Содержание
При какой температуре замерзает вода – самая полная информация!
- Фільтри для води
- Статьи
01.06.2016
68518
Большинство людей уверены, что знают, при какой температуре замерзает вода – ниже 0 градусов по шкале Цельсия. Однако так случается далеко не всегда. Не верите? Тогда читайте нашу статью – в ней мы подробно рассмотрим различные условия.
Пресные водоемы
В любых пресных водоемах, в том числе в реках, вода замерзает при температуре в 0 градусов. Например, самые чистые ручьи и небольшие речки промерзать начинают … с дна! Первоначально ледовый налет образовывается на корягах и прочих присутствующих в воде растениях и предметах. А когда этот ледовый налет поднимается наверх, река водоем сразу же замерзает.
Дистиллированная вода
Дистиллированная вода являет собой жидкость, прошедшую особую очистку. В ней нет никаких примесей, а также полностью отсутствуют так называемые ядра кристаллизации, которые и обеспечивают замерзание.
Поэтому образование льда в дистиллированной воде происходит при довольно низких температурах – лишь, когда столбик термометра опускается к отметке в -42 градуса.
Хотя исследователям удалось добиться такого уровня дистилляция, что полученная жидкость не замерзала до того момента, пока температура не достигла отметки в -70 градусов.
Кстати, такая жидкость, которая охлаждена до крайне низких температур, но так и не замерзла, получила название переохлажденной.
Замерзание соленой воды
Многие интересуются, при какой температуре замерзает морская вода, ведь в ней присутствует большое количество соли.
Итак, уровень температуры соленой воды, при которой она начнет замерзать, составляет не более -1,9 градусов.
Кстати, знаете ли вы, что используется специальная соль для очистки воды? Она засыпается в особые виды фильтров.
В результате исследований было установлено, что средняя температура замерзания морей планеты составляет -4 градуса по Цельсию. Однако этот показатель непостоянный – в разных морях он разный, что обусловлено не только уровнем содержания соли, но и прочими факторами:
- Каспий начинает замерзать, если температура опустится всего лишь на полградуса ниже нулевой отметки;
- Азовское море покрывается льдом, если температура воды опустится до отметки в -0,7 градуса. Лед сковывает воды Азова примерно с конца декабря и по начало марта. В некоторых местах толщина ледового покрытия достигает одного метра;
- Японское море вообще не замерзает, что обусловлено повышенным содержанием соли – этот уровень равняется 34 промилле;
- Балтийское море имеет наименьшее содержание соли из всех вышеперечисленных морей и замерзает при охлаждении воды до 0 градусов.
Как видите, далеко не всегда вода замерзает при температуре в 0 градусов – возможны и исключения.
Которые, кстати, не редкие!
А чтобы получать дома чистую и приятную воду дома, рекомендуем установить системы обратного осмоса.
Похожие статьи
17.07.2014
Паузы из-за жары во время ЧМ по футболу-2014
В связи с высокой температурой воздуха в Бразилии летом, суд страны постановил, что международная федерация футбола д…
15.04.2016
Сколько воды в стакане и прочие интересные расчеты
Среди разнообразия вопросов, которые можно встретить, бывает немало и тех, что способны сначала вызвать недоумение, а…
замерзает ли и при какой t°, в зависимости от чего (таблица соотношений)?
Содержание
- Замерзает ли?
- Температура в зависимости от показателя
- Как они взаимосвязаны?
- Как происходит процесс?
- Каково давление замерзающей жидкости?
- Как влияет тип воды?
- Применение знаний в быту человека
- Заключение
Замерзает ли?
При атмосферном давлении в 760 мм рт.
ст (или 0,101 МПа), вода превращается в лед уже при 0°С, как известно из школьного курса.
Но при уменьшении этого показателя меняется и точка кипения, и t°, при которой происходит превращение в лед – последняя как раз повышается.
В горах, где разреженный воздух, на определенной высоте она может уже составлять +2…+4°С. И наоборот, чем больше среда давит на воду, тем ниже находится точка замерзания на графиках.
Интересно, что при давлении в 611,73 Па совпадают температура кипения воды и плавления льда. Она составляет +0,01°С. Этот показатель называют тройной точкой воды из-за того, что она находится сразу в трех состояниях.
Считается, что при более низком показателе она просто не сможет сохранять жидкое состояние и будет превращаться в водяной пар. Причем температура плавления льда и точка замерзания воды обычно не совпадают, это разные величины.
Хотя для удобства бытовых расчетов их часто отождествляют, поскольку при 760 мм рт.
ст. они как раз будут одинаковыми.
Но при этом нет такого давления, при котором бы вода совсем не замерзала. Другое дело, что в лабораторных условиях можно создать такую ситуацию, при которой вода будет замерзать только при -20…-40°С.
