A quelle température l'eau gèle

A quelle température l'eau gèle-t-elle? Il semblerait que la question la plus simple à laquelle même un enfant puisse répondre: le point de congélation de l’eau à une pression atmosphérique normale de 760 mm Hg est de zéro degré Celsius.

Cependant, l’eau (malgré la très répandue sur la planète) est la plus mystérieuse et la plus substance pas complètement étudiée, la réponse à cette question nécessite donc une analyse approfondie et raisonnée. conversation

• En Russie et en Europe, la température est mesurée sur une échelle en degrés Celsius, la plus haute valeur étant 100 degrés.
• Le scientifique américain Fahrenheit a développé son échelle, qui compte 180 divisions.
• Il existe une autre unité de mesure de la température, Kelvin, du nom du physicien anglais Thomson, qui a reçu le titre de Lord Kelvin.

États et types d'eau

L’eau sur la planète Terre peut prendre trois états d’agrégation de base: liquide, solide et gazeux, pouvant se transformer en formes qui coexistent simultanément (icebergs dans l’eau de mer, vapeur d’eau et cristaux de glace dans les nuages ​​dans le ciel, glaciers et écoulement libre) rivières).

Selon l'origine, le but et la composition de l'eau peuvent être:

• frais;
• minéral;
• marine;
• boire (ici on va porter l'eau du robinet);
• la pluie;
• décongelé;
• saumâtre;
• structuré;
• distillé;
• désionisé.

La présence d'isotopes d'hydrogène rend l'eau:

1. facile
2. lourd (deutérium);
3. super lourd (tritium).

Nous savons tous que l'eau est douce et dure: cet indicateur est déterminé par la teneur en cations de magnésium et de calcium.

Chacun des types et des états d’agrégation d’eau que nous avons énumérés a son propre point de congélation et de fusion.

Point de congélation de l'eau

Pourquoi l'eau gèle-t-elle? L'eau plate contient toujours des particules en suspension d'origine minérale ou organique. Il peut s'agir des plus petites particules d'argile, de sable ou de poussière de maison.

Lorsque la température ambiante chute à certaines valeurs, ces particules jouent le rôle de centres autour desquels des cristaux de glace commencent à se former.

Les bulles d'air peuvent également devenir des noyaux de cristallisation, ainsi que des fissures et des dommages aux parois du récipient contenant de l'eau. La vitesse du processus de cristallisation de l'eau dépend en grande partie du nombre de ces centres: plus ils sont nombreux, plus le liquide gèle rapidement.

Pourquoi l'eau chaude gèle-t-elle plus vite que le froid?

L'eau chaude gèle plus vite que le froid - Erasto Mpemba, un écolier du Tanganyika, a remarqué ce phénomène. Ses expériences avec la masse pour la fabrication de la crème glacée ont montré que la vitesse de congélation de la masse chauffée est beaucoup plus élevée que celle du froid.

L’une des raisons de ce phénomène intéressant, appelé «paradoxe de Mpemba», est la transfert de chaleur d'un liquide chaud, ainsi que la présence d'un plus grand nombre de noyaux de cristallisation par rapport à eau froide

Le point de congélation de l'eau est-il interconnecté avec l'altitude?

Lorsque la pression change, souvent associée à des hauteurs différentes, le point de congélation de l'eau commence à différer radicalement de la norme, typique des conditions normales. La cristallisation de l'eau en hauteur se produit aux valeurs de température suivantes:

• Paradoxalement, à 1000 m d'altitude, l'eau gèle à 2 degrés Celsius;
• à une altitude de 2000 mètres, cela se produit déjà à 4 degrés de chaleur.

La température la plus élevée de gel de l'eau dans les montagnes est observée à une altitude de plus de 5 000 000 mètres (par exemple, dans les monts Fan ou dans le Pamir).

Comment la pression affecte-t-elle la cristallisation de l'eau?

Essayons de relier la dynamique de changement du point de congélation de l'eau à un changement de pression.

• Avec une pression de 2 atm, l'eau gèlera à une température de -2 degrés.
• Avec une pression de 3 atm, le début de la congélation de l'eau sera une température de -4 degrés Celsius.

C'est pourquoi, dans les conditions de haute montagne et d'atmosphère raréfiée, il est très difficile de faire bouillir même des œufs, car l'eau dans la marmite bout déjà à 80 degrés. Il est clair qu’à une telle température, il est tout simplement impossible de cuire des aliments.

À haute pression, le processus de fonte de la glace sous les pales des patins se produit même à très basse température, mais c’est grâce à lui que les patins glissent sur la surface de la glace.

