Kādā temperatūrā ūdens sasalst

Kādā temperatūrā ūdens sasalst? Šķiet - vienkāršākais jautājums, ko pat bērns var atbildēt: ūdens sasalšanas punkts normālā atmosfēras spiedienā 760 mm Hg ir nulle Celsija grādos.

Tomēr ūdens (neskatoties uz tā plaši izplatīto uz planētas) ir noslēpumains un nav pilnībā izpētīta viela, tāpēc atbilde uz šo jautājumu prasa pamatīgu un pamatotu saruna.

• Krievijā un Eiropā temperatūra tiek mērīta Celsija skalā, kura augstākā vērtība ir 100 grādi.
• Amerikāņu zinātnieks Fārenheita attīstīja savu skalu, kurai ir 180 nodaļas.
• Ir vēl viena temperatūras mērvienība, Kelvins, nosaukts pēc angļu fizikas Thomson, kurš saņēma Lord Kelvin titulu.

Valstis un ūdens veidi

Ūdens uz planētas Zemes var ietvert trīs galvenos agregācijas stāvokļus: šķidru, cietu un gāzveida, kas var pārvērsties dažādos veidlapas, kas vienlaicīgi pastāv līdzāspastāvēšanai (jūras ūdenī esošie aisbergi, ūdens tvaiki un ledus kristāli debesīs debesīs, ledāji un brīvi plūstošs upēm).

Atkarībā no ūdens izcelsmes, mērķa un sastāva var būt:

• svaigi;
• minerāls;
• jūras;
• dzeršana (šeit mēs vedīsim krāna ūdeni);
• lietus;
• atkausēts;
• iesāļojums;
• strukturēta;
• destilēts;
• dejonizēts.

Ūdeņraža izotopu klātbūtne padara ūdeni:

1. viegli
2. smags (deitērijs);
3. super smags (tritijs).

Mēs visi zinām, ka ūdens ir mīksts un ciets: šo rādītāju nosaka magnija un kalcija katjonu saturs.

Katram no mūsu uzskaitītajiem ūdens veidiem un agregatīvajiem stāvokļiem ir savs sasalšanas un kušanas punkts.

Ūdens sasalšanas punkts

Kāpēc ūdens sasalst? Vienmērīgs ūdens vienmēr satur dažas minerālūdens vai organiskas izcelsmes suspendētas daļiņas. Tas var būt mazākās māla, smilšu vai mājas putekļu daļiņas.

Kad apkārtējā temperatūra pazeminās līdz noteiktām vērtībām, šīs daļiņas uzņemas centru lomu, ap kuru sāk veidoties ledus kristāli.

Gaisa burbuļi var kļūt arī par kristalizācijas kodoliem, kā arī plaisām un bojājumiem trauka sienām, kas satur ūdeni. Ūdens kristalizācijas procesa ātrumu lielā mērā nosaka šo centru skaits: jo vairāk no tiem, jo ​​ātrāk sasalst šķidrums.

Kāpēc karstais ūdens sasalst ātrāk nekā auksts?

Karstais ūdens sasalst ātrāk nekā auksts - Erasto Mpemba, skolniece no Tanganyikas, pamanīja šo parādību. Viņa eksperimenti ar masu saldējuma ražošanai parādīja, ka apsildītās masas sasalšanas ātrums ir daudz augstāks nekā aukstais.

Viens no iemesliem šai interesantai parādībai, ko sauc par „Mpemba paradoksu”, ir augstāks karstā šķidruma siltuma pārnese, kā arī lielāks kristalizācijas kodolu skaits, salīdzinot ar auksts ūdens.

Vai ūdens sasalšanas punkts ir savienots ar augstumu?

Kad spiediens mainās, bieži vien saistīts ar dažādiem augstumiem, ūdens sasalšanas punkts sāk radikāli atšķirties no standarta, kas ir raksturīgs normāliem apstākļiem. Ūdens kristalizācija augstumā notiek ar šādām temperatūras vērtībām:

• Paradoksāli, 1000 m augstumā ūdens sasalst 2 grādos pēc Celsija;
• 2000 metru augstumā tas notiek jau 4 grādu temperatūrā.

