Missä lämpötilassa vesi jäätyy

Missä lämpötilassa vesi jäätyy? Näyttäisi siltä - yksinkertaisin kysymys, johon jopa lapsi voi vastata: veden jäätymispiste normaalissa ilmakehän paineessa 760 mm Hg on nolla astetta.

Vesi (huolimatta sen laajasta levinneisyydestä planeetalla) on kuitenkin salaperäinen ja ei ole täysin tutkittu sisältöä, joten vastaus tähän kysymykseen edellyttää perusteellista ja perusteltua keskustelu.

• Venäjällä ja Euroopassa lämpötila mitataan Celsius-asteikolla, jonka korkein arvo on 100 astetta.
• Amerikkalainen tiedemies Fahrenheit kehitti asteikonsa, jossa on 180 osastoa.
• On toinen lämpötilan mittausyksikkö, Kelvin, nimetty englantilaisen fyysikon Thomsonin mukaan, joka sai Lord Kelvinin otsikon.

Valtiot ja veden tyypit

Maapallolla oleva vesi voi kestää kolme perusasemaa: neste, kiinteä ja kaasumainen, joka voi muuttua erilaiseksi muotoja, jotka ovat samanaikaisesti olemassa keskenään (jäävuoret merivedessä, vesihöyry ja jääkiteet taivaan pilvissä, jäätiköt ja vapaa virtaus) River).

Veden alkuperästä, tarkoituksesta ja koostumuksesta riippuen voi olla:

• tuoreet;
• mineraali;
• meren;
• juominen (tässä kuljetamme vesijohtovettä);
• sade;
• sulatettu;
• murtovedestä;
• jäsennelty;
• tislattu;
• deionisoitu.

Vetyisotooppien läsnäolo tekee vedestä:

1. helppo;
2. raskas (deuterium);
3. erittäin raskas (tritium).

Me kaikki tiedämme, että vesi on pehmeää ja kovaa: tämä indikaattori määräytyy magnesiumin ja kalsiumkationien sisällön perusteella.

Jokaisella listalla olevalla veden tyypillä ja aggregaatilla on oma jäätymis- ja sulamispiste.

Veden jäätymispiste

Miksi vesi jäätyy? Tavallinen vesi sisältää aina jonkin verran mineraalista tai orgaanista alkuperää olevia suspendoituja hiukkasia. Se voi olla pienimpiä savea, hiekkaa tai talon pölyä.

Kun ympäristön lämpötila laskee tiettyihin arvoihin, nämä hiukkaset ottavat osaksi keskuksia, joiden ympärillä jääkiteitä alkaa muodostua.

Ilmakuplat voivat myös muuttua kiteytymisen ytimiksi, samoin kuin halkeamia ja vaurioita vesisäiliön seinämille. Veden kiteytymisprosessin nopeus määräytyy suurelta osin näiden keskusten lukumäärän mukaan: mitä enemmän niistä, sitä nopeammin neste jäätyy.

Miksi kuuma vesi jäätyy kylmempään?

Kuuma vesi jäätyy kylmempään - Tanganyikan koulupoika Erasto Mpemba huomasi tämän ilmiön. Hänen kokeilunsa jäätelön valmistusmassalla osoittivat, että lämmitetyn massan jäätymisnopeus on paljon korkeampi kuin kylmä.

Yksi syy tähän mielenkiintoiseen ilmiöön, jota kutsutaan nimellä "Mpemba paradoksi", on suurempi kuuman nesteen lämmönsiirto, samoin kuin suuremman määrän kiteytymisytimiä siinä kylmä vesi.

Onko veden jäätymispiste yhdistetty korkeuteen?

Kun paine muuttuu, joka usein liittyy eri korkeuksiin, veden jäätymispiste alkaa radikaalisti poiketa normaaleista olosuhteista tyypillisestä standardista. Veden kiteytyminen korkeudessa tapahtuu seuraavilla lämpötila-arvoilla:

• Paradoksaalisesti 1000 metrin korkeudessa vesi jäätyy 2 asteeseen;
• 2000 metrin korkeudessa tämä tapahtuu jo 4 asteen lämpöä.

