Kokioje temperatūroje vanduo užšaldomas

Kokioje temperatūroje vandens užšąla? Atrodo - paprasčiausias klausimas, į kurį net ir vaikas gali atsakyti: vandens užšalimo temperatūra esant normaliam atmosferos slėgiui 760 mm Hg yra nulinis Celsijaus laipsnis.

Tačiau vanduo (nepaisant labai plačiai paplitusios planetoje) yra labiausiai paslaptingas ir ne visapusiškai ištirti medžiagą, todėl atsakymas į šį klausimą reikalauja išsamų ir pagrįstą pokalbį.

• Rusijoje ir Europoje temperatūra matuojama Celsijaus skalėje, kurios didžiausia vertė yra 100 laipsnių.
• Amerikos mokslininkas Fahrenheitas sukūrė savo skalę, turinčią 180 padalinių.
• Yra dar vienas temperatūros matavimo vienetas, Kelvinas, pavadintas anglų fiziko Thomsono vardu, kuris gavo Viešpaties Kelvino vardą.

Valstybės ir vandens rūšys

Vanduo planetoje Žemėje gali užtrukti tris pagrindines agregacijos būsenas: skystas, kietas ir dujinis, kuris gali virsti skirtingais formos, kurios tuo pačiu metu egzistuoja vieni su kitais (ledkalniai jūros vandenyje, vandens garai ir ledo kristalai debesyse debesyse, ledynai ir laisvas tekėjimas) upių).

Priklausomai nuo vandens kilmės, tikslo ir sudėties gali būti:

• švieži;
• mineralinis;
• jūrų;
• gėrimas (čia mes išnešame vandentiekio vandenį);
• lietus;
• atšildytas;
• sūrus;
• struktūrizuota;
• distiliuotas;
• dejonizuotas.

Vandenį sudaro vandenilio izotopai:

1. lengva
2. sunkusis (deuteris);
3. super sunkus (tričio).

Visi žinome, kad vanduo yra minkštas ir kietas: šį rodiklį lemia magnio ir kalcio katijonų kiekis.

Kiekviena iš mūsų išvardytų tipų ir agregacinių būsenų turi savo užšalimo ir lydymosi tašką.

Vandens užšalimo temperatūra

Kodėl vandens užšalimas? Paprastame vandenyje visuomet yra šiek tiek mineralinės ar organinės kilmės suspenduotų dalelių. Tai gali būti mažiausios molio, smėlio ar dulkių dalelės.

Kai aplinkos temperatūra nukrenta iki tam tikrų verčių, šios dalelės užima centrų, aplink kurių pradeda formuotis ledo kristalai, vaidmenį.

Oro burbuliukai taip pat gali tapti kristalizacijos branduoliais, taip pat įtrūkimais ir laivo sienelių, turinčių vandenį, pažeidimu. Vandens kristalizacijos proceso greitį daugiausia lemia šių centrų skaičius: kuo daugiau jų, tuo greičiau užšąla.

Kodėl karštas vanduo užšaldomas greičiau nei šaltas?

Karštas vanduo užšąla greičiau nei šalta - Tanganyikos moksleivis Erasto Mpemba pastebėjo šį reiškinį. Jo eksperimentai su ledų masės duomenimis parodė, kad šildomos masės užšalimo greitis yra daug didesnis nei šaltas.

Viena iš šio įdomaus reiškinio, vadinamo „Mpemba paradoksu“, priežastis yra didesnė karšto skysčio šilumos perdavimas, taip pat didesnis kristalizacijos branduolių skaičius, palyginti su šaltas vanduo.

Ar vandens užšalimo taškas yra sujungtas su aukščiu?

Kai slėgis pasikeičia, dažnai susijęs su skirtingais aukščiais, vandens užšalimo temperatūra pradeda radikaliai skirtis nuo standartinių, būdingų įprastoms sąlygoms. Vandens kristalizacija aukštyje atsiranda esant tokioms temperatūros vertėms:

• Paradoksalu, bet 1000 m aukštyje vanduo užšąla 2 laipsniais;
• 2000 metrų aukštyje tai įvyksta jau 4 laipsnių šilumos.

