Вода когда замерзает: При какой температуре вода замерзает? Вопрос не такой уж простой ( ͡° ͜ʖ ͡°) Давайте разберемся! Интересные факты бонусом

Содержание

Чистая вода может не замерзать и при 40 градусах ниже нуля

  • Главная
  • Об организации
  • Новостная лента
  • Библиотека
  • Специалисту
  • Задать вопрос
  • Мироненко 80!
  • База Знаний v 7.14
  • Контакты


вепсский лес
Институт Геоэкологии РАН
ANSDIMAT — обработка ОФР

Обычная пресная вода в естественных водоемах замерзает при нуле градусов Цельсия, однако в лабораторных условиях химически чистая вода может оставаться в жидком состоянии и при 40 градусах ниже нуля
Кроме того, как выяснили ученые, на скорость кристаллизации воды влияет не только температура и давление, но и электрическое поле. Вода на поверхности некоторых кристаллов и пленок с отрицательным электрическим зарядом не замерзает при температуре минус 11 градусов Цельсия, выяснили исследователи из института Вейцмана в Израиле, сообщает РИА Новости со ссылкой на журнал Science.
Переохлажденная вода, с которой экспериментировали ученые, это вода сохраняющая устойчивое жидкое состояние при значительных, до 40 градусах, ниже нуля. Следует отметить, что такое состояние воды считается крайне неустойчивым: при появлении частиц, вокруг которых может образоваться кристалл льда — центров кристаллизации — вода быстро замерзает.
Как выяснили ученые, капли воды на пленках из титаната стронция (SrTiO3) и кристаллах танталата лития (LiTaO3) без воздействия электрического поля замерзали при температуре около 12-12,5 градуса ниже нуля. Когда поверхностям придавали положительный электрический заряд, температура замерзания существенно поднималась — до минус четырех-семи градусов. На отрицательно заряженных кристаллах и пленках вода оставалась жидкой при 18-19 градусах ниже нуля.
Кроме того, с помощью рентгеновской дифрактометрии ученые выяснили, что в первом случае, при положительном заряде, образование кристаллов льда начинается на границе с твердым веществом, а во втором — с воздухом.
Влияние электрического поля на замерзание воды может объяснить такие биологические феномены, как выживание холоднокровных животных при низких температурах. Кроме того, полученные израильскими авторами результаты могут быть использованы при изучении проблем криоконсервации — заморозки живых клеток и тканей, защиты урожаев, производстве искусственного снега и рассеивании облаков.
Источник: АкваЭксперт.Ру

Последние новости

После обильных ливней пустыня Хаиль в Саудовской Аравии превратилась в реки и озера

22 ноября 2022
Пустыня в районе Хаиль превратилась в гигантские озера после прошедших ливней. Кроме того, в ряде районов выпал град, вследствие чего вода в пустынных реках смешалась с льдинками. На видеороликах, размещенных в соцсетях, можно увидеть, как машины едут по проложенной в пустыне трассе, а дорогу окружают залитые водой участки.На минувшей семидневке король Саудовской Аравии приказал в мечетях читать особые молитвы о ниспослании дождя, регулярно…

Экологи предрекают обмеление рек Тигр и Евфрат

22 ноября 2022
В ближайшие годы Ирак может столкнуться с серьёзным снижением производства сельскохозяйственной продукции.Об этом сообщает AP со ссылкой на мнение экспертов в сфере экологии мелиорации.По данным, которые приводит агентство, это связано с серьёзным обмелением рек Тигр и Евфрат. За последние десятилетия сток вод в две реки сократился на 40% и этот показатель продолжает снижаться. В связи с этим, эксперты прогнозируют, что к 2030 году объём урожаев,…

В Туле состоялся Форум недропользователей.

