La ce temperatură îngheață apa

La ce temperatură îngheață apa? Se pare - cea mai simplă întrebare, pe care chiar și un copil o poate răspunde: punctul de îngheț al apei la o presiune atmosferică normală de 760 mm Hg este zero grade Celsius.

Cu toate acestea, apa (în ciuda faptului că este extrem de răspândită pe planetă) este cea mai misterioasă și nu a studiat complet substanța, deci răspunsul la această întrebare necesită o analiză aprofundată și motivată conversație.

• În Rusia și în Europa, temperatura este măsurată pe o scară Celsius, cea mai mare valoare fiind de 100 de grade.
• Omul de știință american Fahrenheit și-a dezvoltat scara, care are 180 divizii.
• Există o altă unitate de măsurare a temperaturii, Kelvin, numită după fizicianul englez Thomson, care a primit titlul de Lord Kelvin.

Statele și tipurile de apă

Apa de pe planeta Pamant poate avea trei stari de baza de agregare: lichide, solide si gazoase, care se pot transforma in diferite forme care simultan coexistă unul cu celălalt (aisberguri în apă de mare, vapori de apă și cristale de gheață în norii de pe cer, ghețari și curgere liberă River).

În funcție de origine, scopul și compoziția apei pot fi:

• proaspete;
• minerale;
• marin;
• bea (aici vom purta apa de la robinet);
• ploaie;
• decongelate;
• salmastră;
• structurate;
• distilat;
• deionizată.

Prezența izotopilor de hidrogen face ca apa:

1. ușor;
2. greu (deuteriu);
3. super-greu (tritiu).

Știm cu toții că apa este moale și tare: acest indicator este determinat de conținutul de cationi de magneziu și de calciu.

Fiecare dintre tipurile și stările agregative de apă pe care le-am enumerat are propriul punct de congelare și topire.

Punctul de îngheț al apei

De ce îngheață apa? Apa curată conține întotdeauna câteva particule suspendate de origine minerală sau organică. Poate fi cele mai mici particule de lut, nisip sau praf de casă.

Atunci când temperatura ambiantă scade la anumite valori, aceste particule ocupă rolul de centre în jurul cărora se formează cristalele de gheață.

Bulele de aer pot deveni, de asemenea, nuclee de cristalizare, precum și fisuri și deteriorări ale pereților vasului care conțin apă. Viteza procesului de cristalizare a apei este în mare măsură determinată de numărul acestor centre: cu cât mai mult, cu atât mai rapid se îngheață lichidul.

De ce apa caldă îngheață mai repede decât frigul?

Apa caldă îngheață mai repede decât frigul - Erasto Mpemba, un școlar din Tanganyika, a observat acest fenomen. Experimentele sale cu masa pentru fabricarea de inghetata au aratat ca viteza de inghetare a maselor incalzite este mult mai mare decat cea rece.

Unul dintre motivele acestui fenomen interesant, numit "paradoxul Mpemba", este cel mai înalt transferul de căldură al unui lichid fierbinte, precum și prezența unui număr mai mare de nuclee de cristalizare în comparație cu acesta apă rece.

Punctul de îngheț al apei este interconectat cu altitudinea?

Atunci când presiunea se schimbă, adesea asociată cu a fi la diferite înălțimi, punctul de îngheț al apei începe să difere radical față de standardul tipic condițiilor normale. Cristalizarea apei la o înălțime are loc la următoarele valori de temperatură:

• Paradoxal, la o altitudine de 1000 m, apa îngheață la 2 grade Celsius;
• la o altitudine de 2000 de metri, acest lucru se întâmplă deja la 4 grade de căldură.

Cea mai ridicată temperatură de înghețare a apei în munți este observată la o altitudine de peste 5.000 mii de metri (de exemplu, în Munții Fan sau în Pamirs).

Cum influențează presiunea cristalizarea apei?

Să încercăm să legăm dinamica schimbării în punctul de îngheț al apei cu o schimbare a presiunii.

• La o presiune de 2 atm, apa se va îngheța la o temperatură de -2 grade.
• Cu o presiune de 3 atm, debutul înghețării apei va fi o temperatură de -4 grade Celsius.

De aceea, în condițiile munților înalți și în atmosfera rară, este foarte dificil să fierbeți și ouă, deoarece apa din vas se fierbe deja la 80 de grade. Este clar că la o asemenea temperatură este pur și simplu imposibil să gătești alimente.

Cu presiune ridicată, procesul de topire a gheții sub lamele patinoarului are loc chiar și la temperaturi foarte scăzute, dar datorită lui, patinele se aliniază pe suprafața gheții.

