Какая вода не замерзает при минус 25: температура кристаллизации в градусах Цельсия, почему жидкость превращается в лед

Что влияет на градус замерзания

Давайте представим, что у нас есть идеальная среда с температурой ровно 0 ° C — общеизвестно, что вода замерзает именно до этой степени — и в эту среду мы помещаем кусок льда и жидкую воду. Что случится? На самом деле ничего: вода не замерзнет и лед не начнет таять. Объяснение заключается в том, что в этой модели нет условий для фазового перехода.

Проще говоря: помимо понижения температуры до определенной точки на замерзание воды влияют и другие факторы. Одним из них является атмосферное давление, создаваемое гравитационным притяжением воздуха на Земле. А точка замерзания воды напрямую зависит от давления.

Рассмотрим это на примере: чем выше мы поднимаемся над уровнем моря, тем ниже становится атмосферное давление и тем выше должна быть температура для кристаллизации воды. На высоте 1000 метров вода замерзает при температуре + 2 ° C; поднявшись еще на километр, мы увидим, что вода кристаллизуется уже при + 4 ° C.

Наличие примесей

Кроме того, на замерзание воды, помимо давления и температуры, влияет ее состав: она содержит в разном количестве органические и минеральные частицы, то есть кусочки глины, песка, пыли. Когда температура в окружающей среде падает до необходимой степени, вокруг этих частиц образуются кристаллы: кусочки пыли, песка, камня выступают в роли центрального ядра, вокруг которого начинается процесс кристаллизации.

А в дистиллированной (очищенной) воде процесс замораживания протекает иначе: поскольку в ней нет потенциальных ядер кристаллизации, вода может остыть до минусовых температур, но не замерзнуть.

Следовательно, время замерзания воды зависит от следующих факторов:

• атмосферное давление в окружающей среде;
• температура воздуха;
• количество жидкости;
• его химический состав;
• в каком контейнере находится H2O (или отсутствие контейнера).

Температура замерзания соленой воды

1. Морозится ли соленая вода? Из-за высокой концентрации солей океанская и морская вода замерзает при температуре -1,9 градуса по Цельсию.
2. Температура замерзания воды в морях и океанах не имеет постоянного значения, поскольку соленость воды в разных морях Мирового океана совершенно разная.
3. Как температура замерзания океанской воды зависит от ее солености? Между этими величинами существует прямая связь. Чем соленее вода, тем больше ее плотность, и для того, чтобы эта вода замерзла, требуется достаточно низкая температура.
4. Средняя температура воды в морях и океанах -4 градуса.

Температура замерзания отдельных морей

На сколько градусов замерзает вода:

• Каспийское море? Соленость каспийских вод составляет около 13 промилле. Они замерзают при -0,5 градуса по Цельсию. Толщина ледяного покрова в северной части Каспийского моря составляет около двух метров.
• Азовское море? Его соленая вода замерзает при температуре от -0,5 до -0,7 градусов по Цельсию. Соленость составляет около 11 промилле. Толщина льда, покрывающего море в период с декабря по март, равна одному метру.
• Японское море? Почему не замерзает соленая вода в этом море? Это связано с высоким уровнем солености (около 34 ppm) и географическим положением моря.
• Балтийское море? При солености всего 6-8 частей на миллион точка замерзания морской воды в Балтийском море близка к нулю.

Температура замерзания дистиллированной воды

Дистиллированная вода замерзает? Напомним, что для того, чтобы вода замерзла, необходимо наличие каких-то центров кристаллизации, которыми могут быть пузырьки воздуха, взвешенные частицы и повреждения стенок емкости, в которой она находится.

Дистиллированная вода, полностью лишенная каких-либо примесей, не имеет ядер кристаллизации, поэтому ее замерзание начинается при очень низких температурах. Начальная точка замерзания дистиллированной воды -42 градуса. Ученым удалось добиться переохлаждения дистиллированной воды до -70 градусов.

Вода, подвергающаяся воздействию очень низких температур, но не кристаллизованная, называется «переохлажденной». Вы можете, поставив в морозилку бутылку с дистиллированной водой, получить переохлаждение и тем самым продемонстрировать очень эффективный трюк — смотрите видео:

Осторожно постучав по бутылке из холодильника или бросив в нее кусок льда, вы можете показать, как он мгновенно превращается в лед, который выглядит как удлиненные кристаллы.

Дистиллированная вода: замерзает это очищенное вещество под давлением или нет? Такой процесс возможен только в специально созданных лабораторных условиях.

Как влияет тип воды?

Дистиллированная влага в принципе замерзает медленнее даже при нормальном атмосферном давлении. В отличие от других видов пресной воды не содержит посторонних примесей.