22 ноября 2022
С 10 по 11 ноября 2022 года в Туле при поддержке Федерального агентства по недропользованию (Роснедра) состоялся первый Форум недропользователей Центрального федерального округа (ЦФО). Организаторами мероприятия выступили Департамент по недропользованию по Центральному федеральному округу и Правительство Тульской области. На открытии Форума с приветственным словом к участникам обратились руководитель Роснедр Евгений Петров, заместитель губернатора…

Режим ЧС из-за бромдихлорметана в воде вернулся в Ростовскую область

22 ноября 2022
В городе Каменск-Шахтинский (Ростовская область), где проживают более 86 тыс. человек, вновь ввели режим ЧС из-за плохой воды. Соответствующее решение принял глава муниципальной администрации Владимир Шевченко по итогам заседания комиссии по предупреждению ЧС, состоявшейся 16 ноября.Согласно проведённым исследованиям, в пробах воды вновь оказалось превышено содержание бромдихлорметана и дибромхлорметана, которые уже становились причиной режима ЧС…

Определены темы Х Невского международного экологического конгресса

15 ноября 2022
Мероприятие состоится в мае 2023 годаВ мае 2023 года в Санкт-Петербурге пройдёт Невский международный экологический конгресс. Основными темами пленарного заседания, по словам вице-премьера Виктории Абрамченко, могут стать влияние человека на экосистемы и его ответственность за сохранение жизни на Земле.— Сегодня мы анонсируем проведение в мае 2023 года в Санкт-Петербурге Х Невского юбилейного международного экологического конгресса. За 9 лет на…

Просмотреть все новости…

Как горячая вода может замерзнуть быстрее холодной

Иногда горячая вода может замерзнуть быстрее
холодной. Новый эксперимент, проведенный с использованием
крошечных стеклянных бусин, может помочь объяснить почему, —
пишет sciencenews.org со
ссылкой на Nature.

Новое исследование показало, что горячий предмет может остывать
быстрее, чем холодный. При охлаждении более теплая система
достигла низкой температуры за меньшее время, чем более холодная
система.

Эксперимент был вдохновлен сообщениями об эффекте Мпемба —
парадоксальном наблюдении, что горячая вода иногда замерзает
быстрее, чем холодная. Но эксперименты, изучающие это явление,
были запутаны из-за сложности устройства воды и процесса
замерзания, что затрудняло воспроизведение результатов и
заставляло ученых не соглашаться по поводу того, что именно
вызывает эффект, как его определить и действительно ли он
существует.

Чтобы обойти эти сложности, Авинаш Кумар и Джон Бечхофер из
Университета Саймона Фрейзера в Бернаби (Канада) использовали
крошечные стеклянные бусины диаметром 1,5 микрометра вместо воды.

«Это первый случай, когда эксперимент может быть заявлен как
чистый, идеально контролируемый эксперимент, который
демонстрирует этот эффект», — говорит химик-теоретик Чжиюэ Лу из
Университета Северной Каролины в Чапел-Хилле.

В эксперименте шарик представлял собой эквивалент одной молекулы
воды, и измерения были выполнены 1000 раз при заданном наборе
условий для получения набора «молекул». Лазер воздействовал на
каждую бусину, создавая энергетический ландшафт или потенциал.
Тем временем шарик охлаждали на водяной бане. Эффективная
«температура» бусинок из объединенных испытаний может быть
получена из того, как они пересекают энергетический ландшафт,
перемещаясь в ответ на силы, передаваемые лазером.

Чтобы изучить, как система охлаждалась, исследователи отслеживали
изменения температуры бусинок во времени. Изначально они были
высокой или умеренной температуры, и исследователи измеряли,
сколько времени нужно, чтобы шарики остыли до температуры воды.
При определенных условиях шарики, которые вначале были более
горячими, охлаждались быстрее, а иногда и экспоненциально
быстрее, чем более холодные шарики. В одном случае более горячие
шарики охлаждались примерно за две миллисекунды, в то время как
более холодные шарики охлаждались в 10 раз дольше.

Может показаться разумным предположить, что более низкая
начальная температура обеспечит непреодолимую фору. В простой
гонке по термометру горячий объект должен сначала достичь
исходной температуры теплого объекта – кажется, что более высокая
температура может только увеличить время охлаждения.

Но в некоторых случаях эта простая логика неверна, особенно для
систем, которые не находятся в состоянии теплового равновесия
(когда все части достигли одинаковой температуры). Для такой
системы «ее поведение больше не определяется только
температурой», — говорит Беххофер. Поведение материала слишком
сложно, чтобы его можно было описать одним числом. По мере
охлаждения шарики не находились в тепловом равновесии, а это
означало, что их положения в ландшафте потенциальной энергии не
были распределены таким образом, чтобы их можно было описать с
помощью одной температуры.