Кроме того, возможно получение и нестабильного состояния – переохлажденной жидкости. Но если в ней появится центр кристаллизации, она сразу же превратится в лед.
Температура в зависимости от показателя
Чтобы четко определить температуру замерзания, нужно сначала понять, как связаны эти 2 параметра.
Как они взаимосвязаны?
При увеличении давления, температура замерзания снижается, при уменьшении – t° растет. Существуют специальные формулы, которые помогают рассчитать конкретное значение.
Таблица таких соотношений выглядит следующим образом:
| Температура, °С | Давление, мПа |
| 0 | 0,1 |
| -1 | 1 |
| -2 | 30 |
| -3 | 40 |
| -4 | 50 |
| -5 | 60 |
| -10 | 110 |
| -22 | 210 |
Как происходит процесс?
Снижение температуры замерзания при увеличении давления имеет физическое обоснование.
Пресная жидкость при замерзании расширяется примерно на 10%. У соленой морской воды расширение будет меньшим, но оно все равно происходит.
Поэтому, когда внешнее давление растет, то температура замерзания снижается. Суть процесса замерзания состоит в кристаллизации воды.
Но в отличие от других жидкостей, вязкость воды при увеличении давления уменьшается. Что и обусловило более медленные процессы кристаллизации.
Это объясняется структурными особенностями молекул и некоторыми механизмами взаимодействия между ними. Для того, чтобы процесс начался, нужен центр кристаллизации, состоящий из нескольких десятков молекул.
В природных условиях пресная вода всегда содержит примеси – пылинки, молекулы соли и т.д. Все они могут стать центрами кристаллизации, поэтому процесс будет протекать быстрее, чем при тех же условиях, но в очищенной воде в лабораторных условиях.
Каково давление замерзающей жидкости?
Давление замерзающей воды обусловлено тем, что происходит ее расширение.
Однако давление она оказывает и в жидком виде, просто при отрицательных температурах оно увеличивается примерно на 10%.
Как влияет тип воды?
Дистиллированная влага в принципе замерзает медленнее даже при нормальном атмосферном давлении. В отличие от других видов пресной воды, она не содержит сторонних примесей.
В ней отсутствуют ядра кристаллизации, и поэтому она замерзает только при очень низких температурах – эксперименты показали, что при -42°С.
Физики называют такую жидкость переохлажденной. Любопытно, что если постучать по сосуду с такой дистиллированной водой, она практически моментально превратится в лед.
В лабораторных условиях проводились эксперименты, при которых давление увеличивали до очень высоких значений, так что дистиллят замерзал только при -70°С.
Наличие любых примесей, в том числе и тех, что находятся в минеральной воде, повышает температуру замерзания, даже, если прочие условия остаются теми же.
Что касается остальных растворов, то здесь, помимо давления, важную роль играет еще и плотность – например, у соленой воды она намного выше.
Но при этом при отрицательных температурах частицы соли как бы выталкиваются. И если растопить многолетний морской лед, то окажется, что он состоит из пресной воды, даже пригодной для питья.
Применение знаний в быту человека
В основном сведения о температуре замерзания воды нужны тем, кто сталкивается с прокладкой водопровода.
Как правило, ее замерзание в таких случаях проходит не на подземном участке трубы, а над поверхностью почвы, и далее идет процесс кристаллизации уже в наземном участке.
Чтобы этого не происходило, поскольку замерзание и расширение воды выводит из строя всю систему и нарушает целостность труб, принимают активные и пассивные меры – от утепления трубы до специально обустроенной системы обогрева.
Но очень важно с самого начала правильно сделать расчеты, подбирая производительность оборудования и диаметр труб таким образом, чтобы создать такое давление, при котором вода не будет замерзать при климатических условиях, характерных для этого региона.
Сведения об этих показателях и их соотношениях также нужны тем, кто занимается прокладкой отопительных систем. Важны они и для автомобилистов, которым приходится часто сталкиваться с замерзанием жидкости в радиаторе.
Заключение
Температура замерзания воды под давлением – вопрос более сложный, чем могло бы показаться на первый взгляд. Иногда даже в быту для ее расчета нужно применять громоздкие формулы или готовые таблицы соотношений.
А какова Ваша оценка данной статье?
Загрузка…
Кристаллизация, плавление и структура наночастиц воды при атмосферных температурах
. 18 апреля 2012 г .; 134 (15): 6650-9.
дои: 10.1021/ja210878c.
Epub 2012 5 апр.
Джессика С Джонстон
1
, Валерия Молинеро
принадлежность
- 1 Химический факультет Университета Юты, Солт-Лейк-Сити, Юта 84112-0850, США.
PMID:
22452637
DOI:
10.1021/ja210878c
Джессика С. Джонстон и др.
J Am Chem Soc.
.
. 18 апреля 2012 г .; 134 (15): 6650-9.