În mod similar, se explică înghețarea alergătorilor de sanie greu încărcate în povestile lui Jack London. Sinele grele care exercită presiune asupra zăpezii îl fac să se topească. Apa rezultată facilitează alunecarea acestora. Dar merită să opriți narturile și să rămâneți mult timp într-un singur loc, deoarece apa deplasată, înghețată, va îngheța alergătorii de drum.

Temperatura de cristalizare a soluțiilor apoase

Fiind un solvent excelent, apa reacționează ușor cu diferite substanțe organice și anorganice, formând o masă de compuși chimici uneori neașteptate. Desigur, fiecare dintre ele va îngheța la temperaturi diferite. Reflectați acest lucru într-o listă vizuală.

• Punctul de îngheț al unui amestec de alcool și apă depinde de raportul procentual al ambelor componente din acesta. Cu cât mai multă apă este adăugată la soluție, cu atât mai aproape de zero este temperatura de îngheț. În cazul în care mai mult alcool este în soluție, procesul de cristalizare va începe la valori apropiate de -114 grade.

  Este important să știți că soluțiile apă-alcool nu au o temperatură de congelare fixă. De obicei, ei spun despre temperatura de la începutul procesului de cristalizare și temperatura trecerii finale la starea solidă.

  Între începutul formării primelor cristale și solidificarea completă a soluției de alcool se află un interval de temperatură de 7 grade. Astfel, punctul de îngheț al apei cu alcool de concentrație de 40% în stadiul inițial este de -22,5 grade, iar tranziția finală a soluției în faza solidă va avea loc la -29,5 grade.

Pentru a măsura salinitatea apei utilizați o unitate specială - "ppm". Deci, am constatat că punctul de îngheț al apei scade odată cu creșterea concentrației de sare. Să explicăm acest lucru cu un exemplu:

Nivelul de salinitate al apei oceanice este de 35 ppm, în timp ce valoarea medie a înghețului este de 1,9 grade. Gradul de salinitate al apei Mării Negre este de 18-20 ppm, deci se îngheață la o temperatură mai ridicată, cu un interval cuprins între -0,9 și -1,1 grade Celsius.

• Punctul de îngheț al apei cu zahăr (pentru o soluție a cărui molalitate este de 0,8) este -1,6 grade.
• Punctul de îngheț al apei cu impurități depinde în mare măsură de cantitatea și natura impurităților care compun soluția apoasă.
• Punctul de îngheț al apei cu glicerină depinde de concentrația soluției. O soluție care conține 80 ml de glicerină va îngheța la -20 ° C, în timp ce reduce conținutul de glicerol la 60 ° C ml din procesul de cristalizare va începe la -34 grade, iar începutul înghețării soluției de 20% - minus cinci grade. După cum puteți vedea, în acest caz nu există o relație liniară. Pentru înghețarea unei soluții de glicerină de 10%, este suficientă o temperatură de -2 grade.
• Punctul de îngheț al apei cu sifon (care implică o soluție alcalină caustică sau soda caustică) este o imagine mai misterioasă: soluția caustică de 44% îngheață la +7 grade Celsius și 80% - la + 130.

Congelarea apelor dulci

Procesul de formare a gheții în corpurile de apă dulce de apă are loc într-o temperatură ușor diferită.

• Punctul de îngheț al apei din lac, la fel ca punctul de îngheț al apei din râu, este zero grade Celsius. Înghețarea râurilor și a curenților mai curățiți nu pornește de la suprafață, ci din fund, unde nucleele de cristalizare sunt prezente sub formă de particule de nămol de fund. La început, pungile și plantele acvatice sunt acoperite cu o crustă de gheață. De îndată ce gheața de jos se ridică la suprafață, râul se îngheață instantaneu.
• Apa înghețată de la Baikal poate fi uneori răcită la temperaturi negative. Acest lucru se întâmplă numai în apa puțin adâncă; temperatura apei poate fi în miezime și uneori în sute de grade sub zero.
• Temperatura apei Baikal sub coaja acoperit de gheață, de regulă, nu depășește +0,2 grade. În straturile inferioare, crește treptat până la +3,2 în partea inferioară a bazinului cel mai adânc.

Punctul de congelare a apei distilate

Congela apa distilată? Amintiți-vă că pentru înghețarea apei este necesară prezența în ea a unor centre de cristalizare, cu pot exista bule de aer, particule suspendate și deteriorarea pereților rezervorului în care se află este situat.

Apa supusă temperaturilor foarte scăzute, dar care nu este cristalizată, se numește "supracoate". Puteți să puneți o sticlă de apă distilată în congelator, să o primiți hipotermie și apoi să demonstrați un truc foarte eficient - vedeți videoclipul:

Prin atingerea sticlei extrase din frigider sau prin aruncarea unei bucăți mici de gheață în ea, puteți arăta cât de rapid se transformă în gheață, având aspectul de cristale alungite.

