A que temperatura a água congelar

A que temperatura a água congela? Parece - a questão mais simples, que até uma criança pode responder: o ponto de congelamento da água a uma pressão atmosférica normal de 760 mm Hg é de zero graus Celsius.

No entanto, a água (apesar da extremamente difundida no planeta) é a mais misteriosa e não totalmente estudada substância, então a resposta a esta pergunta requer uma completa e fundamentada conversa.

• Na Rússia e na Europa, a temperatura é medida em uma escala Celsius, cujo valor mais alto é de 100 graus.
• O cientista americano Fahrenheit desenvolveu sua escala, que tem 180 divisões.
• Há outra unidade de medição de temperatura, Kelvin, em homenagem ao físico inglês Thomson, que recebeu o título de Lorde Kelvin.

Estados e tipos de água

A água no planeta Terra pode levar três estados básicos de agregação: líquido, sólido e gasoso, que pode se transformar em diferentes formas que coexistem simultaneamente umas com as outras (icebergs na água do mar, vapor de água e cristais de gelo nas nuvens do céu, geleiras e fluxo livre rios).

Dependendo da origem, finalidade e composição da água pode ser:

• fresco;
• mineral;
• marinho;
• beber (aqui vamos levar água da torneira);
• chuva;
• descongelado;
• salobra;
• estruturado;
• destilado;
• desionizada.

A presença de isótopos de hidrogênio faz com que a água:

1. fácil
2. pesado (deutério);
3. super pesado (trítio).

Nós todos sabemos que a água é macia e dura: este indicador é determinado pelo conteúdo de cátions de magnésio e cálcio.

Cada um dos tipos e estados agregativos de água que listamos tem seu próprio ponto de congelamento e fusão.

Ponto de congelamento da água

Por que a água congela? A água pura contém sempre algumas partículas suspensas de origem mineral ou orgânica. Podem ser as menores partículas de argila, areia ou poeira doméstica.

Quando a temperatura ambiente cai para certos valores, essas partículas assumem o papel de centros em torno dos quais cristais de gelo começam a se formar.

Bolhas de ar também podem se tornar núcleos de cristalização, bem como rachaduras e danos às paredes do vaso contendo água. A velocidade do processo de cristalização da água é largamente determinada pelo número desses centros: quanto mais deles, mais rapidamente o líquido congela.

Por que a água quente congela mais rápido que o frio?

A água quente congela mais rápido que o frio - Erasto Mpemba, um estudante de Tanganica, percebeu esse fenômeno. Seus experimentos com a massa para fazer sorvetes mostraram que a velocidade de congelamento da massa aquecida é muito maior que a fria.

Uma das razões para este interessante fenômeno, chamado de “paradoxo de Mpemba”, é a maior transferência de calor de um líquido quente, bem como a presença de um maior número de núcleos de cristalização em comparação com água fria.

O ponto de congelamento da água está interligado com a altitude?

Quando a pressão muda, muitas vezes associada a alturas diferentes, o ponto de congelamento da água começa a diferir radicalmente do padrão, típico das condições normais. A cristalização da água a uma altura ocorre com os seguintes valores de temperatura:

• Paradoxalmente, a uma altitude de 1000 m, a água congela a 2 graus Celsius;
• a uma altitude de 2000 metros, isso já acontece em 4 graus de calor.

A temperatura mais alta de congelamento de água nas montanhas é observada a uma altitude de mais de 5.000 mil metros (por exemplo, nas Fan Mountains ou nos Pamirs).

Como a pressão afeta a cristalização da água?

Vamos tentar ligar a dinâmica da mudança no ponto de congelamento da água com uma mudança na pressão.

• Com uma pressão de 2 atm, a água congelará a uma temperatura de -2 graus.
• Com uma pressão de 3 atm, o início do congelamento da água será de uma temperatura de -4 graus Celsius.

É por isso que nas condições de altas montanhas e atmosfera rarefeita é muito difícil ferver até ovos, desde que a água na panela ferve já em 80 graus. É claro que em tal temperatura é simplesmente impossível cozinhar a comida.

Com alta pressão, o processo de derretimento do gelo sob as lâminas dos patins ocorre mesmo em temperaturas muito baixas, mas é graças a ele que os patins deslizam na superfície do gelo.