дои: 10.1021/ja210878c.
Epub 2012 5 апр.
Авторы
Джессика С Джонстон
1
, Валерия Молинеро
принадлежность
- 1 Химический факультет Университета Юты, Солт-Лейк-Сити, Юта 84112-0850, США.
PMID:
22452637
DOI:
10.1021/ja210878c
Абстрактный
Наночастицы воды играют важную роль в атмосферных процессах, однако их равновесные и неравновесные фазовые переходы жидкий лед и структуры, которые они образуют при замерзании, до конца не выяснены. Здесь мы используем моделирование молекулярной динамики с моделью воды mW для исследования неравновесного замерзания и равновесного плавления наночастиц воды с радиусом R от 1 до 4,7 нм и структуры льда, образованного в результате кристаллизации при температурах от 150 до 200 К. Кристаллизовавшийся лед в частицах представляет собой гибридную форму льда I со сложенными слоями кубической и гексагональной форм льда в соотношении примерно 2:1.
Отношение кубического льда к гексагональному льду не зависит от радиуса частицы воды и сравнимо с найденным при моделировании объемной воды при той же температуре. Нагревание замороженных частиц, содержащих множественные кристаллиты, приводит к оствальдовскому созреванию и отжигу ледяных структур, сопровождающемуся увеличением количества льда за счет жидкой воды, прежде чем частицы окончательно переплавятся из гибридного льда I в жидкий, без переход к шестигранному льду. На температуру плавления T(m) наночастиц не влияет соотношение кубических и гексагональных слоев в кристалле. T(m) частиц льда уменьшается от 255 до 170 K с размером частиц и хорошо описывается уравнением Гиббса-Томсона, T(m)(R) = T(m)(bulk) — K(GT)/ (R — d), с постоянной K(GT) = 82 ± 5 К·нм и предрасплавленной жидкостью шириной d = 0,26 ± 0,05 нм, около одного монослоя. Температура замерзания также уменьшается с радиусом частиц. Эти результаты важны для понимания состава, свойств замерзания и таяния частиц льда и жидкой воды в атмосферных условиях.
© 2012 Американское химическое общество
Похожие статьи
Замерзание, таяние и структура льда в гидрофильной нанопоре.
Мур Э.Б., де ла Льяв Э., Велке К., Шерлис Д.А., Молинеро В.
Мур Э.Б. и соавт.
Phys Chem Chem Phys. 2010 28 апреля; 12 (16): 4124-34. дои: 10.1039/b919724a. Epub 2010 26 февраля.
Phys Chem Chem Phys. 2010.PMID: 20379503
Плавление и кристаллизация льда в частично заполненных нанопорах.
Сольвейра Э.Г., де ла Льяв Э., Шерлис Д.А., Молинеро В.
Solveyra EG, et al.
J Phys Chem B. 2011 Dec 8;115(48):14196-204. дои: 10.1021/jp205008w. Epub 2011 24 августа.
J Phys Chem B. 2011.PMID: 21863824
Он кубический? Кристаллизация льда из глубоко переохлажденной воды.
Мур Э.Б., Молинеро В.
Мур Э.Б. и соавт.
Phys Chem Chem Phys. 2011 28 ноября; 13 (44): 20008-16. дои: 10.1039/c1cp22022e. Epub 2011 19 октября.
Phys Chem Chem Phys. 2011.PMID: 22009135
Механизм, с помощью которого антифризные белки рыб вызывают тепловой гистерезис.
Кристиансен Э., Захариассен К.Э.
Кристиансен Э. и соавт.
Криобиология. 2005 декабрь; 51 (3): 262-80. doi: 10.1016/j.cryobiol.2005.07.007. Epub 2005 2 сентября.
Криобиология. 2005.PMID: 16140290
Обзор.
Явления на границе раздела лед-жидкость: растворенные вещества, частицы и биологические клетки.
Кёрбер К.
Кербер С.
Q Rev Biophys. 1988 г., май; 21 (2): 229–98. doi: 10.1017/s0033583500004303.
Q Rev Biophys. 1988 год.PMID: 3043537
Обзор.
Посмотреть все похожие статьи
Цитируется
После кристаллизации аморфного льда после сверхбыстрого лазерного нагрева.
Ладд-Парада М., Аманн-Винкель К., Ким К.Х., Спэх А., Перакис Ф., Патхак Х., Ян С., Мариедал Д., Эклунд Т., Лейн Т.Дж., Ю С., Чжон С., Уэстон М., Ли Дж.Х., Эом И. , Ким М., Пак Дж., Чун С.Х., Нильссон А.
Лэдд-Парада М. и соавт.
J Phys Chem B. 2022 24 марта; 126 (11): 2299-2307. doi: 10.1021/acs.jpcb.1c10906. Epub 2022 11 марта.
