S kakšno temperaturo zmrzuje voda

S kakšno temperaturo voda zmrzne? Zdi se - najpreprostejše vprašanje, na katerega lahko odgovori tudi otrok: zmrzišče vode pri normalnem atmosferskem tlaku 760 mm Hg je nič stopinj Celzija.

Vendar pa je voda (kljub izjemno razširjeni njeni na planetu) najbolj skrivnostna in ni popolnoma preučena snov, zato je odgovor na to vprašanje potreben temeljit in utemeljen pogovor.

• V Rusiji in Evropi se temperatura meri po lestvici Celzija, katere najvišja vrednost je 100 stopinj.
• Ameriški znanstvenik Fahrenheit je razvil svojo lestvico, ki ima 180 oddelkov.
• Obstaja še ena enota za merjenje temperature, Kelvin, poimenovana po angleškem fiziku Thomsonu, ki je prejel naziv Lorda Kelvina.

Države in vrste vode

Voda na planetu Zemlja ima lahko tri osnovne agregatne razmere: tekoče, trdne in plinaste, ki se lahko spremenijo v drugačne oblike, ki hkrati soobstajajo (ledene gore v morski vodi, vodne pare in ledeni kristali v oblaku na nebu, ledeniki in prost pretok reke).

Glede na izvor, namen in sestavo vode lahko:

• sveža;
• mineral;
• morski;
• pitje (tukaj bomo nosili vodo iz pipe);
• dež;
• odmrznjena;
• somornica;
• strukturiran;
• destilirana;
• deionizirano.

Prisotnost izotopov vodika naredi vodo:

1. enostavno
2. težka (devterij);
3. super težka (tritij).

Vsi vemo, da je voda mehka in trda: ta indikator je določen z vsebnostjo magnezijevih in kalcijevih kationov.

Vsaka vrsta in agregatno stanje vode, ki smo jo navedli, ima svojo zamrzovanje in tališče.

Točka zmrzovanja vode

Zakaj voda zamrzne? Navadna voda vedno vsebuje nekaj suspendiranih delcev mineralnega ali organskega izvora. Lahko so najmanjši delci gline, peska ali hišnega prahu.

Ko temperatura okolice pade na določene vrednosti, ti delci prevzamejo vlogo središč, okoli katerih se začnejo tvoriti ledeni kristali.

Zračni mehurčki lahko postanejo tudi jedra kristalizacije, pa tudi razpoke in poškodbe sten posode, ki vsebujejo vodo. Hitrost procesa kristalizacije vode je v veliki meri odvisna od števila teh središč: več jih je, hitreje se zmrzne tekočina.

Zakaj se vroča voda zamrzne hitreje kot hladno?

Vroča voda zamrzne hitreje kot mraz - ta učinek je opazil Erasto Mpemba, učenec iz Tanganjike. Njegovi poskusi z maso za izdelavo sladoleda so pokazali, da je hitrost zamrzovanja ogrevane mase veliko višja od hladne.

Eden od razlogov za ta zanimiv pojav, imenovan paradoks Mpemba, je višji prenos toplote vroče tekočine in prisotnost večjega števila kristalizacijskih jeder v primerjavi z hladna voda.

Ali je ledena točka vode povezana z nadmorsko višino?

Ko se spremeni tlak, ki je pogosto povezan z različnimi višinami, se zmrzišče vode začne radikalno razlikovati od standarda, značilnega za normalne pogoje. Kristalizacija vode na višini poteka pri naslednjih temperaturah:

• Paradoksalno je, da na višini 1000 m voda zamrzne pri 2 stopinjah Celzija;
• na višini 2000 metrov se to dogaja že pri 4 stopinjah toplote.

Najvišjo temperaturo zamrzovanja vode v gorah opazujemo na nadmorski višini več kot 5000 tisoč metrov (na primer v gorah Fan ali v Pamirju).

Kako pritisk vpliva na kristalizacijo vode?

Poskusimo povezati dinamiko spremembe zmrziščne točke vode s spremembo tlaka.

• Pri tlaku 2 atm bo voda zamrznila pri temperaturi -2 stopinj.
• Pri tlaku 3 atm bo začetek zamrzovanja vode znašal -4 stopinj Celzija.

Zato je v razmerah visokih gora in razsirjenega ozračja zelo težko kuhati celo jajca, saj voda v loncu zavre že pri 80 stopinj. Jasno je, da je pri takšni temperaturi preprosto nemogoče kuhati hrano.

Pri visokem tlaku se proces taljenja ledu pod lopaticami drsalk pojavlja tudi pri zelo nizkih temperaturah, vendar so zaradi drsenja drsne drsne površine na ledeni površini.