Он не содержит зародышей кристаллизации и поэтому замерзает только при очень низких температурах — эксперименты показали, что при -42 ° C.

Физики называют такую ​​жидкость переохлажденной. Любопытно, что если ударить по кораблю такой дистиллированной водой, то он практически мгновенно превратится в лед.

В лабораторных условиях проводились эксперименты, в которых давление повышалось до очень высоких значений, чтобы дистиллят замерзал только при -70 ° C.

Что касается остальных растворов, то здесь помимо давления важную роль играет и плотность: например, в соленой воде она намного выше.

Но в то же время при отрицательных температурах частицы соли, так сказать, изгоняются. И если надолго растопить морской лед, окажется, что он состоит из пресной воды, тоже пригодной для питья.

Температура замерзания дистиллированной воды

Дистиллированная вода замерзает? Напомним, что для того, чтобы вода замерзла, необходимо наличие каких-то центров кристаллизации, которыми могут быть пузырьки воздуха, взвешенные частицы и повреждения стенок емкости, в которой она находится.

Вода, подвергающаяся воздействию очень низких температур, но не кристаллизованная, называется «переохлажденной». Вы можете, поставив в морозилку бутылку с дистиллированной водой, получить переохлаждение и тем самым продемонстрировать очень эффективный трюк — смотрите видео:

Осторожно постучав по бутылке из холодильника или бросив в нее кусок льда, вы можете показать, как он мгновенно превращается в лед, который выглядит как удлиненные кристаллы.

Дистиллированная вода: замерзает это очищенное вещество под давлением или нет? Такой процесс возможен только в специально созданных лабораторных условиях.

Температура замерзания соленой воды

1. Морозится ли соленая вода? Из-за высокой концентрации солей океанская и морская вода замерзает при температуре -1,9 градуса по Цельсию.
2. Температура замерзания воды в морях и океанах не имеет постоянного значения, поскольку соленость воды в разных морях Мирового океана совершенно разная.
3. Как температура замерзания океанской воды зависит от ее солености? Между этими величинами существует прямая связь. Чем соленее вода, тем больше ее плотность, и для того, чтобы эта вода замерзла, требуется достаточно низкая температура.
4. Средняя температура воды в морях и океанах -4 градуса.

Температура замерзания воды

Почему замерзает вода? Обычная вода всегда содержит определенное количество взвешенных частиц минерального или органического происхождения. Это могут быть мельчайшие частицы глины, песка или домашней пыли.

Когда температура окружающей среды падает до определенных значений, эти частицы принимают на себя роль центров, вокруг которых начинают формироваться кристаллы льда.

Пузырьки воздуха также могут стать ядрами кристаллизации, а также трещинами и повреждениями стенок сосуда, в котором находится вода. Скорость процесса кристаллизации воды во многом определяется количеством этих центров — чем их больше, тем быстрее замерзает жидкость.

В нормальных условиях (при нормальном атмосферном давлении) температура фазового перехода воды из жидкого в твердое состояние составляет 0 градусов Цельсия. Именно при такой температуре вода на улице замерзает.

Отчего горячая вода замерзает быстрее холодной?

Горячая вода замерзает быстрее, чем холодная: это явление заметил Эрасто Мпемба, ученик Танганьики. Его эксперименты с массой мороженого показали, что скорость замораживания нагретой массы намного выше, чем у холодной.

Одна из причин этого интересного явления, получившего название «парадокс Мпембы», — это большая теплопередача горячей жидкости, а также наличие в ней большего количества зародышей кристаллизации, чем в холодной воде.

Взаимосвязаны ли температура замерзания воды и высота?

При изменении давления, часто связанном с разной высотой, точка замерзания воды начинает кардинально отличаться от стандартной характеристики для обычных условий.

Кристаллизация воды на больших высотах происходит при следующих значениях температуры:

• как ни парадоксально, но на высоте 1000 м вода замерзает на 2 градуса Цельсия;
• на высоте 2000 метров это происходит уже при 4 градусах Цельсия.

Наивысшая точка замерзания воды в горах наблюдается на высоте более 5000 тысяч метров (например, в Фанских горах или на Памире).

Как давление влияет на процесс кристаллизации воды?

Попробуем связать динамику изменения точки замерзания воды с изменением давления.

• При давлении 2 атм вода замерзнет при температуре -2 градуса.
• При давлении 3 атм начало замерзания воды будет при температуре -4 градуса Цельсия.

При повышенном давлении температура начала процесса кристаллизации воды снижается, а температура кипения повышается. При низком давлении получается диаметрально противоположная картина.

Вот почему очень сложно сварить даже яйца на большой высоте и в разреженной атмосфере, так как вода в кастрюле уже закипает при 80 градусах. Понятно, что приготовить еду при такой температуре просто невозможно.