J Phys Chem B. 2022.PMID: 35275642
Бесплатная статья ЧВК.Замораживание капель воды размером в несколько нанометров.
Хакимян А., Мохебиниа М., Назари М.
, Давудабади А., Назифи С., Хуанг З., Бао Дж., Гасеми Х.
Хакимян А. и др.
Нац коммун. 2021 30 ноября; 12 (1): 6973. doi: 10.1038/s41467-021-27346-w.
Нац коммун. 2021.PMID: 34848730
Бесплатная статья ЧВК.Фотоэлектронная спектроскопия ядра и валентности наносольватированного KCl.
Пелиманни Э., Хаутала Л., Ханс А., Кивимяки А., Кук М., Кюстнер-Ветекам С., Мардер Л., Патанен М., Хуттула М.
Пелиманни Э. и др.
J Phys Chem A. 10 июня 2021 г .; 125 (22): 4750-4759. doi: 10.1021/acs.jpca.1c01539. Epub 2021 25 мая.
J Phys Chem A. 2021.PMID: 34034483
Бесплатная статья ЧВК.Инфракрасное спектроскопическое исследование топологий водородных связей в мельчайших кубиках льда.
Ли Г., Чжан Ю.Ю., Ли К.
, Ван С., Ю. Ю., Чжан Б., Ху Х.С., Чжан В., Дай Д., Ву Г., Чжан Д.Х., Ли Дж., Ян С., Цзян Л.
Ли Г и др.
Нац коммун. 2020 28 октября; 11 (1): 5449. doi: 10.1038/s41467-020-19226-6.
Нац коммун. 2020.PMID: 33116144
Бесплатная статья ЧВК.Наименьшие скопления воды, поддерживающие структуру льда I.
Иордания К.Д.
Джордан КД.
Proc Natl Acad Sci U S A. 3 декабря 2019 г .; 116 (49): 24383-24385. doi: 10.1073/pnas.1918178116. Epub 2019 18 ноября.
Proc Natl Acad Sci U S A. 2019.PMID: 31740613
Бесплатная статья ЧВК.Аннотация недоступна.
, Давудабади А., Назифи С., Хуанг З., Бао Дж., Гасеми Х.
, Ван С., Ю. Ю., Чжан Б., Ху Х.С., Чжан В., Дай Д., Ву Г., Чжан Д.Х., Ли Дж., Ян С., Цзян Л.Просмотреть все статьи «Цитируется по»
Journal of the Atmospheric Sciences, том 21, выпуск 6 (1964 г.)
Предыдущая статья
Следующая статья
Abstract
В поляризованном свете исследована кристаллическая ткань льда, образующаяся при замерзании переохлажденной воды.
Капли радиусом 0,1 см замораживали гомогенным зародышеобразованием при -33°С, различными посторонними частицами во взвешенном состоянии или ударом о плоскую подложку из монокристаллического льда. Массовая вода, объем около 1,0 см 3 , был заморожен путем введения монокристалла льда. Между 0 и -5°C кристаллы неизменно росли с единственной ориентацией, идентичной кристаллу-зародышу. С понижением температуры появлялось все больше кристаллов с новой ориентацией, их было несколько сотен на каплю, когда зародышеобразование происходило при -33°С. Капли, ударяясь о подложку с вертикальной осью c , замерзали с горизонтальной осью c в температурном интервале от -5 до -15°С. При нагревании подложки до 0°С капли всегда принимали ориентацию подложки, даже при переохлаждении до -22°С.
Измерения составляющей скорости роста, параллельной базисной плоскости дендритов, растущих в воде при переохлаждении (Δ T ) до 20°С, следовали соотношению: . Ширина ветвей дендритов и расстояние между ними уменьшались с увеличением переохлаждения, оба подчинялись соотношению 10 -2 / Δ T см.
Ниже -8°С оболочка кончиков дендритов в плоскости базиса приобретала шестиугольную форму, а к -16°С скорость роста перпендикулярно плоскости базиса становилась сравнимой со скоростью роста параллельно плоскости базиса. Результаты интерпретируются с точки зрения различных кинетических процессов на разных гранях кристалла.
Abstract
В поляризованном свете исследована кристаллическая ткань льда, образующаяся при замерзании переохлажденной воды. Капли радиусом 0,1 см замораживали гомогенным зародышеобразованием при -33°С, различными посторонними частицами во взвешенном состоянии или ударом о плоскую подложку из монокристаллического льда. Масса воды объемом около 1,0 см 3 была заморожена введением монокристалла льда. Между 0 и -5°C кристаллы неизменно росли с единственной ориентацией, идентичной кристаллу-зародышу. С понижением температуры появлялось все больше кристаллов с новой ориентацией, их было несколько сотен на каплю, когда зародышеобразование происходило при -33°С.