Korkein veden jäätymislämpötila vuoristossa havaitaan yli 5 000 tuuman metrin korkeudessa (esimerkiksi Fan Mountainissa tai Pamirsissa).

Miten paine vaikuttaa veden kiteytymiseen?

Yritetään yhdistää veden jäätymispisteen muutoksen dynamiikka paineen muutokseen.

• Kun paine on 2 atm, vesi jäätyy lämpötilassa -2 astetta.
• Paineen ollessa 3 atm veden jäätymisen alkamislämpötila on -4 astetta.

Siksi korkeiden vuorten ja harvinaisen ilmapiirin olosuhteissa on hyvin vaikea keittää jopa kananmunia, koska pannun vesi kiehuu jo 80 astetta. On selvää, että tällaisessa lämpötilassa on yksinkertaisesti mahdotonta valmistaa ruokaa.

Korkealla paineella jään sulamisprosessi luistinterien alle tapahtuu jopa hyvin alhaisissa lämpötiloissa, mutta se on hänen ansiostaan ​​liukua jään pinnalle.

Samoin selitetään voimakkaasti kuormitettujen kelkkojen juoksijoiden jäädyttämistä Jack Lontoon tarinoissa. Raskaat reet, jotka painavat lunta, aiheuttavat sen sulamisen. Tuloksena oleva vesi helpottaa niiden liukumista. Mutta kannattaa pysäyttää nartsit ja pysyä pitkään yhdessä paikassa, koska siirtynyt vesi, jäädytetty, jäädyttää juoksijat tielle.

Vesiliuosten kiteytyslämpötila

Koska vesi on erinomainen liuotin, se reagoi helposti erilaisiin orgaanisiin ja epäorgaanisiin aineisiin muodostaen joskus odottamattomia kemiallisia yhdisteitä. Tietenkin kukin niistä jäätyy eri lämpötiloihin. Heijastakaa tämä visuaaliseen luetteloon.

• Alkoholin ja veden seoksen jäätymispiste riippuu molempien komponenttien prosenttiosuudesta. Mitä enemmän vettä lisätään liuokseen, sitä lähempänä nollaa se jäätyy. Jos liuoksessa on enemmän alkoholia, kiteytysprosessi alkaa arvoista, jotka ovat lähellä -114 astetta.

  On tärkeää tietää, että vesi-alkoholiliuoksilla ei ole kiinteää jäätymislämpötilaa. Yleensä he sanovat kiteytysprosessin alun lämpötilasta ja lopullisen siirtymisen lämpötilasta kiinteään tilaan.

  Ensimmäisten kiteiden muodostumisen alkamisen ja alkoholiliuoksen täydellisen jähmettymisen välillä on 7 asteen lämpötila-alue. Niinpä veden 40%: n pitoisuudella olevan alkoholin pakastumispiste alkuvaiheessa on -22,5 astetta ja liuoksen lopullinen siirtyminen kiinteään faasiin tapahtuu -29,5 °: ssa.

Veden suolapitoisuuden mittaamiseksi käytä erikoisyksikköä - "ppm". Niinpä olemme huomanneet, että veden jäätymispiste pienenee lisäämällä suolapitoisuutta. Selittäkää tämä esimerkin avulla:

Meriveden suolapitoisuus on 35 ppm, kun taas sen jäätymisen keskiarvo on 1,9 astetta. Mustanmeren vesien suolapitoisuus on 18-20 ppm, joten ne jäädyttyvät korkeammassa lämpötilassa, joka vaihtelee välillä -0,9 - -1,1 astetta.

