A quale temperatura fa congelare l'acqua

A che temperatura ghiaccia l'acqua? Sembrerebbe - la domanda più semplice, alla quale anche un bambino possa rispondere: il punto di congelamento dell'acqua a una pressione atmosferica normale di 760 mm Hg è zero gradi Celsius.

Tuttavia, l'acqua (nonostante sia estremamente diffusa sul pianeta) è la più misteriosa e sostanza non completamente studiata, quindi la risposta a questa domanda richiede un'approfondita e motivata conversazione.

• In Russia e in Europa, la temperatura viene misurata su una scala Celsius, il cui valore più alto è 100 gradi.
• Lo scienziato americano Fahrenheit ha sviluppato la sua scala, che ha 180 divisioni.
• C'è un'altra unità di misura della temperatura, Kelvin, dal nome del fisico inglese Thomson, che ha ricevuto il titolo di Lord Kelvin.

Stati e tipi di acqua

L'acqua sul pianeta Terra può assumere tre stati fondamentali di aggregazione: liquidi, solidi e gassosi, che possono trasformarsi in diversi forme che coesistono simultaneamente l'una con l'altra (iceberg in acqua di mare, vapore acqueo e cristalli di ghiaccio tra le nuvole nel cielo, ghiacciai e libera circolazione River).

A seconda dell'origine, lo scopo e la composizione dell'acqua possono essere:

• fresco;
• minerali;
• marino;
• bere (qui porteremo l'acqua del rubinetto);
• pioggia;
• scongelati;
• salmastra;
• strutturato;
• distillata;
• deionizzata.

La presenza di isotopi di idrogeno rende l'acqua:

1. facile;
2. pesante (deuterio);
3. super pesante (trizio).

Sappiamo tutti che l'acqua è morbida e dura: questo indicatore è determinato dal contenuto di cationi di magnesio e calcio.

Ciascuno dei tipi e stati aggregativi di acqua che abbiamo elencato ha il suo punto di congelamento e di fusione.

Punto di congelamento dell'acqua

Perché l'acqua si congela? L'acqua semplice contiene sempre alcune particelle sospese di origine minerale o organica. Potrebbe essere la più piccola particella di argilla, sabbia o polvere di casa.

Quando la temperatura ambientale scende a determinati valori, queste particelle assumono il ruolo di centri attorno ai quali iniziano a formarsi i cristalli di ghiaccio.

Le bolle d'aria possono anche diventare nuclei di cristallizzazione, così come crepe e danni alle pareti della nave che contiene acqua. La velocità del processo di cristallizzazione dell'acqua è in gran parte determinata dal numero di questi centri: più di essi, più velocemente il liquido congela.

Perché l'acqua calda si congela più velocemente del freddo?

L'acqua calda gela più velocemente del freddo - Erasto Mpemba, uno scolaro del Tanganica, ha notato questo fenomeno. I suoi esperimenti con la massa per fare il gelato hanno mostrato che la velocità di congelamento della massa riscaldata è molto più alta di quella fredda.

Uno dei motivi di questo interessante fenomeno, chiamato "paradosso di Mpemba", è il più alto trasferimento di calore di un liquido caldo, così come la presenza di un numero maggiore di nuclei di cristallizzazione in esso rispetto a acqua fredda

Il punto di congelamento dell'acqua è interconnesso con l'altitudine?

Quando la pressione cambia, spesso associata ad essere a diverse altezze, il punto di congelamento dell'acqua inizia a differire radicalmente dallo standard, tipico delle condizioni normali. La cristallizzazione dell'acqua ad un'altezza avviene ai seguenti valori di temperatura:

• Paradossalmente, a un'altitudine di 1000 m, l'acqua congela a 2 gradi Celsius;
• ad un'altitudine di 2000 metri, questo accade già a 4 gradi di calore.

La più alta temperatura di congelamento dell'acqua nelle montagne è osservata ad un'altitudine di oltre 5.000 metri (ad esempio, nelle Montagne dei Fan o nel Pamir).

In che modo la pressione influisce sulla cristallizzazione dell'acqua?

Proviamo a collegare le dinamiche del cambiamento nel punto di congelamento dell'acqua con un cambiamento di pressione.

• Con una pressione di 2 atm, l'acqua si congela a una temperatura di -2 gradi.
• Con una pressione di 3 atm, l'inizio del congelamento dell'acqua sarà una temperatura di -4 gradi Celsius.

Ecco perché nelle condizioni di alta montagna e atmosfera rarefatta è molto difficile far bollire anche le uova, poiché l'acqua nella pentola bolle già a 80 gradi. È chiaro che a una tale temperatura è semplicemente impossibile cucinare il cibo.

Con l'alta pressione, il processo di fusione del ghiaccio sotto le lame dei pattini avviene anche a temperature molto basse, ma è grazie a lui che i pattini scivolano sulla superficie del ghiaccio.