Aukščiausia vandens užšalimo temperatūra kalnuose stebima virš 5 000 tūkst. Metrų aukščio (pvz., Ventiliatorių kalnuose arba Pamiriuose).

Kaip slėgis veikia vandens kristalizaciją?

Pabandykime susieti vandens temperatūros pokyčių dinamiką su slėgio pokyčiu.

• Su 2 atm slėgiu, vanduo užšąla -2 laipsnių temperatūroje.
• Su 3 atm slėgiu, vandens užšalimo pradžia bus -4 laipsnių Celsijaus temperatūra.

Štai kodėl aukštų kalnų ir retų atmosferų sąlygomis labai sunku virti net kiaušinius, nes vanduo puode jau virsta 80 laipsnių kampu. Akivaizdu, kad tokioje temperatūroje maisto gaminimas yra tiesiog neįmanoma.

Aukšto slėgio metu ledo lydymosi procesas po riedučių ašmenimis vyksta net ir esant labai žemai temperatūrai, tačiau dėl jo slidės slidės ant ledo paviršiaus.

Taip pat paaiškinama, kad Jack London'o pasakojimuose užsikrečiama sunkiai pakrautų rogių bėgikų. Sunkūs rogės, kurios daro spaudimą sniegui, sukelia lydymą. Gautas vanduo palengvina jų stumdymą. Tačiau verta sustoti ir ilgą laiką pasilikti vienoje vietoje, nes perkeltas vanduo, užšaldęs, užšaldys bėgikas į kelią.

Vandeninių tirpalų kristalizacijos temperatūra

Būdamas puikus tirpiklis, vanduo lengvai reaguoja su įvairiomis organinėmis ir neorganinėmis medžiagomis, sudarant kartais netikėtų cheminių junginių masę. Žinoma, kiekvienas iš jų užšaldys skirtingomis temperatūromis. Atspindėkite tai vizualiame sąraše.

• Alkoholio ir vandens mišinio užšalimo temperatūra priklauso nuo abiejų komponentų santykio. Kuo daugiau vandens pridedama prie tirpalo, tuo arčiau nulio jo užšalimo temperatūra. Jei tirpale yra daugiau alkoholio, kristalizacijos procesas prasidės nuo -114 laipsnių vertės.

  Svarbu žinoti, kad vandens ir alkoholio tirpalai neturi fiksuotos užšalimo temperatūros. Paprastai jie sako apie kristalizacijos proceso pradžios temperatūrą ir galutinio perėjimo prie kietosios būsenos temperatūrą.

  Tarp pirmųjų kristalų susidarymo pradžios ir visiško alkoholio tirpalo sukietėjimo temperatūra yra 7 laipsniai. Taigi, vandens užšalimo temperatūra su alkoholiu, kurio koncentracija yra 40% pradiniame etape, yra -22,5 laipsnio, o galutinis tirpalo perėjimas į kietą fazę bus -29,5 laipsnių.

Norėdami išmatuoti vandens druskingumą, naudokite specialų vienetą - „ppm“. Taigi, mes nustatėme, kad didėjant druskos koncentracijai, vandens užšalimo temperatūra sumažėja. Paaiškinkime tai pavyzdžiu:

Jūros vandens druskingumo lygis yra 35 ppm, o jo užšalimo vidutinė vertė yra 1,9 laipsnio. Juodosios jūros vandenų druskingumo laipsnis yra 18-20 ppm, todėl jie užšąla aukštesnėje temperatūroje nuo -0,9 iki -1,1 laipsnio.