Apă distilată: această substanță purificată îngheață sau nu sub presiune? Un astfel de proces este posibil numai în condiții de laborator special create.

Punctul de înghețare a apei din sare

1. Are apă sărată înghețată? Datorită concentrației ridicate de sare, apa oceanică și de mare îngheață la o temperatură de -1,9 grade Celsius.
2. Temperatura înghețării apei în mări și oceane nu are o valoare constantă, deoarece salinitatea apei din diferitele mări ale oceanelor este complet diferită.
3. Cum depinde punctul de îngheț al apei de ocean de salinitatea sa? Există o legătură directă între aceste valori. Cu cât apa este mai sărată, cu atât densitatea este mai mare și este necesară o temperatură suficient de scăzută pentru a îngheța o astfel de apă.
4. Temperatura medie în mări și oceane este de -4 grade.

Punctul de îngheț al mărilor individuale

Cu câte grade se îngheață apa:

• Marea Caspică? Salinitatea apelor caspice este de aproximativ 13 ppm. Înghețarea lor are loc la -0,5 grade Celsius. Grosimea stratului de gheață din partea de nord a Mării Caspice este de aproximativ doi metri.
• Marea Azov? Apa sa sare îngheață la o temperatură de -0,5 până la -0,7 grade Celsius. Salinitatea este de aproximativ 11 ppm. Grosimea gheții care acoperă marea din decembrie până în martie este de un metru.
• Marea Japoniei? De ce apa înghețată din această mare nu îngheață? Acest lucru se datorează nivelului ridicat (aproximativ 34 ppm) al salinității sale și al poziției geografice a mării.
• Marea Baltică? Cu o salinitate de numai 6-8 ppm, temperatura de îngheț a apei din Marea Baltică este aproape de zero.

Raspunsuri rapide

Cu câte grade se îngheață apa:

1. În conductele de încălzire? În cazul întreruperii încălzirii sau defectării unui cazan de încălzire într-o casă privată sau în casă, apa poate îngheța în ele în aproximativ două zile la o temperatură de -5 grade. A amâna debutul unui astfel de rezultat va ajuta la izolarea termică a țevilor și a altor elemente ale clădirii. În interiorul locuinței, înghețarea apei în țevi începe cu -1 grade. Dacă această temperatură durează 2-3 zile, este posibil să se sfârșească ruperea țevilor și încălzirea bateriilor.
2. Sub pământ? Apele subterane pot fi lichide, solide și vapori. Faza solidă a apei din sol este gheața, care poate fi atât pe termen lung (în condiții de permafrost), cât și sezonieră. Înghețarea apei din sol are loc la temperaturi sub zero, deoarece toate acestea nu sunt apă pură, ci tot felul de soluții. Valoarea temperaturii de congelare depinde în mare măsură de salinitatea apelor subterane.
3. În zbor? Locuitorii din Yakutia au o modalitate simplă de a determina temperatura aerului: este sub -42 grade, dacă spitolul eliberat de un bărbat are timp să înghețe înainte de a ajunge la sol.
4. Într-un vid? Conținutul tubului, plasat sub clopotul pompei de vid la o temperatură de 0 grade, mai întâi fierbe și după evaporarea celei de-a opta părți a formelor de cruste de gheață lichide pe ea de suprafață.
5. În motorul mașinii? Temperatura maximă de înghețare a apei în motor poate ajunge la -5 grade: la valori mai scăzute, cristalele de gheață vor sparge pur și simplu structura internă a blocului motor. Același lucru este punctul de îngheț al apei din radiator. Probleme similare în mașină pot apărea dacă izolația insuficientă a unităților de mai sus, precum și parcarea prea lungă sunt insuficiente.
6. La patinoar? În funcție de concursurile care se presupune a fi organizate pe arena de gheață, temperatura suprafeței gheții poate fi de la -3 la -5 grade. Gheața cu o temperatură superioară a temperaturii (de la -3 la -4) este potrivită pentru patinajul figura, deoarece este moale care permite rezistența necesară aderenței cu patinele. Mai mult gheață grea, potrivită pentru hochei de echipă, se obține la o temperatură de -5 grade. Pe gheața "rece", viteza jucătorilor crește, iar posibilitatea de formare a "terciului de zăpadă" pe suprafața sa scade. Calitatea gheții depinde în primul rând de compoziția chimică a apei, prin urmare, să o umpleți, să o utilizați nu lichid obișnuit din robinet, ci fie apă purificată sau tratată cu balsamuri speciale.