Podobno je pojasnjeno zamrznitev tekačev močno obremenjenih sani v zgodbah Jacka Londona. Težki sani, ki pritiskajo na sneg, povzročajo, da se topi. Nastala voda olajša njihovo drsenje. Vendar pa je vredno ustaviti narte in ostati dolgo časa na enem mestu, saj bo zamrznjena voda zamrznila tekače do ceste.

Temperatura kristalizacije vodnih raztopin

Kot odlično topilo, voda zlahka reagira z različnimi organskimi in anorganskimi snovmi in tako tvori množico včasih nepričakovanih kemičnih spojin. Seveda bo vsak od njih zamrznil pri različnih temperaturah. Razmislite o tem na vizualnem seznamu.

• Točka zmrzovanja mešanice alkohola in vode je odvisna od odstotnega deleža obeh komponent v njem. Več vode, dodane raztopini, je bližje ničelni temperaturi zamrzovanja. Če je v raztopini več alkohola, se bo proces kristalizacije začel pri vrednostih blizu -114 stopinj.

  Pomembno je vedeti, da vodno-alkoholne raztopine nimajo fiksne temperature zamrzovanja. Ponavadi govorijo o temperaturi začetka procesa kristalizacije in temperaturi končnega prehoda v trdno stanje.

  Med začetkom nastanka prvih kristalov in popolnim strjevanjem alkoholne raztopine je temperaturni interval 7 stopinj. Torej je zmrzišče vode z alkoholom v koncentraciji 40% v začetni fazi -22,5 stopinj, končni prehod raztopine v trdno fazo pa pri -29,5 stopinj.

Za merjenje slanosti vode uporabite posebno enoto - "ppm". Torej smo ugotovili, da se zmrzišalna točka vode zmanjšuje s povečevanjem koncentracije soli. Razložimo to s primerom:

Stopnja slanosti oceanske vode je 35 ppm, medtem ko je povprečna vrednost zamrzovanja 1,9 stopinj. Stopnja slanosti črnomorskih voda je 18-20 ppm, zato zamrznejo pri višji temperaturi z razponom od -0,9 do -1,1 stopinj Celzija.

• Točka zmrzovanja vode s sladkorjem (za raztopino, katere molalnost je 0,8) je -1,6 stopinj.
• Točka zmrzovanja vode z nečistočami je v veliki meri odvisna od njihove količine in narave nečistoč, ki tvorijo vodno raztopino.
• Točka zmrzovanja vode z glicerinom je odvisna od koncentracije raztopine. Raztopina, ki vsebuje 80 ml glicerina, se zmrzne pri -20 stopinjah, medtem ko se vsebnost glicerola zmanjša na 60 ml kristalizacijskega postopka se začne pri -34 stopinj, začetek zamrzovanja 20% raztopine - minus pet stopinj Kot lahko vidite, v tem primeru ni linearnega odnosa. Za zamrzovanje 10% raztopine glicerina zadostuje temperatura -2 ° C.
• Točka zmrzovanja vode s sodo (kar pomeni jedko alkalijo ali kavstično sodo) je bolj skrivnostna slika: 44% jedka raztopina zamrzne pri +7 stopinjah Celzija in 80% - pri + 130.

Zamrzovanje sladke vode

Postopek nastajanja ledu v sladkih vodnih telesih se pojavi na nekoliko drugačni temperaturi.

• Točka zmrzovanja vode v jezeru, prav tako kot ledena točka vode v reki, je nič stopinj Celzija. Zamrzovanje najčistejših rek in potokov se ne začne od površine, ampak od dna, kjer so kristalizacijska jedra prisotna v obliki delcev spodnjega blata. Sprva se snags in vodne rastline prekrijejo s skorjo ledu. Takoj, ko se dno ledu dvigne na površje, se reka takoj zamrzne.
• Zamrznjena voda v Bajkalu se lahko včasih ohladi na negativne temperature. To se zgodi samo v plitvih vodah; temperatura vode je lahko v tisočinki, včasih tudi stotine ene stopnje pod ničlo.
• Temperatura vode v Bajkalu pod skorjo ledenega pokrova praviloma ne presega +0,2 stopinje. V spodnjih slojih se na dnu najglobljega bazena postopoma dvigne na +3,2.

Točka zmrzovanja destilirane vode

Ali destilirana voda zamrzne? Spomnimo se, da za zamrzovanje vode zahteva prisotnost v njem nekaterih kristalizacijskih centrov, s lahko so zračni mehurčki, suspendirani delci in poškodbe sten rezervoarja, v katerem se nahaja se nahaja.

Voda, izpostavljena zelo nizkim temperaturam, vendar ne kristalizirana, se imenuje "superhlajena". V zamrzovalnik lahko damo steklenico destilirane vode, podtaknemo jo in nato pokažemo zelo učinkovit trik - glejte video:

Z dotikanjem steklenice, izločene iz hladilnika, ali vrženjem majhnega koščka ledu v njej, lahko pokažete, kako se takoj spremeni v led, ki ima videz podolgovatih kristalov.