При высоком давлении процесс таяния льда под лезвиями коньков происходит даже при очень низких температурах, но именно благодаря ему коньки скользят по поверхности льда.

Подобным образом объясняется замерзание бегунов-тяжеловесов в рассказах Джека Лондона. Тяжелые санки, давя на снег, заставляют его таять. Образовавшаяся вода облегчает их скольжение. Но как только санки остановятся и долго будут стоять на одном месте, вытесненная замерзшая вода заморозит бегунов на дороге.

Температура кристаллизации водных растворов

Являясь прекрасным растворителем, вода легко вступает в реакцию с различными органическими и неорганическими веществами, образуя массу иногда неожиданных химических соединений. Конечно, каждый из них замерзнет при разной температуре. Отразим это в наглядном списке.

• Температура замерзания смеси спирта и воды зависит от процентного содержания в ней обоих компонентов. Чем больше воды добавлено в раствор, тем ближе к нулю его точка замерзания. Если в растворе будет больше спирта, процесс кристаллизации начнется при значениях, близких к -114 градусам.
  важно знать, что водно-спиртовые растворы не имеют фиксированной точки замерзания. Обычно говорят о температуре начала процесса кристаллизации и температуре окончательного перехода в твердое состояние.Между началом образования первых кристаллов и полным застыванием спиртового раствора существует диапазон температур 7 градусов. Таким образом, температура замерзания воды с концентрацией спирта 40% в начальной фазе составляет -22,5 градуса, а окончательный переход раствора в твердую фазу произойдет при -29,5 градуса.

Температура замерзания воды с солью тесно связана со степенью ее солености: чем больше соли в растворе, тем ниже положение столбика ртути, который замерзнет.

Для измерения солености воды используется специальная единица измерения — «промилле». Таким образом, мы установили, что температура замерзания воды снижается с увеличением концентрации соли. Поясним это на примере:

Соленость океанской воды составляет 35 частей на миллион, средняя температура замерзания составляет 1,9 градуса. Соленость черноморских вод составляет 18-20 промилле, поэтому они замерзают при более высокой температуре в диапазоне от -0,9 до -1,1 градусов по Цельсию.

• Температура замерзания воды с сахаром (для раствора молярностью 0,8) -1,6 градуса.
• Температура замерзания воды с примесями во многом зависит от их количества и природы примесей, входящих в состав водного раствора.
• Температура замерзания воды с глицерином зависит от концентрации раствора. Раствор, содержащий 80 мл глицерина, замерзнет при -20 градусах, при уменьшении содержания глицерина до 60 мл процесс кристаллизации начнется при -34 градусах, а начало замораживания 20% раствора — минус пять градусов. Как видите, в этом случае нет линейной зависимости. Для замораживания 10% раствора глицерина хватит температуры -2 градуса.
• Температура замерзания воды с содой (что означает едкая щелочь или каустическая сода) представляет еще более загадочную картину: 44% раствор щелочи замерзает при +7 градусах Цельсия и 80% при +130.

Замерзание пресных водоёмов

Процесс образования льда в пресноводных водоемах происходит в несколько ином температурном режиме.

• Температура замерзания воды в озере, как и точка замерзания воды в реке, составляет ноль градусов по шкале Цельсия. Замерзание более чистых рек и ручьев начинается не с поверхности, а со дна, на котором есть очаги кристаллизации в виде донных частиц ила. Сначала коряги и водные растения покрываются коркой льда. Когда придонный лед поднимается на поверхность, река мгновенно замерзает.
• Замерзшая вода на Байкале иногда может остыть до минусовых температур. Это происходит только на мелководье; температура воды в этом случае может составлять тысячные, а иногда и сотые градуса ниже нуля.
• Температура воды Байкала под самой коркой ледяного покрова, как правило, не превышает +0,2 градуса. В нижних слоях она постепенно повышается до +3,2 на дне более глубокого бассейна.

Как происходит процесс?

Уменьшение температуры замерзания с ростом давления имеет физическое обоснование.

Свежая жидкость при замораживании расширяется примерно на 10%. В соленой морской воде расширение будет меньше, но оно все равно будет.

Следовательно, когда внешнее давление увеличивается, точка замерзания понижается. Суть процесса замораживания — это кристаллизация воды.

Но в отличие от других жидкостей вязкость воды уменьшается с увеличением давления. Это привело к замедлению процессов кристаллизации.

Это связано со структурными особенностями молекул и некоторыми механизмами взаимодействия между ними. Для начала процесса необходим центр кристаллизации, состоящий из нескольких десятков молекул.

Температура превращения в лед

Скорость превращения очищенной воды в лед зависит от условий, в которых она находится. Дистиллированная смесь снаружи и внутри автомобильного аккумулятора замерзает при разной температуре. В этих двух случаях температура замерзания разная.