De même, le gel des coureurs de traîneaux très chargés dans les histoires de Jack London est expliqué. Les traîneaux lourds qui exercent une pression sur la neige la font fondre. L'eau résultante facilite leur glissement. Mais il vaut la peine d’arrêter les narts et de rester longtemps au même endroit, car les eaux déplacées, après avoir gelé, vont geler les coureurs sur la route.

La température de cristallisation des solutions aqueuses

Excellent solvant, l’eau réagit facilement avec diverses substances organiques et inorganiques, formant une masse de composés chimiques parfois inattendus. Bien sûr, chacun d'eux gèlera à des températures différentes. Refléter ceci dans une liste visuelle.

• Le point de congélation d’un mélange d’alcool et d’eau dépend du pourcentage de ses deux composants. Plus la solution est additionnée d’eau, plus sa température de congélation est proche de zéro. S'il y a plus d'alcool dans la solution, le processus de cristallisation commencera à des valeurs proches de -114 degrés.

  Il est important de savoir que les solutions hydroalcooliques n'ont pas une température de congélation fixe. Habituellement, ils parlent de la température du début du processus de cristallisation et de la température de la transition finale à l'état solide.

  Un intervalle de température de 7 degrés se situe entre le début de la formation des premiers cristaux et la solidification complète de la solution alcoolique. Ainsi, le point de congélation de l'eau avec une concentration en alcool de 40% au stade initial est de -22,5 degrés et la transition finale de la solution en phase solide se produira à -29,5 degrés.

Pour mesurer la salinité de l'eau, utilisez une unité spéciale - "ppm". Nous avons donc constaté que le point de congélation de l’eau diminue avec l’augmentation de la concentration en sel. Laissez-nous expliquer cela avec un exemple:

Le niveau de salinité de l'eau de mer est de 35 ppm, tandis que la valeur moyenne de sa congélation est de 1,9 degré. Le degré de salinité des eaux de la mer Noire étant de 18 à 20 ppm, elles gèlent à une température plus élevée comprise entre -0,9 et -1,1 degrés Celsius.

• Le point de congélation de l'eau avec du sucre (pour une solution dont la molalité est de 0,8) est -1,6 degrés.
• Le point de congélation de l'eau contenant des impuretés dépend en grande partie de leur quantité et de la nature des impuretés qui composent la solution aqueuse.
• Le point de congélation de l'eau avec la glycérine dépend de la concentration de la solution. Une solution contenant 80 ml de glycérine gèlera à -20 degrés, tout en réduisant la teneur en glycérol à 60 ml du processus de cristallisation commencera à -34 degrés et le début de la congélation de la solution à 20% - moins cinq degrés Comme vous pouvez le constater, il n’ya pas de relation linéaire dans ce cas. Pour congeler une solution de glycérine à 10%, une température de -2 degrés suffit.
• Le point de congélation de l'eau avec de la soude (impliquant un alcalin caustique ou de la soude caustique) est une image plus mystérieuse: la solution caustique à 44% gèle à +7 degrés Celsius et à 80% - à + 130.

Congélation d'eau douce

Le processus de formation de glace dans les étendues d'eau douce se produit à une température légèrement différente.

• Le point de congélation de l'eau dans le lac, tout comme le point de congélation de l'eau dans la rivière, est de zéro degré Celsius. La congélation des rivières et des ruisseaux les plus propres ne commence pas à la surface, mais au fond, où les noyaux de cristallisation sont présents sous la forme de particules de boues de fond. Au début, les chicots et les plantes aquatiques se recouvrent d'une croûte de glace. Dès que la glace de fond remonte à la surface, la rivière gèle instantanément.
• L'eau gelée à Baïkal peut parfois être refroidie à des températures négatives. Cela se produit uniquement dans les eaux peu profondes; la température de l’eau peut être au millième, et parfois même au centième de degré en dessous de zéro.
• La température de l'eau de Baïkal sous la croûte de la couverture de glace ne dépasse généralement pas +0,2 degré. Dans les couches inférieures, il monte progressivement à +3,2 au fond du bassin le plus profond.

Point de congélation de l'eau distillée

L'eau distillée gèle-t-elle? Rappelons que la congélation de l’eau exige la présence de certains centres de cristallisation, avec il peut y avoir des bulles d’air, des particules en suspension et des dommages aux parois du réservoir dans lequel il se trouve. est situé.

L'eau soumise à de très basses températures, mais non cristallisée, est appelée "surfusion". Vous pouvez mettre une bouteille d’eau distillée dans le congélateur, l’hypothermie, puis démontrer une astuce très efficace - voir la vidéo:

En tapotant la bouteille extraite du réfrigérateur ou en y jetant un petit morceau de glace, vous pouvez montrer à quel point elle se transforme instantanément en glace, en ayant l'apparence de cristaux allongés.

