Pada suhu berapa air membeku

Pada suhu berapa air membeku? Tampaknya - pertanyaan paling sederhana, yang bahkan dapat dijawab oleh seorang anak: titik beku air pada tekanan atmosfer normal 760 mm Hg adalah nol derajat Celcius.

Namun, air (meskipun sangat luas di planet ini) adalah yang paling misterius dan substansi yang belum sepenuhnya dipelajari, sehingga jawaban atas pertanyaan ini membutuhkan tuntas dan beralasan percakapan.

• Di Rusia dan di Eropa, suhu diukur pada skala Celcius, nilai tertinggi adalah 100 derajat.
• Ilmuwan Amerika Fahrenheit mengembangkan skalanya, yang memiliki 180 divisi.
• Ada unit pengukuran suhu lain, Kelvin, dinamai sesuai dengan fisikawan Inggris Thomson, yang menerima gelar Lord Kelvin.

Negara dan jenis air

Air di planet Bumi dapat mengambil tiga kondisi dasar agregasi: cair, padat dan gas, yang dapat berubah menjadi berbeda bentuk-bentuk yang secara bersamaan hidup berdampingan satu sama lain (gunung es di air laut, uap air dan kristal es di awan di langit, gletser dan mengalir bebas sungai).

Tergantung pada asal, tujuan dan komposisi air dapat:

• segar;
• mineral;
• laut;
• minum (di sini kita akan membawa air ledeng);
• hujan;
• dicairkan;
• payau;
• terstruktur;
• disuling;
• terdeionisasi.

Kehadiran isotop hidrogen membuat air:

1. mudah
2. berat (deuterium);
3. super berat (tritium).

Kita semua tahu bahwa air lunak dan keras: indikator ini ditentukan oleh kandungan kation magnesium dan kalsium.

Setiap jenis dan kondisi agregat air yang telah kami daftarkan memiliki titik beku dan lelehnya sendiri.

Titik beku air

Mengapa air membeku? Air biasa selalu mengandung beberapa partikel mineral atau organik yang tersuspensi. Ini mungkin partikel terkecil dari tanah liat, pasir atau debu rumah.

Ketika suhu lingkungan turun ke nilai-nilai tertentu, partikel-partikel ini mengambil peran pusat-pusat di mana kristal es mulai terbentuk.

Gelembung udara juga dapat menjadi inti kristalisasi, serta retak dan kerusakan pada dinding kapal yang mengandung air. Kecepatan proses kristalisasi air sangat ditentukan oleh jumlah pusat-pusat ini: semakin banyak dari mereka, semakin cepat cairan membeku.

Mengapa air panas membeku lebih cepat daripada dingin?

Air panas membeku lebih cepat daripada dingin - Erasto Mpemba, anak sekolah dari Tanganyika, memperhatikan fenomena ini. Eksperimennya dengan massa untuk membuat es krim menunjukkan bahwa kecepatan pembekuan massa yang dipanaskan jauh lebih tinggi daripada yang dingin.

Salah satu alasan untuk fenomena menarik ini, yang disebut "paradoks Mpemba", adalah yang lebih tinggi perpindahan panas cairan panas, serta keberadaan sejumlah besar inti kristalisasi di dalamnya dibandingkan dengan air dingin.

Apakah titik beku air saling berhubungan dengan ketinggian?

Ketika tekanan berubah, sering dikaitkan dengan berada pada ketinggian yang berbeda, titik beku air mulai secara radikal berbeda dari standar, khas kondisi normal. Kristalisasi air pada ketinggian terjadi pada nilai suhu berikut:

• Paradoksnya, pada ketinggian 1000 m, air membeku pada 2 derajat Celcius;
• pada ketinggian 2000 meter, ini sudah terjadi pada 4 derajat panas.

Suhu tertinggi dari pembekuan air di pegunungan diamati pada ketinggian lebih dari 5.000 ribu meter (misalnya, di Pegunungan Fan atau di Pamir).

Bagaimana tekanan mempengaruhi kristalisasi air?

Mari kita coba mengaitkan dinamika perubahan di titik beku air dengan perubahan tekanan.

• Dengan tekanan 2 atm, air akan membeku pada suhu -2 derajat.
• Dengan tekanan 3 atm, permulaan pembekuan air akan menjadi suhu -4 derajat Celcius.

Itulah sebabnya dalam kondisi gunung-gunung tinggi dan atmosfer yang langka sangat sulit untuk merebus telur, karena air dalam panci mendidih sudah pada 80 derajat. Jelas bahwa pada suhu seperti itu tidak mungkin memasak makanan.

Dengan tekanan tinggi, proses pelelehan es di bawah bilah skate terjadi bahkan pada suhu yang sangat rendah, tetapi itu berkat dia bahwa skate meluncur di permukaan es.