Для таких систем, вместо прямого пути от горячего к холодному,
может быть несколько путей к холодности, что позволяет сократить
возможные пути. Для бусинок, в зависимости от формы ландшафта,
начало с более высокой температуры означало, что им было легче
перестроиться в конфигурацию, соответствующую более низкой
температуре. Это похоже на то, как турист может быстрее добраться
до места назначения, начав дальше, если отправная точка позволяет
ему избежать трудного подъема на гору.

Лу и физик Орен Раз ранее предсказывали, что такие короткие пути
охлаждения возможны. «Приятно видеть, что это действительно
работает, — говорит Раз из Института науки Вейцмана в Реховоте
(Израиль). Но, отмечает он, «мы не знаем, сработает ли это в воде
или нет».

Сложности с водой могут быть связаны с наличием примесей,
испарением и возможностью переохлаждения, когда вода остается
жидкой при температуре ниже нормальной температуры замерзания.

Простота исследования — часть его красоты, — заметила
физик-теоретик Мария Вучелья из Университета Вирджинии в
Шарлоттсвилле. «Это одна из очень простых схем, и она уже
достаточно богата, чтобы продемонстрировать этот эффект». Это
говорит о том, что эффект Мпембы может выходить за рамки
стеклянных бусин или воды. «Я могу предположить, что этот эффект
в природе проявляется довольно часто в других местах, просто мы
не обращали на него внимания».

[Фото: sciencenews.org]

Расширение воды при замерзании

Расширение воды при замерзании

Тот факт, что вода при замерзании расширяется, заставляет айсберги плавать. Тот факт, что вода достигает максимальной плотности при температуре около 4°C, приводит к тому, что водоемы сначала замерзают сверху. Затем дальнейшее расширение как часть фазового перехода удерживает лед, весящий около 8% его массы над поверхностью. Расширение во время фазового перехода может быть показано на поверхности PvT и контрастирует с сужением при замерзании большинства веществ.

Расширение при замерзании связано с тем, что вода кристаллизуется в открытую шестиугольную форму. Эта шестиугольная решетка содержит больше места, чем жидкое состояние.

В то время как гексагональная форма льда, описанная выше, является основной формой льда и является доминирующей формой от точки замерзания при 273 К до примерно 72 К, по Дебенедетти и Стэнли было идентифицировано 13 различных кристаллических форм льда. .

 Индекс

Понятия о воде

Понятия о химии

 

3

Гиперфизика***** Химия R Неф 9005
Назад

Вода при обычной температуре сжимается и увеличивается в плотности по мере охлаждения, как и большинство веществ. Но примерно при 4°C он достигает максимальной плотности, а затем уменьшается в плотности по мере приближения к точке замерзания. Это уменьшение плотности составляет всего одну часть на 10 000 при охлаждении с 4 ° C до 0 ° C, но этого достаточно, чтобы вода, почти замерзшая, поднялась наверх. При замерзании вода еще больше расширяется, так что вода замерзает сверху вниз, а лед плавает на воде.

Вода имеет самую высокую удельную теплоемкость среди всех распространенных веществ, 1 калория/г·°C = 4,186 Дж/г·°C. Это обеспечивает стабильность температуры суши, окруженной водой, обеспечивает стабильность температуры тела человека, делает его эффективным охлаждающим агентом и многие другие преимущества. Высокая теплота испарения воды делает ее эффективным охлаждающим средством для человеческого тела за счет испарения пота, расширяя диапазон температур, в которых могут существовать люди.

Стандарт плотности воды составляет 1 грамм/см 3 .

 Индекс

Понятия о воде

Понятия о химии

 

3

Гиперфизика***** Химия R Неф 9005
Вернуться назад

Изменение состояния — замораживание | Глава 2: Состояния материи

Вам это нравится? Не нравится ? Пожалуйста, найдите время, чтобы поделиться с нами своими отзывами. Спасибо!

Урок 2.4

Основные понятия

  • Замораживание — это процесс, при котором вещество превращается из жидкого в твердое.
  • Замерзание происходит, когда молекулы жидкости замедляются настолько, что их притяжение заставляет их занимать фиксированные положения как твердое тело.