Allo stesso modo, viene spiegato il congelamento dei corridori di slitte pesantemente caricate nelle storie di Jack London. Le slitte pesanti che fanno pressione sulla neve lo fanno sciogliere. L'acqua risultante facilita il loro scivolamento. Ma vale la pena fermarsi e restare a lungo in un posto, poiché l'acqua sfollata, congelata, congelerà i corridori sulla strada.

La temperatura di cristallizzazione di soluzioni acquose

Essendo un solvente eccellente, l'acqua reagisce facilmente con varie sostanze organiche e inorganiche, formando una massa di composti chimici a volte inaspettati. Naturalmente, ognuno di loro si congelerà a diverse temperature. Rifletti su questo in un elenco visivo.

• Il punto di congelamento di una miscela di alcol e acqua dipende dal rapporto percentuale di entrambi i componenti. Più acqua viene aggiunta alla soluzione, più vicina a zero è la sua temperatura di congelamento. Se più alcool è nella soluzione, il processo di cristallizzazione inizierà a valori prossimi a -114 gradi.

  È importante sapere che le soluzioni di acqua e alcool non hanno una temperatura fissa di congelamento. Di solito si parla della temperatura dell'inizio del processo di cristallizzazione e della temperatura della transizione finale allo stato solido.

  Tra l'inizio della formazione dei primi cristalli e la completa solidificazione della soluzione alcolica si trova un intervallo di temperatura di 7 gradi. Quindi, il punto di congelamento dell'acqua con una concentrazione di alcol pari al 40% nella fase iniziale è di -22,5 gradi e la transizione finale della soluzione nella fase solida avverrà a -29,5 gradi.

Per misurare la salinità dell'acqua utilizzare un'unità speciale - "ppm". Quindi, abbiamo scoperto che il punto di congelamento dell'acqua diminuisce all'aumentare della concentrazione di sale. Cerchiamo di spiegarlo con un esempio:

Il livello di salinità dell'acqua oceanica è di 35 ppm, mentre il valore medio del suo congelamento è di 1,9 gradi. Il grado di salinità delle acque del Mar Nero è di 18-20 ppm, quindi si congelano a una temperatura più elevata con un intervallo compreso tra -0,9 e -1,1 gradi Celsius.

• Il punto di congelamento dell'acqua con zucchero (per una soluzione la cui molestia è 0,8) è -1,6 gradi.
• Il punto di congelamento dell'acqua con le impurità dipende in gran parte dalla quantità e dalla natura delle impurità che costituiscono la soluzione acquosa.
• Il punto di congelamento dell'acqua con glicerina dipende dalla concentrazione della soluzione. Una soluzione contenente 80 ml di glicerina si congelerà a -20 gradi, riducendo il contenuto di glicerolo a 60 ml del processo di cristallizzazione inizierà a -34 gradi e l'inizio del congelamento della soluzione al 20% - meno cinque gradi. Come puoi vedere, in questo caso non esiste una relazione lineare. Per congelare una soluzione al 10% di glicerina, sarà sufficiente una temperatura di -2 gradi.
• Il punto di congelamento dell'acqua con soda (che implica un alcali caustico o soda caustica) è un quadro più misterioso: la soluzione caustica al 44% congela a +7 gradi Celsius e l'80% a + 130.

Congelamento dell'acqua dolce

Il processo di formazione di ghiaccio nei corpi d'acqua di acqua dolce avviene in una temperatura leggermente diversa.

• Il punto di congelamento dell'acqua nel lago, proprio come il punto di congelamento dell'acqua nel fiume, è zero gradi Celsius. Il congelamento dei fiumi e dei flussi più puliti non inizia dalla superficie, ma dal fondo, dove i nuclei di cristallizzazione sono presenti sotto forma di particelle di fango di fondo. All'inizio, gli strappi e le piante acquatiche si ricoprono di una crosta di ghiaccio. Non appena il ghiaccio di fondo sale in superficie, il fiume si ghiaccia istantaneamente.
• L'acqua ghiacciata a Baikal può a volte essere raffreddata a temperature negative. Questo succede solo in acque poco profonde; la temperatura dell'acqua può essere in millesimi e talvolta in centesimi di un grado sotto zero.
• La temperatura dell'acqua del Baikal sotto la crosta del manto di ghiaccio, di regola, non supera i +0.2 gradi. Negli strati inferiori, sale gradualmente a +3,2 nella parte inferiore del bacino più profondo.

Punto di congelamento dell'acqua distillata

L'acqua distillata si congela? Ricordiamo che per il congelamento dell'acqua è necessaria la presenza in esso di alcuni centri di cristallizzazione, con possono esserci bolle d'aria, particelle sospese e danni alle pareti del serbatoio in cui si trova si trova

L'acqua sottoposta a temperature molto basse, ma non cristallizzata, viene chiamata "superraffreddata". Puoi mettere una bottiglia di acqua distillata nel freezer, farla ipotermia e poi dimostrare un trucco molto efficace - guarda il video:

Toccando il flacone estratto dal frigorifero o gettandoci dentro un piccolo pezzo di ghiaccio, puoi mostrare come si trasforma istantaneamente in ghiaccio, con l'apparenza di cristalli allungati.