Da mesma forma, o congelamento de corredores de trenós fortemente carregados nas histórias de Jack London é explicado. Trenós pesados ​​que pressionam a neve fazem com que ela derreta. A água resultante facilita o seu deslizamento. Mas vale a pena parar os narts e permanecer por um longo tempo em um lugar, já que a água deslocada, congelada, congelará os corredores para a estrada.

A temperatura de cristalização de soluções aquosas

Sendo um excelente solvente, a água reage facilmente com várias substâncias orgânicas e inorgânicas, formando uma massa de compostos químicos por vezes inesperados. Claro, cada um deles irá congelar a diferentes temperaturas. Reflita isso em uma lista visual.

• O ponto de congelamento de uma mistura de álcool e água depende da proporção percentual de ambos os componentes. Quanto mais água for adicionada à solução, mais próxima de zero será a temperatura de congelamento. Se mais álcool estiver na solução, o processo de cristalização começará com valores próximos a -114 graus.

  É importante saber que as soluções de água-álcool não têm uma temperatura fixa de congelamento. Geralmente eles dizem sobre a temperatura do início do processo de cristalização e a temperatura da transição final para o estado sólido.

  Entre o início da formação dos primeiros cristais e a solidificação completa da solução alcoólica existe um intervalo de temperatura de 7 graus. Assim, o ponto de congelação da água com uma concentração de álcool de 40% na fase inicial é de -22,5 graus e a transição final da solução para a fase sólida ocorrerá a -29,5 graus.

Para medir a salinidade da água, use uma unidade especial - "ppm". Assim, descobrimos que o ponto de congelamento da água diminui com o aumento da concentração de sal. Vamos explicar isso com um exemplo:

O nível de salinidade da água do oceano é de 35 ppm, enquanto o valor médio do seu congelamento é de 1,9 graus. O grau de salinidade das águas do Mar Negro é de 18-20 ppm, então eles congelam a uma temperatura mais alta, com uma faixa de -0,9 a -1,1 graus Celsius.

• O ponto de congelamento da água com açúcar (para uma solução cuja molalidade é 0,8) é de -1,6 graus.
• O ponto de congelamento da água com impurezas depende em grande parte de sua quantidade e da natureza das impurezas que compõem a solução aquosa.
• O ponto de congelamento da água com glicerina depende da concentração da solução. Uma solução contendo 80 ml de glicerina congelará a -20 graus, enquanto reduz o conteúdo de glicerol para 60 ml do processo de cristalização começará em -34 graus, e no início do congelamento da solução a 20% - menos cinco graus Como você pode ver, não há relação linear neste caso. Para congelar uma solução a 10% de glicerina, uma temperatura de -2 graus será suficiente.
• O ponto de congelamento da água com soda (implicando um álcali cáustico ou soda cáustica) é uma imagem mais misteriosa: a solução cáustica de 44% congela a +7 graus Celsius, e 80% - a + 130.

Congelamento de água doce

O processo de formação de gelo em corpos de água doce ocorre em uma temperatura ligeiramente diferente.

• O ponto de congelamento da água no lago, assim como o ponto de congelamento da água no rio, é de zero graus Celsius. O congelamento dos rios e riachos mais limpos não começa a partir da superfície, mas a partir do fundo, onde os núcleos de cristalização estão presentes na forma de partículas de lodo de fundo. No início, as senhas e as plantas aquáticas ficam cobertas por uma crosta de gelo. Assim que o gelo do fundo sobe para a superfície, o rio imediatamente congela.
• A água congelada no Baikal pode às vezes ser resfriada a temperaturas negativas. Isso acontece apenas em águas rasas; a temperatura da água pode estar no milésimo e, às vezes, centésimos de um grau abaixo de zero.
• A temperatura da água de Baikal debaixo da crosta da cobertura de gelo, por via de regra, não excede +0.2 graus. Nas camadas inferiores, gradualmente sobe para +3,2 na parte inferior da bacia mais profunda.

Ponto de congelamento de água destilada

A água destilada congela? Lembre-se que para o congelamento da água é necessária a presença de alguns centros de cristalização, com pode haver bolhas de ar, partículas suspensas e danos nas paredes do tanque em que está localizado.

A água sujeita a temperaturas muito baixas, mas não cristalizada, é chamada de “super-resfriada”. Você pode colocar uma garrafa de água destilada no freezer, obter hipotermia e depois demonstrar um truque muito eficaz - veja o vídeo:

Ao tocar na garrafa extraída da geladeira ou jogar um pequeno pedaço de gelo nela, você pode mostrar como ela se transforma instantaneamente em gelo, com a aparência de cristais alongados.