Visaugstākā ūdens sasalšanas temperatūra kalnos ir vērojama augstumā virs 5000 tūkstošiem metru (piemēram, Fan Mountains vai Pamirs).

Kā spiediens ietekmē ūdens kristalizāciju?

Mēģināsim sasaistīt ūdens sasalšanas punkta izmaiņu dinamiku ar spiediena izmaiņām.

• Ar spiedienu 2 atm ūdens iesaldēsies -2 grādu temperatūrā.
• Ar spiedienu 3 atm ūdens sasalšanas temperatūra būs -4 grādi pēc Celsija.

Tāpēc augsto kalnu un retās atmosfēras apstākļos ir ļoti grūti vārīt pat olas, jo ūdens tējkannā vārās jau 80 grādos. Ir skaidrs, ka šādā temperatūrā ēdienu var vienkārši pagatavot.

Augsta spiediena dēļ ledus kušanas process zem slidas asmeņiem notiek pat ļoti zemās temperatūrās, bet pateicoties viņam, slidas slīd uz ledus virsmas.

Līdzīgi tiek izskaidrota arī stipri piekrautu ragaviņu skrējēju iesaldēšana Jack London stāstos. Smagas kamanas, kas rada spiedienu uz sniega, izraisa to kausēšanu. Iegūtais ūdens atvieglo to slīdēšanu. Bet ir vērts apstāties ar nārām un palikt uz ilgu laiku vienā vietā, jo pārvietotais ūdens, iesaldēts, iesaldēs skrējējus uz ceļu.

Ūdens šķīdumu kristalizācijas temperatūra

Tā kā ūdens ir lielisks šķīdinātājs, tas viegli reaģē ar dažādām organiskām un neorganiskām vielām, veidojot dažkārt neparedzētu ķīmisko savienojumu masu. Protams, katra no tām iesaldēs dažādās temperatūrās. Atspoguļojiet to vizuālajā sarakstā.

• Alkohola un ūdens maisījuma sasalšanas temperatūra ir atkarīga no abu komponentu procentuālās attiecības tajā. Jo vairāk ūdens pievieno šķīdumam, jo ​​tuvāk nullei tā sasalšanas temperatūra. Ja šķīdumā ir vairāk alkohola, kristalizācijas process sāksies -114 grādu robežās.

  Ir svarīgi zināt, ka ūdens un spirta šķīdumiem nav fiksētas sasalšanas temperatūras. Parasti viņi saka par kristalizācijas procesa sākuma temperatūru un galīgās pārejas uz cieto stāvokli temperatūru.

  Starp pirmo kristālu veidošanās sākumu un pilnīgu spirta šķīduma sacietēšanu ir 7 grādu temperatūras intervāls. Tātad, ūdens sasalšanas punkts ar alkoholu ar 40% koncentrāciju sākotnējā posmā ir -22,5 grādi, un galīgā šķīduma pāreja cietajā fāzē notiks -29,5 grādos.

Lai mērītu ūdens sāļumu, izmantojiet īpašu vienību - "ppm". Tātad, mēs esam konstatējuši, ka ūdens sasalšanas temperatūra samazinās, palielinoties sāls koncentrācijai. Ļaujiet mums to izskaidrot ar piemēru:

Okeāna ūdens sāļuma līmenis ir 35 ppm, bet vidējā saldēšanas vērtība ir 1,9 grādi. Melnās jūras ūdeņu sāļuma pakāpe ir 18-20 ppm, tāpēc tie sasalst augstākā temperatūrā ar diapazonu no -0,9 līdz -1,1 grādiem pēc Celsija.