• Veden jäätymispiste sokerilla (liuokselle, jonka molaliteetti on 0,8) on -1,6 astetta.
• Veden jäätymispiste epäpuhtauksilla riippuu suuresti niiden määrästä ja vesipitoisen liuoksen muodostavien epäpuhtauksien luonteesta.
• Veden jäätymispiste glyseriinillä riippuu liuoksen konsentraatiosta. 80 ml glyseriiniä sisältävä liuos jäädytetään -20 ° C: ssa, samalla kun glyserolin pitoisuus laskee 60 ° C: seen ml kiteytysprosessia alkaa -34 astetta ja 20%: n liuoksen jäädyttämisen alku - miinus viisi astetta. Kuten näette, tässä tapauksessa ei ole lineaarista suhdetta. Jotta jäädytetään 10-prosenttinen glyseriiniliuos, lämpötila -2 astetta riittää.
• Veden jäätymispiste, jossa on soodaa (mikä tarkoittaa kaustista alkalia tai kaustista soodaa) on salaperäisempi kuva: 44%: n kaustinen liuos jäätyy +7 ° C: een ja 80% - + 130.

Makean veden jäätyminen

Jäämuodostusprosessi makean veden vesistöissä tapahtuu hieman eri lämpötilassa.

• Veden jäätymispiste järvessä, kuten veden jäätymispisteessä joessa, on nolla-aste. Puhtaimpien jokien ja purojen jäädyttäminen ei käynnisty pinnalta, vaan pohjasta, jossa kiteytymisytimet ovat pohjalieteen hiukkasten muodossa. Aluksi snagit ja vesikasvit peittävät jäätä. Heti kun pohja jää jää pintaan, joki jäätyy välittömästi.
• Baikalin pakastettua vettä voidaan joskus jäähdyttää negatiivisiin lämpötiloihin. Tämä tapahtuu vain matalassa vedessä; veden lämpötila voi olla tuhannesosassa, ja joskus sadasosa yhden asteen alapuolella nollan alapuolella.
• Baikalin veden lämpötila jääpeitteen kuoren alla ei yleensä ylitä +0,2 astetta. Alemmissa kerroksissa se nousee vähitellen +3,2: een syvimmän altaan pohjassa.

Tislatun veden jäätymispiste

Onko jähmettynyt tislattua vettä? Muistakaa, että veden jäädyttämiseksi tarvitaan joissakin kiteytyskeskuksissa läsnäolo voi olla ilmakuplia, suspendoituneita hiukkasia ja säiliön seinämien vaurioitumista, jossa se on sijaitsee.

Vettä, joka on altistunut hyvin alhaisille lämpötiloille, mutta ei kiteytynyt, kutsutaan "ylikierrokseksi". Pakastimeen voidaan laittaa pullo tislattua vettä, saada se hypotermiseksi ja näyttää sitten erittäin tehokas temppu - katso video:

Napauttamalla jääkaapista uutettua pulloa tai heittäen siihen pienen palan jäätä, voit näyttää, kuinka heti se muuttuu jääksi, jolloin ulkonäkö on pitkänomaisia ​​kiteitä.

Tislattu vesi: jääkö tämä puhdistettu aine paineettomaksi? Tällainen prosessi on mahdollista vain erityisissä laboratorio-olosuhteissa.

Suolaveden jäätymispiste

1. Jääkö suolavesi? Korkean suolakonsentraation takia meressä ja merivedessä jäätyy -1,9 asteen lämpötila.
2. Merien ja valtamerien veden jäätymislämpötilalla ei ole vakioarvoa, koska veden suolapitoisuus merien eri merillä on täysin erilainen.
3. Miten meriveden jäätymispiste riippuu sen suolapitoisuudesta? Näiden arvojen välillä on suora yhteys. Mitä enemmän suolaista vettä on, sitä korkeampi sen tiheys on ja riittävän alhainen lämpötila tarvitaan tällaisen veden jäädyttämiseksi.
4. Merien ja valtamerien keskilämpötila on -4 astetta.

