperatura de 7 grados. Por lo tanto, el punto de congelación del agua con una concentración de alcohol del 40% en la etapa inicial es de -22.5 grados, y la transición final de la solución a la fase sólida ocurrirá a -29.5 grados.

Para medir la salinidad del agua use una unidad especial: "ppm". Entonces, hemos encontrado que el punto de congelación del agua disminuye al aumentar la concentración de sal. Vamos a explicar esto con un ejemplo:

El nivel de salinidad del agua del océano es de 35 ppm, mientras que el valor promedio de su congelación es de 1.9 grados. El grado de salinidad de las aguas del Mar Negro es de 18 a 20 ppm, por lo que se congelan a una temperatura más alta con un rango de -0.9 a -1.1 grados centígrados.

• El punto de congelación del agua con azúcar (para una solución cuya molalidad es de 0,8) es de -1,6 grados.
• El punto de congelación del agua con impurezas depende en gran medida de su cantidad y de la naturaleza de las impurezas que forman la solución acuosa.
• El punto de congelación del agua con glicerina depende de la concentración de la solución. Una solución que contenga 80 ml de glicerina se congelará a -20 grados, mientras reduce el contenido de glicerol a 60 El ml del proceso de cristalización comenzará a -34 grados, y el comienzo de la congelación de la solución al 20% - menos cinco grados Como puede ver, no hay una relación lineal en este caso. Para congelar una solución al 10% de glicerina, una temperatura de -2 grados será suficiente.
• El punto de congelación del agua con soda (lo que implica un álcali cáustico o soda cáustica) es una imagen más misteriosa: el 44% de la solución cáustica se congela a +7 grados Celsius, y el 80% - a + 130.

Congelación de agua dulce

El proceso de formación de hielo en cuerpos de agua de agua dulce ocurre en una temperatura ligeramente diferente.

• El punto de congelación del agua en el lago, al igual que el punto de congelación del agua en el río, es de cero grados centígrados. La congelación de los ríos y arroyos más limpios no comienza desde la superficie, sino desde el fondo, donde los núcleos de cristalización están presentes en forma de partículas de lodo del fondo. Al principio, los enganches y las plantas acuáticas se cubren con una costra de hielo. Tan pronto como el hielo del fondo sube a la superficie, el río se congela instantáneamente.
• El agua congelada en Baikal a veces puede enfriarse a temperaturas negativas. Esto sucede solo en aguas poco profundas; la temperatura del agua puede ser de milésimas y, a veces, de centésimas de grado bajo cero.
• La temperatura del agua de Baikal debajo de la corteza de la cubierta de hielo, por regla general, no supera los +0,2 grados. En las capas inferiores, aumenta gradualmente a +3.2 en el fondo de la cuenca más profunda.

Punto de congelación del agua destilada.

¿Se congela el agua destilada? Recordemos que para la congelación del agua se requiere la presencia en ella de algunos centros de cristalización, con Puede haber burbujas de aire, partículas en suspensión y daños en las paredes del tanque en el que se encuentra. se encuentra

El agua sometida a temperaturas muy bajas, pero no cristalizada, se denomina "sobreenfriado". Puede poner una botella de agua destilada en el congelador, obtener hipotermia y luego demostrar un truco muy efectivo. Vea el video:

Al tocar la botella extraída del refrigerador, o lanzar un pequeño trozo de hielo en ella, puede mostrar cómo se convierte en hielo al instante, con la apariencia de cristales alargados.

Agua destilada: ¿esta sustancia purificada se congela o no bajo presión? Este proceso solo es posible en condiciones de laboratorio creadas especialmente.

Punto de congelación de agua salada.

