Pri akej teplote zamrzne voda

Pri akej teplote zamrzne voda? Zdalo by sa - najjednoduchšia otázka, na ktorú môže odpovedať aj dieťa: bod mrazu vody pri normálnom atmosférickom tlaku 760 mm Hg je nula stupňov Celzia.

Avšak voda (aj napriek extrémne rozšírenej na planéte) je najzáhadnejšia a najznámejšia nie je plne študovaná látka, takže odpoveď na túto otázku vyžaduje dôkladné a odôvodnené konverzácie.

• V Rusku av Európe sa meria teplota v stupňoch Celzia, ktorej najvyššia hodnota je 100 stupňov.
• Americký vedec Fahrenheit vyvinul svoju škálu, ktorá má 180 divízií.
• Existuje ďalšia jednotka merania teploty, Kelvin, pomenovaná po anglickom fyzikovi Thomsonovi, ktorý získal titul Lorda Kelvina.

A typy vôd

Voda na planéte Zem môže mať tri základné stavy agregácie: kvapalné, pevné a plynné, ktoré sa môžu premeniť na iné formy, ktoré súbežne spolu existujú (ľadovce v morskej vode, vodné pary a ľadové kryštály v oblakoch na oblohe, ľadovce a voľne tečúce River).

V závislosti od pôvodu, účelu a zloženia vody môže byť:

• čerstvé;
• minerálne;
• morské;
• pitie (tu budeme mať vodovodnú vodu);
• dážď;
• rozmrazené;
• brakické;
• štruktúrovaná;
• destiluje;
• deionizovaná.

Prítomnosť izotopov vodíka vytvára vodu:

1. jednoduchá;
2. ťažké (deutérium);
3. super ťažké (trícium).

Všetci vieme, že voda je mäkká a tvrdá: tento indikátor je určený obsahom katiónov horčíka a vápnika.

Každý z typov a agregovaných stavov vody, ktoré sme uviedli, má svoj vlastný bod mrazu a teploty topenia.

Bod mrazu vody

Prečo zamrzne voda? Obyčajná voda vždy obsahuje niektoré suspendované častice minerálneho alebo organického pôvodu. Môžu to byť najmenšie častice ílu, piesku alebo domáceho prachu.

Keď teplota okolia klesne na určité hodnoty, tieto častice preberajú úlohu centier, okolo ktorých sa začnú tvoriť kryštály ľadu.

Vzduchové bubliny sa môžu tiež stať jadrami kryštalizácie, ako aj trhlinami a poškodením stien nádoby obsahujúcej vodu. Rýchlosť procesu kryštalizácie vody je do značnej miery určená počtom týchto centier: čím viac z nich, tým rýchlejšie kvapalina zamrzne.

Prečo zamrzne teplá voda rýchlejšie ako zima?

Horúca voda mrzne rýchlejšie ako studená - Erasto Mpemba, školák z Tanganyiky, si všimol tento jav. Jeho experimenty s hmotou na výrobu zmrzliny ukázali, že rýchlosť zamrznutia ohrievanej hmoty je oveľa vyššia ako rýchlosť chladenia.

Jedným z dôvodov tohto zaujímavého fenoménu, nazývaného „Mpemba paradox“, je vyšší prenos tepla horúcej kvapaliny, ako aj prítomnosť väčšieho počtu kryštalizačných jadier v porovnaní s studenej vody.

Je bod mrazu vody prepojený s nadmorskou výškou?

Keď sa tlak mení, často spojený s bytím v rôznych výškach, bod mrazu vody sa začne radikálne líšiť od štandardu, ktorý je typický pre normálne podmienky. Kryštalizácia vody vo výške nastáva pri nasledujúcich teplotných hodnotách:

• Paradoxne, v nadmorskej výške 1000 m, voda zamrzne pri 2 ° C;
• v nadmorskej výške 2000 metrov sa to deje už pri 4 stupňoch tepla.

Najvyššia teplota zamŕzania vody v horách je pozorovaná v nadmorskej výške viac ako 5 000 tisíc metrov (napríklad v horách Fan alebo Pamirs).

Ako tlak ovplyvňuje kryštalizáciu vody?

Pokúsme sa spojiť dynamiku zmeny bodu mrazu vody so zmenou tlaku.

• Pri tlaku 2 atm sa voda zmrazí pri teplote -2 ° C.
• S tlakom 3 atm bude nástup zamrznutia vody teplota -4 ° C.

Preto je v podmienkach vysokých hôr a zriedkavej atmosféry veľmi ťažké variť aj vajcia, pretože voda v hrnci sa varí už pri 80 stupňoch. Je jasné, že pri takej teplote je jednoducho nemožné variť jedlo.

Pri vysokom tlaku sa proces roztápania ľadu pod lopatkami korčúľ vyskytuje aj pri veľmi nízkych teplotách, ale vďaka nemu sa korčule posúvajú po povrchu ľadu.