Demikian pula, pembekuan pelari kereta luncur yang penuh muatan dalam cerita-cerita Jack London dijelaskan. Kereta luncur berat yang memberi tekanan pada salju menyebabkan salju mencair. Air yang dihasilkan memfasilitasi meluncur mereka. Namun ada baiknya menghentikan narts dan tinggal lama di satu tempat, karena air yang dipindahkan, setelah beku, akan membekukan pelari ke jalan.

Temperatur kristalisasi larutan berair

Menjadi pelarut yang sangat baik, air mudah bereaksi dengan berbagai zat organik dan anorganik, membentuk massa senyawa kimia yang terkadang tidak terduga. Tentu saja, masing-masing dari mereka akan membeku pada suhu yang berbeda. Cerminkan ini dalam daftar visual.

• Titik beku campuran alkohol dan air tergantung pada rasio persentase kedua komponen di dalamnya. Semakin banyak air yang ditambahkan ke larutan, semakin mendekati nol suhu beku. Jika lebih banyak alkohol dalam larutan, proses kristalisasi akan dimulai pada nilai mendekati -114 derajat.

  Penting untuk diketahui bahwa larutan air-alkohol tidak memiliki suhu beku yang tetap. Biasanya mereka mengatakan tentang suhu awal proses kristalisasi dan suhu transisi akhir ke keadaan padat.

  Antara awal pembentukan kristal pertama dan pemadatan lengkap larutan alkohol terletak interval suhu 7 derajat. Jadi, titik beku air dengan alkohol konsentrasi 40% pada tahap awal adalah -22,5 derajat, dan transisi akhir larutan ke fase padat akan terjadi pada -29,5 derajat.

Untuk mengukur salinitas air gunakan unit khusus - "ppm." Jadi, kami telah menemukan bahwa titik beku air berkurang dengan meningkatnya konsentrasi garam. Mari kita jelaskan ini dengan sebuah contoh:

Tingkat salinitas air laut adalah 35 ppm, sedangkan nilai rata-rata pembekuannya adalah 1,9 derajat. Tingkat salinitas perairan Laut Hitam adalah 18-20 ppm, sehingga mereka membeku pada suhu yang lebih tinggi dengan kisaran -0,9 hingga -1,1 derajat Celcius.

• Titik beku air dengan gula (untuk larutan yang molalitasnya 0,8) adalah -1,6 derajat.
• Titik beku air dengan pengotor sangat tergantung pada kuantitas dan sifat pengotor yang membentuk larutan berair.
• Titik beku air dengan gliserin tergantung pada konsentrasi larutan. Suatu larutan yang mengandung 80 ml gliserin akan membeku pada suhu -20 derajat, sambil mengurangi kandungan gliserol menjadi 60 ml proses kristalisasi akan dimulai pada -34 derajat, dan awal pembekuan larutan 20% - minus lima derajat Seperti yang Anda lihat, tidak ada hubungan linear dalam kasus ini. Untuk membekukan larutan gliserin 10%, suhu -2 derajat akan cukup.
• Titik beku air dengan soda (menyiratkan alkali kaustik atau soda kaustik) adalah gambar yang lebih misterius: solusi kaustik 44% membeku pada +7 derajat Celcius, dan 80% - pada + 130.

Pembekuan air tawar

Proses pembentukan es di badan air tawar terjadi dalam suhu yang sedikit berbeda.

• Titik beku air di danau, seperti titik beku air di sungai, adalah nol derajat Celcius. Pembekuan sungai dan aliran terbersih tidak dimulai dari permukaan, tetapi dari dasar, di mana inti kristalisasi hadir dalam bentuk partikel lumpur dasar. Pada awalnya, sobekan dan tanaman air menjadi tertutup kerak es. Begitu es dasar naik ke permukaan, sungai langsung membeku.
• Air beku di Baikal terkadang dapat didinginkan ke suhu negatif. Ini hanya terjadi di air dangkal; suhu air bisa mencapai seperseribu, dan terkadang ratusan derajat di bawah nol.
• Suhu air Baikal di bawah kerak penutup es, sebagai suatu peraturan, tidak melebihi +0.2 derajat. Di lapisan bawah, secara bertahap naik menjadi +3,2 di bagian bawah cekungan terdalam.

Titik beku air suling

Apakah air suling membeku? Ingatlah bahwa untuk pembekuan air memerlukan kehadiran di dalamnya beberapa pusat kristalisasi, dengan mungkin ada gelembung udara, partikel tersuspensi, dan kerusakan pada dinding tangki di mana itu terletak

Air yang terkena suhu sangat rendah, tetapi tidak mengkristal, disebut “superkooling”. Anda dapat memasukkan sebotol air suling ke dalam freezer, mendapatkannya hipotermia, dan kemudian menunjukkan trik yang sangat efektif - lihat video:

Dengan mengetuk botol yang diekstraksi dari lemari es, atau melemparkan sepotong kecil es ke dalamnya, Anda dapat menunjukkan betapa instan botol itu berubah menjadi es, dengan penampilan seperti kristal memanjang.