• Vandens su cukrumi užšalimo temperatūra (tirpalui, kurio molalumas yra 0,8) yra -1,6 laipsnio.
• Vandens užšalimo temperatūra su priemaišomis labai priklauso nuo jų kiekio ir priemaišų, sudarančių vandeninį tirpalą, pobūdžio.
• Vandens su glicerinu užšalimo temperatūra priklauso nuo tirpalo koncentracijos. Tirpalas, kuriame yra 80 ml glicerino, užšaldys -20 ° C temperatūroje, o glicerolio kiekis sumažės iki 60 ° C ml kristalizacijos proceso pradės nuo -34 laipsnių, o 20% tirpalo užšalimo pradžia - minus penki laipsnių Kaip matote, šiuo atveju nėra linijinio ryšio. 10% glicerino tirpalo užšalimui pakanka -2 laipsnių temperatūros.
• Vandens užšalimo temperatūra su soda (tai reiškia, kad yra šarminis šarmas arba kaustinė soda) labiau paslaptingas vaizdas: 44% šarminis tirpalas užšąla +7 laipsnių Celsijaus ir 80% - + 130.

Gėlo vandens užšalimas

Ledo susidarymo gėlo vandens telkiniuose procesas vyksta šiek tiek kitokioje temperatūroje.

• Vandens užšalimo temperatūra ežere, kaip ir vandens užšalimo temperatūra upėje, yra nulinis Celsijaus laipsnis. Švariausių upių ir upelių užšalimas prasideda ne nuo paviršiaus, bet iš apačios, kur kristalizacijos branduoliai yra dugno dumblo dalelių pavidalu. Iš pradžių užkandžiai ir vandens augalai uždengiami ledo pluta. Kai tik apačioje atsiras ledas, upė greitai užšąla.
• Baikalo užšaldytas vanduo kartais gali būti atšaldomas iki neigiamos temperatūros. Tai vyksta tik sekliuose vandenyse; vandens temperatūra gali būti tūkstantmečio, o kartais vieno laipsnio šimtai mažesnė už nulį.
• Baikalo vandens temperatūra pagal ledo dangos plutą paprastai neviršija +2,2 laipsnių. Apatiniuose sluoksniuose jis giliau pakyla iki +3,2 giliausio baseino apačioje.

Distiliuoto vandens užšalimo temperatūra

Ar distiliuotas vanduo užšaldomas? Prisiminkite, kad vandens užšalimui reikia tam tikrų kristalizacijos centrų gali būti oro burbuliukų, suspenduotų dalelių ir talpyklos sienų, kuriose ji yra, pažeidimas yra.

Vanduo, veikiamas labai žemomis temperatūromis, bet ne kristalizuotas, vadinamas „peršaldytu“. Į šaldiklį galite įdėti butelį distiliuoto vandens, gauti hipotermiją ir tada parodyti labai veiksmingą triuką - žr. Vaizdo įrašą:

Bakstelėdami iš šaldytuvo išgautą butelį arba į jį įmetus nedidelį ledo gabalėlį, galite parodyti, kaip iš karto jis tampa ledu, kuris atrodo kaip pailgos kristalai.

Distiliuotas vanduo: ar ši išvalyta cheminė medžiaga užšaldoma ar ne spaudžiama? Toks procesas galimas tik specialiai sukurtomis laboratorinėmis sąlygomis.

Druskos vandens užšalimo temperatūra

1. Ar druskos vanduo užšaldomas? Dėl didelės druskos koncentracijos vandenynas ir jūros vanduo užšąla -1,9 laipsnių Celsijaus temperatūroje.
2. Vandens ir jūros vandenų užšalimo temperatūra neturi pastovios vertės, nes vandens druskingumas skirtingose ​​vandenynų vandenyse yra visiškai kitoks.
3. Kaip vandenyno vandens užšalimo taškas priklauso nuo jo druskingumo? Tarp šių vertybių yra tiesioginis ryšys. Kuo daugiau sūrus vanduo, tuo didesnis jo tankis, ir tokiam vandeniui užšaldyti reikia pakankamai žemos temperatūros.
4. Vidutinė temperatūra jūroje ir vandenynuose yra -4 laipsniai.