На улице

Очищенный состав при внешних условиях довольно быстро кристаллизуется. На открытом воздухе нет факторов, препятствующих быстрому превращению раствора в лед.

Качественный дистиллят снаружи может замерзнуть при -10 0 C. Это значение и есть точка замерзания. Но часто имеющиеся в продаже составы превращаются в лед при температуре от -1 до -5 0 С.

Отчего горячая вода замерзает быстрее холодной?

Горячая вода замерзает быстрее, чем холодная: это явление заметил Эрасто Мпемба, ученик Танганьики. Его эксперименты с массой мороженого показали, что скорость замораживания нагретой массы намного выше, чем у холодной.

Одна из причин этого интересного явления, получившего название «парадокс Мпембы», — это большая теплопередача горячей жидкости, а также наличие в ней большего количества зародышей кристаллизации, чем в холодной воде.

Взаимосвязаны ли температура замерзания воды и высота?

При изменении давления, часто связанном с разной высотой, точка замерзания воды начинает кардинально отличаться от стандартной характеристики для обычных условий.
Кристаллизация воды на больших высотах происходит при следующих значениях температуры:

• как ни парадоксально, но на высоте 1000 м вода замерзает на 2 градуса Цельсия;
• на высоте 2000 метров это происходит уже при 4 градусах Цельсия.

Наивысшая точка замерзания воды в горах наблюдается на высоте более 5000 тысяч метров (например, в Фанских горах или на Памире).

Эффект Мпембы в реальной жизни

Вы когда-нибудь задумывались, почему каток зимой наполняется теплой, а не холодной водой? Как вы уже понимаете, они делают это потому, что наполненный горячей водой каток замерзнет быстрее, чем если бы он был наполнен холодной водой. По этой же причине горки в зимних ледяных городах залиты теплой водой.

Таким образом, знание о существовании явления позволяет людям сэкономить время на подготовке площадок для занятий зимними видами спорта.

Кроме того, эффект Мпемба иногда используется в промышленности для сокращения времени замораживания продуктов, веществ и материалов, содержащих воду.

Состояния и виды воды

Вода на планете Земля может принимать три основных агрегатных состояния: жидкое, твердое и газообразное, которые могут трансформироваться в разные формы, сосуществуя одновременно друг с другом (айсберги в морской воде, водяной пар и кристаллы льда в облаках неба, ледники и речки с быстрым течением).

В зависимости от характеристик происхождения, назначения и состава вода может быть:

• свежий;
• минеральная;
• морской;
• пить (сюда мы включаем воду из-под крана);
• идет дождь;
• размороженный;
• солоноватый;
• структурированный;
• дистиллят;
• деионизированный.

Присутствие изотопов водорода делает воду:

1. свет;
2. тяжелый (дейтерий);
3. сверхтяжелый (тритий).

Феноменальные свойства H2O

Вот еще несколько фактов об удивительном поведении воды:

• Когда он замерзает, молекулы воды расширяются, и ее масса становится тяжелее, чем масса льда. Лед, согласно закону Архимеда, выталкивается на поверхность. Таким образом, природа закрывает водоемы ледяной коркой, защищая и сохраняя все живое в их недрах.
• Горячая вода замерзает быстрее, чем холодная. Звучит невероятно, но это так. Это явление получило название «парадокс Мпембы». Дело в том, что у горячей воды больше теплоотдачи и больше насыщения ядрами кристаллизации.
• В вакууме при 0 ° C вода сначала закипает, затем одна восьмая испаряется, а оставшееся количество замерзает.
• В ходе лабораторных исследований ученые получили так называемую стекловидную воду, аморфное твердое вещество, из которого состоят кометы во Вселенной. Чтобы вода перешла в это состояние, необходимо за несколько миллисекунд понизить температуру до -137 градусов по Цельсию.
• Максимальная плотность H2O будет при + 4 ° C.

Влияние глубины

Чем глубже погружение в толщу воды, тем больше становится ее прочность. Глубина напрямую влияет на увеличение давления. Это значение увеличивается пропорционально.

Чем он глубже, тем больше плотность водяного столба. С каждым последующим опусканием корпуса возникает возрастающая разница между внешним и внутренним давлением воды.

На поверхность действует атмосферное давление. При погружении в воду помимо нее начинают испытывать гидростатическое сжатие тела.

Даже на мелководье на тело действует совокупное воздействие, состоящее из атмосферного и гидростатического. Во время дайвинга внешнее воздействие на организм усиливается. Разница возникает из-за увеличения плотности среды.

Верхние слои давят на нижние. Это создает сжимающую силу в глубокой воде. К тому же его показатель на одинаковой глубине одинаков во всех направлениях.