• Ūdens sasalšanas punkts ar cukuru (šķīdumam, kura molalitāte ir 0,8) ir -1,6 grādi.
• Ūdens sasalšanas punkts ar piemaisījumiem lielā mērā ir atkarīgs no to daudzuma un piemaisījumu, kas veido ūdens šķīdumu, raksturu.
• Ūdens sasalšanas temperatūra ar glicerīnu ir atkarīga no šķīduma koncentrācijas. Šķīdums, kas satur 80 ml glicerīna, sasalst -20 grādos, vienlaikus samazinot glicerīna saturu līdz 60 ° C ml kristalizācijas procesa sāksies -34 grādos un 20% šķīduma sasalšanas sākums - mīnus pieci grādiem Kā redzat, šajā gadījumā nav lineāru attiecību. 10% glicerīna šķīduma sasaldēšanai pietiek ar temperatūru -2 grādos.
• Ūdens sasalšanas punkts ar sodu (kas nozīmē kaustisku sārmu vai kaustisko sāli) ir noslēpumaināks attēls: 44% kodīgais šķīdums sasalst +7 grādos pēc Celsija un 80% - pie + 130.

Saldūdens saldēšana

Ledus veidošanās process saldūdens ūdenstilpēs notiek nedaudz citā temperatūrā.

• Ūdens sasalšanas punkts ezerā, tāpat kā ūdens sasalšanas punkts upē, ir nulle Celsija grādos. Tīrāko upju un plūsmu sasaldēšana nesākas no virsmas, bet no apakšas, kur kristalizācijas kodoli ir dūņu daļiņu veidā. Sākumā uzkodas un ūdens augi nokļūst ar ledus garozu. Tiklīdz grunts ledus nokļūst virsmā, upe uzreiz sasalst.
• Baikalas saldēto ūdeni dažkārt var atdzist līdz negatīvai temperatūrai. Tas notiek tikai seklā ūdenī; ūdens temperatūra var būt tūkstošdaļā, un dažreiz simtdaļās viena pakāpe zem nulles.
• Baikāla ūdens temperatūra ledus seguma garozā parasti nepārsniedz +0,2 grādus. Apakšējos slāņos tā pakāpeniski palielinās līdz +3,2 dziļākās baseina apakšā.

Destilēta ūdens sasalšanas temperatūra

Vai destilēta ūdens sasalst? Atgādināt, ka ūdens sasalšanai nepieciešams, lai tajā būtu klāt daži kristalizācijas centri var būt gaisa burbuļi, suspendētas daļiņas un tvertnes sienas, kurās tas ir bojāts atrodas.

Ūdens, kas pakļauts ļoti zemām temperatūrām, bet nav kristalizēts, tiek saukts par “pārpildītu”. Jūs varat ievietot ledusskapī pudeli destilēta ūdens, saņemt to hipotermijā un pēc tam demonstrēt ļoti efektīvu triku - skatiet videoklipu:

Pieskaroties pudelei, kas iegūta no ledusskapja, vai izmetot tajā nelielu ledus gabalu, jūs varat parādīt, cik uzreiz tas kļūst par ledu, izskatu garus kristālus.

Destilēts ūdens: vai šī attīrītā viela sasalst vai nav zem spiediena? Šāds process ir iespējams tikai īpaši izveidotos laboratorijas apstākļos.

Sālsūdens sasalšanas punkts

1. Vai sālsūdens sasalst? Sakarā ar augsto sāls koncentrāciju, okeāns un jūras ūdens sasalst temperatūrā -1,9 grādi pēc Celsija.
2. Ūdens sasalšanas temperatūra jūrās un okeānos nav nemainīga, jo ūdens sāļums dažādās okeānu jūrās ir pilnīgi atšķirīgs.
3. Kā okeāna ūdens sasalšanas punkts ir atkarīgs no tā sāļuma? Starp šīm vērtībām pastāv tieša saikne. Jo vairāk sāļš ūdens, jo lielāks ir tā blīvums, un, lai šādu ūdeni iesaldētu, ir nepieciešama pietiekami zema temperatūra.
4. Vidējā temperatūra jūrās un okeānos ir -4 grādi.