Yksittäisten merien jäätymispiste

Kuinka monta astetta vesi jäätyy:

• Kaspianmeri? Kaspianmeren suolapitoisuus on noin 13 ppm. Niiden jäätyminen tapahtuu -0,5 ° C: ssa. Kaspianmeren pohjoisosan jääpeitteen paksuus on noin kaksi metriä.
• Azovin meri? Sen suolavesi jäätyy -0,5 - -0,7 ° C: n lämpötilassa. Suolapitoisuus on noin 11 ppm. Joulun ja maaliskuun välistä merenpinnan paksuus on yksi metri.
• Japanin meri? Miksi tämän meren suolavettä ei jäätyä? Tämä johtuu sen suolapitoisuuden korkeasta (noin 34 ppm) tasosta ja meren maantieteellisestä sijainnista.
• Itämeri? Vain 6–8 ppm suolapitoisuudella meriveden jäätymislämpötila Itämerellä on lähellä nollaa.

Express vastauksia

Kuinka monta astetta vesi jäätyy:

1. Lämmitysputkissa? Lämmityksen sulkemisen tai lämmityskattilan rikkoutumisen yhteydessä omakotitalossa tai maalaistalossa, vesi voi jäätyä niihin noin parin päivän aikana -5 asteen lämpötilassa. Tällaisen lopputuloksen viivästyttäminen auttaa putkien ja muiden rakennuksen elementtien lämmöneristystä. Asunnon sisäpuolella putkien jäätyminen alkaa -1 astetta. Jos tämä lämpötila kestää 2-3 päivää, se saattaa lopettaa putkia ja lämmittää akkuja.
2. Maan alla? Pohjavesi voi olla nestemäistä, kiinteää ja höyryä. Veden kiinteä faasi maaperässä on jäätä, joka voi olla sekä pitkäaikainen (ikiroudan olosuhteissa) että kausiluonteinen. Maaperän vesien jäädyttäminen tapahtuu alle nollan lämpötiloissa, koska kaikki eivät ole puhdasta vettä, vaan kaikenlaisia ​​ratkaisuja. Jäähdytyslämpötilan arvo riippuu suuresti pohjaveden suolapitoisuudesta.
3. Lentää? Jakutian asukkailla on yksinkertainen tapa määritellä ilman lämpötila: se on alle -42 astetta, jos ihmisen vapauttamalla pisaralla on aikaa jäädyttää ennen kuin pääsee maahan.
4. Tyhjiössä? Putken sisältö asetetaan ensin tyhjiöpumpun kellon alle 0 asteen lämpötilassa kiehuu ja nestemäisen jääkuoren kahdeksannen osan haihduttamisen jälkeen muodostuu pintaa.
5. Auton moottorissa? Veden jäätymisen maksimilämpötila moottorissa voi nousta -5 asteeseen: alhaisemmilla arvoilla jääkristallit yksinkertaisesti rikkovat moottorilohkon sisäisen rakenteen. Sama on myös jäähdyttimen veden jäätymispiste. Samanlaisia ​​ongelmia autossa voi ilmetä, jos edellä mainittujen yksiköiden eristys on riittämätöntä ja liian pitkä pysäköinti.
6. Rinteessä? Riippuen siitä, mitä kilpailuja jäätilalla pidetään, jääpinnan lämpötila voi olla -3 - -5 astetta. Jää, jolla on korkeampi (-3 - -4) pintalämpötila, soveltuu taitoluisteluun, koska se on sen pehmeys, joka mahdollistaa tarvittavan tartuntakyvyn luistimiin. Lisää kovaa jäätä, joka soveltuu joukkueen jääkiekolle, saadaan -5 asteen lämpötilassa. "Kylmällä" jäällä pelaajien nopeus kasvaa ja mahdollisuus lumen "puuron" muodostumiseen sen pinnalla vähenee. Jään laatu riippuu ensisijaisesti veden kemiallisesta koostumuksesta, sen täyttämisestä, käytöstä ei tavallista nestettä hanasta, vaan joko puhdistettua tai käsiteltyä vettä, jossa on erityisiä hoitoaineita.