Podobne je vysvetlené zmrazenie bežcov silne zaťažených saní v príbehoch Jacka Londýna. Ťažké sane, ktoré vyvíjajú tlak na sneh, spôsobujú roztavenie. Výsledná voda uľahčuje ich kĺzanie. Ale stojí za to zastaviť šípky a zostať dlhú dobu na jednom mieste, pretože vysídlená voda, ktorá zmrzne, zmrazí bežcov na cestu.

Teplota kryštalizácie vodných roztokov

Voda je vynikajúcim rozpúšťadlom a ľahko reaguje s rôznymi organickými a anorganickými látkami, čím vytvára masu niekedy neočakávaných chemických zlúčenín. Samozrejme, každý z nich zmrazí pri rôznych teplotách. Odrážajte to vo vizuálnom zozname.

• Bod tuhnutia zmesi alkoholu a vody závisí od percentuálneho pomeru oboch zložiek v ňom. Čím viac vody sa pridáva do roztoku, tým bližšie k nule je teplota mrazu. Ak je v roztoku viac alkoholu, proces kryštalizácie začne pri hodnotách blízkych -114 stupňom.

  Je dôležité vedieť, že roztoky voda-alkohol nemajú fixnú teplotu tuhnutia. Obvykle hovoria o teplote začiatku procesu kryštalizácie a teplote konečného prechodu do tuhého stavu.

  Medzi začiatkom tvorby prvých kryštálov a úplným stuhnutím alkoholového roztoku leží teplotný interval 7 stupňov. Bod tuhnutia vody s koncentráciou alkoholu 40% v počiatočnom štádiu je -22,5 stupňa a konečný prechod roztoku do tuhej fázy sa uskutoční pri teplote -29,5 ° C.

Na meranie slanosti vody použite špeciálnu jednotku - "ppm". Zistili sme, že bod mrazu vody klesá so zvyšujúcou sa koncentráciou soli. Vysvetlite to príkladom:

Úroveň slanosti morskej vody je 35 ppm, zatiaľ čo priemerná hodnota jej zmrazenia je 1,9 stupňa. Stupeň slanosti vôd Čierneho mora je 18-20 ppm, takže pri vyššej teplote sa zmrazia v rozsahu od -0,9 do -1,1 stupňov Celzia.

• Bod tuhnutia vody s cukrom (pre roztok, ktorého molalita je 0,8) je -1,6 stupňa.
• Teplota tuhnutia vody s nečistotami závisí do značnej miery od ich množstva a povahy nečistôt, ktoré tvoria vodný roztok.
• Teplota tuhnutia vody s glycerínom závisí od koncentrácie roztoku. Roztok obsahujúci 80 ml glycerínu sa zmrazí pri teplote -20 ° C, pričom sa zníži obsah glycerolu na 60 ° C ml kryštalizačného procesu začne pri -34 stupňoch a začiatok zmrazenia 20% roztoku - mínus päť stupňa. Ako vidíte, v tomto prípade neexistuje lineárny vzťah. Na zmrazenie 10% roztoku glycerínu postačuje teplota -2 ° C.
• Bod tuhnutia vody so sódou (z čoho vyplýva hydroxid sodný alebo hydroxid sodný) je viac tajomný obraz: 44% roztok žieraviny zamrzne na +7 stupňov Celzia a 80% - na + 130.

Sladkovodné mrazenie

Proces tvorby ľadu v sladkovodných vodách sa vyskytuje v mierne odlišnej teplote.

• Bod mrazu vody v jazere, rovnako ako bod mrazu vody v rieke, je nula stupňov Celzia. Zmrazovanie najčistejších riek a potokov nezačína od povrchu, ale od dna, kde sú kryštalizačné jadrá prítomné vo forme častíc spodného kalu. Spočiatku sa záclonky a vodné rastliny prekryjú ľadovou kôrou. Akonáhle dolný ľad stúpa na povrch, rieka okamžite zamrzne.
• Zmrazená voda v Bajkalu môže byť niekedy ochladená na negatívne teploty. To sa deje len v plytkej vode; teplota vody môže byť v tisícinách a niekedy stotinách jedného stupňa pod nulou.
• Teplota vody Bajkal pod kôrou ľadového krytu spravidla nepresahuje +0,2 stupňov. V dolných vrstvách postupne stúpa na +3,2 na dne najhlbšej panvy.

Bod mrazu destilovanej vody

Zmrazuje destilovaná voda? Pripomeňme, že na zmrazenie vody vyžaduje prítomnosť niektorých kryštalizačných centier, s môžu tu byť vzduchové bubliny, suspendované častice a poškodenie stien nádrže, v ktorej sa nachádzajú sa nachádza.

Voda vystavená veľmi nízkym teplotám, ale nekryštalizovaná, sa nazýva „podchladená“. Do mrazničky môžete vložiť fľašu destilovanej vody, dostať ju do podchladenia a potom ukázať veľmi účinný trik - pozrite si video:

Poklepaním na fľašu vytiahnutú z chladničky alebo vrhnutím malého kúska ľadu do nej môžete ukázať, ako sa okamžite mení na ľad, ktorý má vzhľad podlhovastých kryštálov.