Atsevišķu jūru iesaldēšanas punkts

Cik grādu ūdens iesaldē:

• Kaspijas jūra? Kaspijas jūras ūdeņu sāļums ir aptuveni 13 ppm. To sasalšana notiek -0,5 grādi pēc Celsija. Kaspijas jūras ziemeļu daļas ledus seguma biezums ir aptuveni divi metri.
• Azovas jūra? Sālsūdens sasalst temperatūrā no -0,5 līdz -0,7 grādiem pēc Celsija. Sāļums ir aptuveni 11 ppm. Jūras biezums, kas aptver jūru no decembra līdz martam, ir viens metrs.
• Japānas jūra? Kāpēc šī jūras sālsūdens nav iesaldēts? Tas ir saistīts ar augsto (apmēram 34 ppm) sāļuma līmeni un jūras ģeogrāfisko stāvokli.
• Baltijas jūra? Tikai 6–8 ppm sāļums jūras ūdens sasalšanas temperatūra Baltijas jūrā ir tuvu nullei.

Express atbildes

Cik grādu ūdens iesaldē:

1. Apkures caurulēs? Apkures slēgšanas vai apkures katla bojājuma gadījumā privātmājā vai lauku mājā, ūdens var iesaldēties aptuveni pāris dienu laikā -5 grādu temperatūrā. Lai aizkavētu šāda iznākuma sākumu, tiks veicināta cauruļu un citu ēkas elementu siltināšana. Mājokļa iekšpusē ūdens sasalšana caurulēs sākas ar -1 grādiem. Ja šīs temperatūras ilgums ir 2-3 dienas, tas var beigties ar caurspīdīgām caurulēm un apkures baterijām.
2. Zem zemes? Gruntsūdeņi var būt šķidri, cieti un tvaiki. Ūdens cietā fāze augsnē ir ledus, kas var būt gan ilgstošs (permafrostā), gan sezonāls. Augsnes ūdeņu iesaldēšana notiek zem nulles temperatūras, jo visi tie nav tīri ūdens, bet visi tā risinājumi. Sasalšanas temperatūras vērtība lielā mērā ir atkarīga no gruntsūdens sāļuma.
3. Par lidojumu? Jakutijas iedzīvotājiem ir vienkāršs veids, kā noteikt gaisa temperatūru: tas ir zemāks par -42 grādiem, ja cilvēka izdalītajam traipam ir laiks iesaldēt pirms zemes sasniegšanas.
4. Vai vakuumā? Caurules saturs, novietots zem vakuuma sūkņa zvana, 0 ° C temperatūrā vārās, un pēc tam, kad iztvaicē astoņu daļu no šķidrajām ledus garozām, uz tās uzliek virsmu.
5. Automašīnas dzinējā? Maksimālā ūdens sasalšanas temperatūra dzinējā var sasniegt -5 grādus: pie zemākām vērtībām ledus kristāli vienkārši izjauc motora bloka iekšējo struktūru. Tieši tas pats ir ūdens sasalšanas punkts radiatorā. Līdzīgas problēmas automašīnā var rasties, ja iepriekšminēto vienību izolācija ir nepietiekama, kā arī pārāk garas stāvvietas dēļ.
6. Slidotavā? Atkarībā no tā, kādas sacensības notiks ledus arēnā, ledus virsmas temperatūra var būt no -3 līdz -5 grādiem. Ledus ar augstāku (no -3 līdz -4) virsmas temperatūru ir piemērota daiļslidošanai, jo tā maigums nodrošina nepieciešamo saķeri ar slidas. Vairāk cietā ledus, kas piemērots komandas hokejam, iegūst -5 grādu temperatūrā. Uz "aukstā" ledus spēlētāju ātrums palielinās, un samazinās iespēja veidot sniega "putras" uz tās virsmas. Ledus kvalitāte galvenokārt ir atkarīga no ūdens ķīmiskā sastāva, lai to piepildītu, lietotu ne parastais šķidrums no krāna, bet gan attīrīts vai apstrādāts ūdens ar īpašiem kondicionieriem.