Air suling: apakah zat murni ini membeku atau tidak di bawah tekanan? Proses semacam itu hanya mungkin dilakukan dalam kondisi laboratorium yang dibuat khusus.

Titik beku air garam

1. Apakah air garam membeku? Karena konsentrasi garam yang tinggi, laut dan air laut membeku pada suhu -1,9 derajat Celcius.
2. Suhu pembekuan air di laut dan samudera tidak memiliki nilai yang konstan, karena salinitas air di lautan samudera yang berbeda sama sekali berbeda.
3. Bagaimana titik beku air laut tergantung pada salinitasnya? Ada koneksi langsung antara nilai-nilai ini. Semakin asin air, semakin tinggi densitasnya, dan suhu yang cukup rendah diperlukan untuk membekukan air tersebut.
4. Suhu rata-rata di laut dan samudera adalah -4 derajat.

Titik beku laut individu

Dengan berapa derajat air membeku:

• Laut Kaspia? Salinitas perairan Kaspia sekitar 13 ppm. Pembekuan mereka terjadi pada -0,5 derajat Celcius. Ketebalan lapisan es di bagian utara Laut Kaspia sekitar dua meter.
• Laut Azov? Air asinnya membeku pada suhu -0,5 hingga -0,7 derajat Celcius. Salinitas sekitar 11 ppm. Ketebalan es yang menutupi laut dari Desember hingga Maret adalah satu meter.
• Laut jepang? Mengapa air asin laut ini tidak membeku? Hal ini disebabkan tingkat salinitas yang tinggi (sekitar 34 ppm) dan posisi geografis laut.
• Laut Baltik? Dengan salinitas hanya 6-8 ppm, suhu beku air laut di Baltik mendekati nol.

Jawaban Cepat

Dengan berapa derajat air membeku:

1. Di pipa pemanas? Jika terjadi penghentian pemanasan atau penghancuran boiler pemanas di rumah pribadi atau rumah pedesaan, air dapat membeku di dalamnya dalam beberapa hari pada suhu -5 derajat. Untuk menunda timbulnya hasil seperti itu akan membantu isolasi termal pipa dan elemen bangunan lainnya. Di dalam rumah, pembekuan air dalam pipa dimulai pada -1 derajat. Jika suhu ini berlangsung selama 2-3 hari, itu mungkin akan merusak pipa dan memanaskan baterai.
2. Di bawah tanah? Air tanah bisa berbentuk cair, padat dan uap. Fase padat air di tanah adalah es, yang bisa bersifat jangka panjang (dalam kondisi es beku) dan musiman. Pembekuan air tanah terjadi pada suhu di bawah nol, karena semuanya bukan air murni, tetapi segala macam solusinya. Nilai suhu beku sangat tergantung pada salinitas air tanah.
3. Dengan cepat? Penduduk Yakutia memiliki cara sederhana untuk menentukan suhu udara: suhu di bawah -42 derajat, jika ludah yang dilepaskan oleh manusia memiliki waktu untuk membeku sebelum mencapai tanah.
4. Dalam ruang hampa? Isi tabung, ditempatkan di bawah bel pompa vakum pada suhu 0 derajat, pertama mendidih, dan setelah penguapan dari bagian kedelapan dari bentuk kerak es cair pada nya permukaan.
5. Di mesin mobil? Suhu maksimum pembekuan air di mesin dapat mencapai -5 derajat: pada nilai yang lebih rendah, kristal es akan menghancurkan struktur internal blok mesin. Hal yang sama terjadi pada titik beku air di radiator. Masalah serupa di mobil dapat terjadi jika tidak ada insulasi yang memadai dari unit-unit di atas, dan juga karena terlalu lama parkir.
6. Di arena? Tergantung pada kompetisi apa yang seharusnya diadakan di arena es, suhu permukaan es bisa dari -3 hingga -5 derajat. Es dengan suhu permukaan yang lebih tinggi (dari -3 ke -4) cocok untuk skating, karena kelembutannya yang memungkinkan diperlukannya kekuatan adhesi dengan skate. Lebih banyak es keras, cocok untuk hoki tim, diperoleh pada suhu -5 derajat. Di es "dingin", kecepatan pemain meningkat dan kemungkinan pembentukan "bubur" salju di permukaannya berkurang. Kualitas es terutama tergantung pada komposisi kimiawi air, oleh karena itu, untuk mengisinya, gunakan bukan cairan biasa dari keran, tetapi air murni atau air olahan dengan kondisioner khusus.