Destilovaná voda: zmrazuje táto čistená látka alebo nie je pod tlakom? Takýto proces je možný len v špeciálne vytvorených laboratórnych podmienkach.

Bod tuhnutia slanej vody

1. Zmrazuje soľná voda? Vzhľadom na vysokú koncentráciu soli zamrzne oceánska a morská voda pri teplote -1,9 stupňov Celzia.
2. Teplota zamrznutia vody v moriach a oceánoch nemá konštantnú hodnotu, pretože slanosť vody v rôznych moriach oceánov je úplne iná.
3. Ako závisí bod mrazu vody na oceáne od jej slanosti? Medzi týmito hodnotami existuje priame spojenie. Čím viac je slaná voda, tým vyššia je jej hustota a na zmrazenie takejto vody je potrebná dostatočne nízka teplota.
4. Priemerná teplota v moriach a oceánoch je -4 stupňov.

Bod mrazu jednotlivých morí

S koľkými stupňami zamrzne voda:

• Kaspické more? Slanosť kaspických vôd je približne 13 ppm. Ich zmrazenie nastáva pri -0,5 ° C. Hrúbka ľadovej pokrývky severnej časti Kaspického mora je asi dva metre.
• Azovské more? Jeho slaná voda mrzne pri teplote -0,5 až -0,7 ° C. Slanosť je asi 11 ppm. Hrúbka ľadu pokrývajúceho more od decembra do marca je jeden meter.
• Japonské more? Prečo slaná voda z tohto mora nezmrzne? Je to spôsobené vysokou (približne 34 ppm) úrovňou slanosti a geografickou polohou mora.
• Baltské more? So slanosťou iba 6–8 ppm sa teplota mrazenia morskej vody v Baltskom mori blíži nule.

Expresné odpovede

S koľkými stupňami zamrzne voda:

1. Vo vykurovacích potrubiach? V prípade vypnutia vykurovania alebo poruchy vykurovacieho kotla v súkromnom dome alebo vidieckom dome môže voda v nich v priebehu niekoľkých dní zamrznúť pri teplote -5 ° C. Oneskorenie nástupu takéhoto výsledku pomôže tepelnej izolácii potrubí a ďalších prvkov budovy. Vnútri obydlia začína zamrznutie vody v rúrach -1 °. Ak táto teplota trvá 2-3 dni, môže dôjsť k ukončeniu rozbitia rúr a vykurovacích batérií.
2. Pod zemou? Podzemná voda môže byť kvapalná, pevná a para. Pevná fáza vody v pôde je ľad, ktorý môže byť dlhodobý (v podmienkach permafrostu) aj sezónny. Zmrazovanie pôdnych vôd sa vyskytuje pri teplotách pod nulou, pretože všetky z nich nie sú čistou vodou, ale všetkými druhmi ich riešení. Hodnota teploty mrazenia závisí do značnej miery od slanosti podzemnej vody.
3. Za letu? Obyvatelia Jakutska majú jednoduchý spôsob, ako určiť teplotu vzduchu: je pod -42 stupňov, ak pľuvadlo uvoľnené človekom má čas zamrznúť pred dosiahnutím zeme.
4. Vo vákuu? Najprv obsah skúmavky umiestnený pod zvonček vákuovej pumpy pri teplote 0 stupňov varí a po odparení ôsmej časti tekutej ľadovej kôry vzniká na jej povrchu povrchom.
5. Vo vozidle? Maximálna teplota zamrznutia vody v motore môže dosiahnuť -5 stupňov: pri nižších hodnotách ľadové kryštály jednoducho rozbijú vnútornú štruktúru bloku motora. Rovnako je bod mrazu vody v chladiči. Podobné problémy vo vozidle sa môžu vyskytnúť v prípade nedostatočnej izolácie vyššie uvedených jednotiek, ako aj v dôsledku príliš dlhého parkovania.
6. Na klzisku? V závislosti od toho, aké súťaže sa majú konať v ľadovej aréne, môže byť teplota ľadovej plochy od -3 do -5 stupňov. Ľad s vyššou (od -3 do -4) povrchovej teploty je vhodný pre krasokorčuľovanie, pretože je to jeho mäkkosť, ktorá umožňuje potrebnú pevnosť priľnavosti k korčuliam. Tvrdší ľad, vhodný pre tímový hokej, sa získava pri teplote -5 stupňov. Na "studenom" ľade sa zvyšuje rýchlosť hráčov a znižuje sa možnosť tvorby snehovej kaše. Kvalita ľadu závisí predovšetkým od chemického zloženia vody, preto ju naplňte, použite nie obyčajná kvapalina z kohútika, ale buď čistená alebo upravená voda so špeciálnymi kondicionérmi.