Eau distillée: cette substance purifiée gèle-t-elle ou non sous pression? Un tel processus n'est possible que dans des conditions de laboratoire spécialement créées.

Point de congélation de l'eau salée

1. L'eau salée gèle-t-elle? En raison de la forte concentration en sel, l’océan et l’eau de mer gèlent à une température de -1,9 degrés Celsius.
2. La température de congélation de l'eau dans les mers et les océans n'a pas une valeur constante, car la salinité de l'eau dans différentes mers des océans est complètement différente.
3. Comment le point de congélation de l'eau de mer dépend-il de sa salinité? Il existe un lien direct entre ces valeurs. Plus l'eau est salée, plus sa densité est élevée et une température suffisamment basse est nécessaire pour la congeler.
4. La température moyenne dans les mers et les océans est de -4 degrés.

Point de congélation des mers individuelles

Avec combien de degrés l'eau gèle-t-elle:

• La mer Caspienne? La salinité des eaux de la mer Caspienne est d’environ 13 ppm. Leur gel se produit à -0,5 degrés Celsius. L'épaisseur de la couverture de glace de la partie nord de la mer Caspienne est d'environ deux mètres.
• Mer d'Azov? Son eau salée gèle à une température de -0,5 à -0,7 degrés Celsius. La salinité est d'environ 11 ppm. L'épaisseur de la glace qui recouvre la mer de décembre à mars est d'un mètre.
• Mer du Japon? Pourquoi l'eau salée de cette mer ne gèle-t-elle pas? Cela est dû au niveau élevé (environ 34 ppm) de sa salinité et à la position géographique de la mer.
• La mer Baltique? Avec une salinité de seulement 6–8 ppm, la température de congélation de l'eau de mer dans la Baltique est proche de zéro.

Réponses Express

Avec combien de degrés l'eau gèle-t-elle:

1. Dans les tuyaux de chauffage? En cas d'arrêt du chauffage ou de panne d'une chaudière dans une maison privée ou une maison de campagne, de l'eau peut geler en environ deux jours à une température de -5 degrés. Retarder l'apparition d'un tel résultat facilitera l'isolation thermique des tuyaux et des autres éléments du bâtiment. À l'intérieur de l'habitation, l'eau qui gèle dans les tuyaux commence à -1 degré. Si cette température dure 2 à 3 jours, des tuyaux et des batteries peuvent se casser.
2. Sous terre? Les eaux souterraines peuvent être liquides, solides et à la vapeur. La phase solide de l'eau dans le sol est la glace, qui peut être à la fois à long terme (dans des conditions de pergélisol) et saisonnière. La congélation des eaux du sol se produit à des températures inférieures à zéro, car toutes ne sont pas de l'eau pure, mais toutes sortes de solutions. La valeur de la température de congélation dépend en grande partie de la salinité des eaux souterraines.
3. À la volée? Les habitants de la Yakoutie disposent d’un moyen simple pour déterminer la température de l’air: elle est inférieure à -42 degrés, si la broche libérée par un homme a le temps de geler avant d’atteindre le sol.
4. Dans le vide? Le contenu du tube, placé sous la cloche de la pompe à vide à une température de 0 degré, en premier bout, et après évaporation de la huitième partie de la croûte de glace se forme sur son surface.
5. Dans le moteur de la voiture? La température maximale de gel de l'eau dans le moteur peut atteindre -5 degrés: à des valeurs inférieures, des cristaux de glace casseront simplement la structure interne du bloc-moteur. Le point de congélation de l'eau dans le radiateur est identique. Des problèmes similaires dans la voiture peuvent survenir si l’isolation des unités ci-dessus est insuffisante, ainsi que par un stationnement trop long.
6. À la patinoire? En fonction des compétitions supposées se dérouler sur la patinoire, la température de la surface de la glace peut varier de -3 à -5 degrés. La glace ayant une température de surface plus élevée (de -3 à -4) convient au patinage artistique, car c’est sa douceur qui permet la résistance nécessaire à l’adhérence avec les patins. Une glace plus dure, adaptée au hockey en équipe, est obtenue à une température de -5 degrés. Sur la glace "froide", la vitesse des joueurs augmente et la possibilité de formation de "bouillie" de neige sur sa surface diminue. La qualité de la glace dépend principalement de la composition chimique de l’eau; par conséquent, pour la remplir, utilisez pas un liquide ordinaire du robinet, mais de l’eau purifiée ou traitée avec des agents de conditionnement spéciaux.