1. ¿Se congela el agua salada? Debido a la alta concentración de sal, el agua del océano y del mar se congela a una temperatura de -1.9 grados centígrados.
2. La temperatura de congelación del agua en los mares y océanos no tiene un valor constante, ya que la salinidad del agua en diferentes mares de los océanos es completamente diferente.
3. ¿Cómo depende el punto de congelación del agua del océano de su salinidad? Hay una conexión directa entre estos valores. Cuanto más salada es el agua, mayor es su densidad y se requiere una temperatura suficientemente baja para congelar dicha agua.
4. La temperatura promedio en los mares y océanos es de -4 grados.

Punto de congelación de mares individuales.

¿Con cuántos grados se congela el agua?

• El mar Caspio? La salinidad de las aguas del Caspio es de aproximadamente 13 ppm. Su congelación se produce a -0,5 grados Celsius. El espesor de la capa de hielo de la parte norte del mar Caspio es de unos dos metros.
• Mar de azov? Su agua salada se congela a una temperatura de -0.5 a -0.7 grados centígrados. La salinidad es de aproximadamente 11 ppm. El espesor del hielo que cubre el mar de diciembre a marzo es de un metro.
• Mar de japon ¿Por qué el agua salada de este mar no se congela? Esto se debe al alto nivel (aproximadamente 34 ppm) de su salinidad y la posición geográfica del mar.
• El mar báltico? Con una salinidad de solo 6–8 ppm, la temperatura de congelación del agua de mar en el Báltico es cercana a cero.

Respuestas expresas

¿Con cuántos grados se congela el agua?

1. ¿En las tuberías de calefacción? En el caso de una parada de calefacción o una avería de la caldera de calefacción en una casa particular o en una casa de campo, el agua puede congelarse en un par de días a una temperatura de -5 grados. Retrasar el inicio de tal resultado ayudará al aislamiento térmico de las tuberías y otros elementos del edificio. Dentro de la vivienda, el agua que se congela en las tuberías comienza a -1 grados. Si esta temperatura dura 2-3 días, puede terminar rompiendo tuberías y calentando las baterías.
2. Bajo el suelo? El agua subterránea puede ser líquida, sólida y vapor. La fase sólida del agua en el suelo es hielo, que puede ser a largo plazo (en condiciones de permafrost) y estacional. La congelación de las aguas del suelo se produce a temperaturas bajo cero, ya que no todas son agua pura, sino todo tipo de soluciones. El valor de la temperatura de congelación depende en gran medida de la salinidad del agua subterránea.
3. Sobre la marcha? Los habitantes de Yakutia tienen una forma sencilla de determinar la temperatura del aire: está por debajo de -42 grados, si la saliva liberada por un hombre tiene tiempo de congelarse antes de llegar al suelo.
4. ¿En un vacío? El contenido del tubo, colocado debajo de la campana de la bomba de vacío a una temperatura de 0 grados, primero hierve, y después de la evaporación de la octava parte de la corteza de hielo líquido se forma en su superficie
5. ¿En el motor del coche? La temperatura máxima de congelación del agua en el motor puede alcanzar los -5 grados: a valores más bajos, los cristales de hielo simplemente romperán la estructura interna del bloque del motor. Igual es el punto de congelación del agua en el radiador. Se pueden producir problemas similares en el automóvil si el aislamiento de las unidades anteriores es insuficiente, así como debido a un estacionamiento demasiado largo.
6. En la pista Dependiendo de qué competiciones se supone que se llevarán a cabo en el campo de hielo, la temperatura de la superficie del hielo puede ser de -3 a -5 grados. El hielo con una temperatura de superficie más alta (de -3 a -4) es adecuado para el patinaje artístico, ya que es su suavidad lo que permite la resistencia necesaria de la adherencia con los patines. Más hielo duro, adecuado para el equipo de hockey, se obtiene a una temperatura de -5 grados. En el hielo "frío", la velocidad de los jugadores aumenta y la posibilidad de formación de nieve "gachas" en su superficie disminuye. La calidad del hielo depende principalmente de la composición química del agua, por lo tanto, para llenarlo, use No es un líquido ordinario del grifo, sino agua purificada o tratada con acondicionadores especiales.