Água destilada: esta substância purificada congela ou não sob pressão? Tal processo só é possível em condições laboratoriais especialmente criadas.

Ponto de congelamento da água salgada

1. A água salgada congela? Devido à alta concentração de sal, a água do mar e do mar congela a uma temperatura de -1,9 graus Celsius.
2. A temperatura de congelamento da água nos mares e oceanos não tem um valor constante, uma vez que a salinidade da água em diferentes mares dos oceanos é completamente diferente.
3. Como o ponto de congelamento da água do oceano depende de sua salinidade? Existe uma conexão direta entre esses valores. Quanto mais salgada a água é, maior é a sua densidade e se é necessária uma temperatura suficientemente baixa para congelar essa água.
4. A temperatura média nos mares e oceanos é de -4 graus.

Ponto de congelação de mares individuais

Com quantos graus a água congela:

• O Mar Cáspio? A salinidade das águas do mar Cáspio é de cerca de 13 ppm. Seu congelamento ocorre a -0,5 graus Celsius. A espessura da cobertura de gelo da parte norte do mar Cáspio é de cerca de dois metros.
• Mar de Azov? Sua água salgada congela a uma temperatura de -0,5 a -0,7 graus Celsius. A salinidade é de cerca de 11 ppm. A espessura do gelo que cobre o mar de dezembro a março é de um metro.
• Mar do Japão? Por que a água salgada deste mar não congela? Isto deve-se ao nível elevado (cerca de 34 ppm) da sua salinidade e à posição geográfica do mar.
• O Mar Báltico? Com uma salinidade de apenas 6-8 ppm, a temperatura de congelamento da água do mar no Báltico é próxima de zero.

Respostas Expressas

Com quantos graus a água congela:

1. Nos canos de aquecimento? No caso de um desligamento por aquecimento ou avaria de uma caldeira de aquecimento em uma casa particular ou casa de campo, a água pode congelar em cerca de dois dias a uma temperatura de -5 graus. Atrasar o início de tal resultado ajudará o isolamento térmico de tubulações e outros elementos do edifício. Dentro da habitação, a água que congela nos tubos começa em -1 graus. Se esta temperatura dura 2-3 dias, pode acabar quebrando tubos e baterias de aquecimento.
2. Embaixo do chão? A água subterrânea pode ser líquida, sólida e vapor. A fase sólida da água no solo é o gelo, que pode ser tanto a longo prazo (em condições de permafrost) e sazonal. O congelamento das águas do solo ocorre em temperaturas abaixo de zero, já que todas elas não são água pura, mas todo tipo de solução. O valor da temperatura de congelamento depende muito da salinidade das águas subterrâneas.
3. Na mosca? Os habitantes de Yakutia têm uma maneira simples de determinar a temperatura do ar: está abaixo de -42 graus, se a saliva liberada por um homem tiver tempo de congelar antes de chegar ao solo.
4. No vácuo? O conteúdo do tubo, colocado sob o sino da bomba de vácuo a uma temperatura de 0 graus, primeiro ferve, e após a evaporação da oitava parte da crosta líquida de gelo se forma superfície.
5. No motor do carro? A temperatura máxima de congelamento da água no motor pode atingir -5 graus: em valores mais baixos, os cristais de gelo simplesmente quebram a estrutura interna do bloco do motor. O mesmo é o ponto de congelamento da água no radiador. Problemas semelhantes no carro podem ocorrer se houver isolamento insuficiente das unidades acima, bem como devido ao estacionamento muito longo.
6. Na pista? Dependendo de quais competições devem ser realizadas na arena de gelo, a temperatura da superfície do gelo pode ser de -3 a -5 graus. O gelo com uma temperatura de superfície mais alta (de -3 a -4) é adequado para patinação artística, já que é sua maciez que permite a força necessária de adesão com os patins. Mais gelo duro, adequado para hóquei em equipe, é obtido a uma temperatura de -5 graus. No gelo "frio", a velocidade dos jogadores aumenta e a possibilidade da formação de "papa de aveia" de neve na sua superfície diminui. A qualidade do gelo depende principalmente da composição química da água, portanto, para preenchê-lo, use líquido não ordinário da torneira, mas água purificada ou tratada com condicionadores especiais.