Destilirana voda: ali ta očiščena snov zamrzne ali ni pod pritiskom? Takšen postopek je možen samo v posebej ustvarjenih laboratorijskih pogojih.

Točka zmrzovanja soli

1. Ali slane vode zamrznejo? Zaradi visoke koncentracije soli morska in morska voda zamrzne pri temperaturi -1,9 stopinj Celzija.
2. Temperatura zamrzovanja vode v morjih in oceanih ni konstantna, saj je slanost vode v različnih morjih oceanov povsem drugačna.
3. Kako je zmrzišče oceanske vode odvisno od njene slanosti? Med temi vrednotami obstaja neposredna povezava. Bolj ko je voda slana, večja je njena gostota in potrebna je dovolj nizka temperatura za zamrzovanje takšne vode.
4. Povprečna temperatura v morjih in oceanih je -4 stopinj.

Zamrzovalna točka posameznih morij

S koliko stopinjami voda zamrzne:

• Kaspijsko morje? Slanost kaspijskih voda je približno 13 ppm. Njihovo zamrzovanje poteka pri -0,5 stopinj Celzija. Debelina ledenega pokrova severnega dela Kaspijskega morja je približno dva metra.
• Azovsko morje? Njegova slana voda zamrzne pri temperaturi od -0,5 do -0,7 stopinj Celzija. Saliniteta je okoli 11 ppm. Debelina ledu, ki pokriva morje od decembra do marca, je en meter.
• Japonsko morje? Zakaj morska voda tega morja ne zamrzne? To je posledica visoke (okoli 34 ppm) ravni slanosti in geografskega položaja morja.
• Baltsko morje? Slanost le 6–8 ppm je temperatura zamrzovanja morske vode v Baltiku blizu ničle.

Express Answers

S koliko stopinjami voda zamrzne:

1. V ceveh za ogrevanje? V primeru zaustavitve ogrevanja ali okvare ogrevalnega kotla v zasebni hiši ali podeželski hiši, lahko voda v njih zamrzne v nekaj dneh pri temperaturi -5 stopinj. Odložiti začetek takšnega izida bo pomagalo toplotno izolacijo cevi in ​​drugih elementov stavbe. V notranjosti stanovanja se zamrzovanje vode v ceveh začne pri -1 stopinjah. Če ta temperatura traja 2-3 dni, lahko na koncu razbije cevi in ​​segreje baterije.
2. Pod zemljo? Podzemna voda je lahko tekoča, trdna in hlapi. Trdna faza vode v tleh je led, ki je lahko dolgotrajna (v pogojih permafrosta) in sezonska. Zamrzovanje tal se pojavi pri temperaturah pod ničlo, saj vse niso čista voda, ampak vse njene rešitve. Vrednost temperature zmrzovanja je v veliki meri odvisna od slanosti podtalnice.
3. Na letenje? Prebivalci Jakutije imajo preprost način, da določijo temperaturo zraka: je pod -42 stopinj, če človek, ki ga sprošča človek, ima čas, da se zmrzne, preden doseže tla.
4. V vakuumu? Vsebina cevi, ki je pod zvonom vakuumske črpalke pri temperaturi 0 stopinj, najprej vre in po izhlapevanju osmega dela tekoče ledene skorje nastane na njem površino.
5. V avtomobilskem motorju? Najvišja temperatura zamrzovanja vode v motorju lahko doseže -5 stopinj: pri nižjih vrednostih bodo ledeni kristali preprosto prekinili notranjo strukturo bloka motorja. Enako je zmrzišče vode v radiatorju. Podobne težave v avtomobilu se lahko pojavijo, če ni dovolj izolacije zgornjih enot, kot tudi zaradi predolgega parkiranja.
6. Na drsališču? Glede na to, kakšna tekmovanja naj bi potekala na ledeni dvorani, je lahko temperatura ledene površine od -3 do -5 stopinj. Led z višjo temperaturo površine (od -3 do -4) je primeren za umetnostno drsanje, saj je njegova mehkoba tista, ki omogoča potrebno trdnost oprijema z drsalkami. Več trdega ledu, primernega za timski hokej, dobimo pri temperaturi -5 stopinj. Na "hladnem" ledu se hitrost igralcev poveča in možnost nastanka snega "kaša" na svoji površini zmanjša. Kakovost ledu je odvisna predvsem od kemične sestave vode, zato jo je treba zapolniti ni navadne tekočine iz pipe, ampak bodisi prečiščena ali prečiščena voda s posebnimi regeneratorji.