Atskirų jūrų užšalimo taškas

Kiek laipsnių vandens užšąla:

• Kaspijos jūra? Kaspijos vandenų druskingumas yra apie 13 ppm. Jų užšalimas vyksta -0,5 laipsnių Celsijaus. Šiaurinės Kaspijos jūros dalies ledo dangos storis yra apie du metrai.
• Azovo jūra? Jo druskos vanduo užšąla nuo -0,5 iki -0,7 ° C temperatūroje. Druskingumas yra apie 11 ppm. Jūros dangos storis nuo gruodžio iki kovo yra vienas metras.
• Japonijos jūra? Kodėl šios jūros druskos vanduo neužšąla? Taip yra dėl didelio (apie 34 ppm) druskingumo lygio ir geografinės jūros padėties.
• Baltijos jūra? Tik 6–8 ppm druskingumu jūros vandens šaldymo temperatūra Baltijos jūroje yra artima nuliui.

„Express“ atsakymai

Kiek laipsnių vandens užšąla:

1. Šildymo vamzdžiuose? Šildymo katilo arba šildymo katilo gedimo privačiame name ar kaimo name atveju, vanduo jose gali užšalti maždaug per kelias dienas, esant 5 laipsnių temperatūrai. Siekiant atidėti tokio rezultato pradžią, bus padedama vamzdžių ir kitų pastato elementų šilumos izoliacija. Būsto viduje vamzdžių užšalimas prasideda nuo -1 laipsnio. Jei ši temperatūra trunka 2-3 dienas, ji gali nulaužti vamzdžius ir šildyti baterijas.
2. Po žeme? Požeminis vanduo gali būti skystas, kietas ir garas. Kieta vandens fazė dirvožemyje yra ledas, kuris gali būti ilgalaikis (permafrostų sąlygomis) ir sezoninis. Dirvožemio vandenų užšaldymas vyksta žemiau nulio, nes visi jie nėra grynas vanduo, bet visi jo sprendimai. Užšalimo temperatūros vertė labai priklauso nuo požeminio vandens druskingumo.
3. Skristi? Jakutijos gyventojai turi paprastą būdą nustatyti oro temperatūrą: jis yra žemiau -42 laipsnių, jei žmogaus atlaisvintas truputis turi laiko įšaldyti prieš pasiekdamas žemę.
4. Į vakuumą? Vamzdelio turinys, patalpintas po vakuuminio siurblio varpine, 0 laipsnių temperatūroje virsta, ir po to, kai išgaruoja aštuntą skysto ledo plutos dalį, jos ant jo paviršius.
5. Automobilio variklyje? Didžiausia vandens užšalimo variklio variklio temperatūra gali siekti -5 laipsnius: esant mažesnėms vertėms, ledo kristalai tiesiog sulaužys vidinę variklio bloko struktūrą. Toks pat yra ir radiatoriaus užšalimo taškas. Panašios problemos automobilyje gali atsirasti, jei aukšto lygio įrenginių izoliacija yra nepakankama, taip pat dėl ​​per ilgos stovėjimo vietos.
6. Čiuožykloje? Priklausomai nuo to, kokie konkursai turėtų vykti ledo arenoje, ledo paviršiaus temperatūra gali būti nuo -3 iki -5 laipsnių. Ledo, turinčio aukštesnę (nuo -3 iki -4) paviršiaus temperatūrą, yra tinkama figūriniam čiuožimui, nes tai jo minkštumas, leidžiantis sukibti su pačiūžomis. Daugiau kieto ledo, tinkamo komandos rituliui, gaunama -5 laipsnių temperatūroje. „Šaltojo“ ledo metu žaidėjų greitis didėja, o jo paviršiuje atsiranda „sniego“ košės susidarymo galimybė. Ledo kokybė pirmiausia priklauso nuo cheminės vandens sudėties, todėl ją užpildyti, naudoti ne paprastas skystis iš čiaupo, bet išvalytas arba apdorotas vanduo su specialiais kondicionieriais.