Acqua distillata: questa sostanza purificata si congela o non è sotto pressione? Tale processo è possibile solo in condizioni di laboratorio appositamente create.

Punto di congelamento dell'acqua salata

1. Il congelamento dell'acqua salata? A causa dell'elevata concentrazione di sale, l'acqua marina e l'oceano si congelano a una temperatura di -1,9 gradi Celsius.
2. La temperatura di congelamento dell'acqua nei mari e negli oceani non ha un valore costante, poiché la salinità dell'acqua nei diversi mari degli oceani è completamente diversa.
3. In che modo il punto di congelamento dell'acqua oceanica dipende dalla sua salinità? C'è una connessione diretta tra questi valori. Più l'acqua è salata, maggiore è la sua densità e una temperatura sufficientemente bassa è necessaria per congelare tale acqua.
4. La temperatura media nei mari e negli oceani è di -4 gradi.

Punto di congelamento dei singoli mari

Con quanti gradi si congela l'acqua:

• Il Mar Caspio? La salinità delle acque del Caspio è di circa 13 ppm. Il loro congelamento si verifica a -0,5 gradi Celsius. Lo spessore della copertura di ghiaccio della parte settentrionale del Mar Caspio è di circa due metri.
• Mare di Azov? La sua acqua salata congela a una temperatura compresa tra -0,5 e -0,7 gradi Celsius. La salinità è di circa 11 ppm. Lo spessore del ghiaccio che copre il mare da dicembre a marzo è di un metro.
• Mare del Giappone? Perché l'acqua salata di questo mare non si ghiaccia? Ciò è dovuto al livello elevato (circa 34 ppm) della sua salinità e alla posizione geografica del mare.
• Il Mar Baltico? Con una salinità di soli 6-8 ppm, la temperatura di congelamento dell'acqua marina nel Baltico è prossima allo zero.

Esprimere risposte

Con quanti gradi si congela l'acqua:

1. Nei tubi di riscaldamento? In caso di spegnimento del riscaldamento o di guasto della caldaia in una casa privata o in una casa di campagna, l'acqua potrebbe congelarsi in circa un paio di giorni a una temperatura di -5 gradi. Ritardare l'inizio di un tale risultato aiuterà l'isolamento termico di tubi e altri elementi dell'edificio. All'interno dell'abitazione, il congelamento dell'acqua nei tubi inizia a -1 gradi. Se questa temperatura dura 2-3 giorni, potrebbe finire per rompere tubi e scaldare le batterie.
2. Sotto terra? Le acque sotterranee possono essere liquide, solide e vapori. La fase solida dell'acqua nel suolo è il ghiaccio, che può essere sia a lungo termine (in condizioni di ghiaccio permanente) che stagionale. Il congelamento delle acque del suolo avviene a temperature inferiori allo zero, poiché tutte non sono acqua pura, ma ogni sorta di soluzioni. Il valore della temperatura di congelamento dipende in gran parte dalla salinità delle acque sotterranee.
3. Al volo? Gli abitanti di Yakutia hanno un modo semplice per determinare la temperatura dell'aria: è inferiore a -42 gradi, se lo sputo rilasciato da un uomo ha il tempo di congelare prima di raggiungere il suolo.
4. Nel vuoto? Il contenuto del tubo, posto sotto la campana della pompa del vuoto ad una temperatura di 0 gradi, prima bolle e dopo l'evaporazione dell'ottava parte della crosta di ghiaccio liquido si forma sulla sua superficie.
5. Nel motore dell'auto? La temperatura massima di congelamento dell'acqua nel motore può raggiungere -5 gradi: a valori inferiori, i cristalli di ghiaccio interromperanno semplicemente la struttura interna del blocco motore. Lo stesso è il punto di congelamento dell'acqua nel radiatore. Problemi simili nell'auto possono verificarsi se l'isolamento delle unità di cui sopra è insufficiente, a causa di un parcheggio troppo lungo.
6. Alla pista? A seconda delle supposte gare che si terranno nell'arena del ghiaccio, la temperatura della superficie del ghiaccio può variare da -3 a -5 gradi. Il ghiaccio con una temperatura superficiale superiore (da -3 a -4) è adatto per il pattinaggio artistico, poiché è la sua morbidezza che consente la necessaria forza di adesione con i pattini. Più ghiaccio duro, adatto per l'hockey di squadra, si ottiene a una temperatura di -5 gradi. Sul ghiaccio "freddo", la velocità dei giocatori aumenta e la possibilità di formazione di "porridge" di neve sulla sua superficie diminuisce. La qualità del ghiaccio dipende principalmente dalla composizione chimica dell'acqua, quindi, per riempirla, utilizzare liquido non ordinario dal rubinetto, ma acqua purificata o trattata con condizionatori speciali.