Краткое изложение

Учащиеся смешают лед и соль в металлической банке, чтобы сделать ее очень холодной. Затем они увидят, как на внешней стороне банки образуется жидкая вода и лед. Студенты будут смотреть анимацию молекул воды, расположенных в виде льда.

Задача

Учащиеся смогут объяснить на молекулярном уровне, почему при достаточно низкой температуре водяной пар в воздухе может конденсироваться в жидкую воду, а затем замерзать с образованием льда.

Оценка

Загрузите лист с заданиями учащегося и раздайте по одному учащемуся, если это указано в задании. Рабочий лист будет служить компонентом «Оценить» каждого плана урока 5-E.

Безопасность

Убедитесь, что вы и ваши ученики носите подходящие защитные очки.

Материалы для каждой группы

  • Пустая чистая металлическая банка из-под супа
  • Соль
  • Лед
  • Металлическая ложка или прочная палочка
  • Чайная ложка
  • Бумажные полотенца

Материалы для учителя

  • Плоскогубцы
  • Клейкая лента

Об этом уроке

Если уровень влажности в вашем классе слишком низкий, вы не сможете выполнять действия, описанные в разделе «Изучение» этого урока. Однако вы все же можете провести урок, показав учащимся видеоролик «Лед в банке». Может быть полезно показать учащимся разницу в ваших результатах.

  1. Покажите учащимся, что жидкая вода при замерзании расширяется и превращается в твердый лед.

    Подготовка учителя

    • Налейте 50 миллилитров воды в пластиковый мерный цилиндр объемом 100 мл и поместите его в морозильную камеру на ночь.
    • На следующий день принесите его в класс и покажите ученикам, что уровень льда выше, чем уровень воды, с которым вы начали. Объясните учащимся, что при замерзании вода расширяется и занимает больше места, чем в жидком состоянии.

    Показать фильм Ледяная бомба

    Это видео из фильма «Химия оживает!» серия и используется с разрешения Отдела химического образования Американского химического общества.

    Спросите студентов:

    Как вы думаете, почему замерзшая вода в металлическом контейнере вызвала его взрыв?
    Молекулы воды расходятся дальше друг от друга при замерзании воды. Это движение привело к тому, что металлический контейнер лопнул.
    Почему в холодные зимы на дорогах могут образовываться выбоины?
    Подсказка: подумайте о том, что случилось с металлическим контейнером.
    Когда вода попадает в небольшие трещины на дороге и замерзает, она расширяется и разрушает асфальт. Когда это продолжает происходить под поверхностью, в конечном итоге образуется выбоина.

    Спросите студентов:

    Как вы думаете, что происходит с молекулами воды, когда жидкая вода превращается в твердый лед?
    Студенты узнали, что при охлаждении водяного пара притяжение между молекулами воды приводит к их конденсации и превращению в жидкую воду. Студенты могут сказать, что молекулы воды замедляются настолько, что их притяжение удерживает их вместе, как лед.

    Примечание: учащиеся могут сказать, что молекулы воды сближаются, образуя лед. Вода необычна тем, что ее молекулы удаляются друг от друга при замерзании. Молекулы практически любого другого вещества при замерзании сближаются. Подробнее об этом будет рассказано в главе 3 «Плотность».

    Раздайте каждому учащемуся лист с заданиями.

    Учащиеся записывают свои наблюдения и отвечают на вопросы о задании в листе задания. Разделы «Объясните это с помощью атомов и молекул» и «Возьми это» Дальнейшие разделы листа заданий будут выполняться в классе, в группах или индивидуально в зависимости от инструкций. Посмотрите руководство для учителя, чтобы найти вопросы и ответы.

  2. Попросите учащихся охладить металлическую банку, чтобы на ней образовался лед.

    Вопрос для расследования

    Как заставить водяной пар в воздухе сконденсироваться, а затем замерзнуть?

    Материалы для каждой группы

    • Пустая чистая металлическая банка из-под супа
    • Соль
    • Лед
    • Металлическая ложка или прочная палочка
    • Чайная ложка
    • Бумажные полотенца

    Материалы для учителя

    • Клещи
    • Клейкая лента

    Подготовка учителя

    Используйте плоскогубцы, чтобы согнуть острые края банки вниз. Затем обмотайте обод 2–3 слоями изоленты, чтобы предотвратить возможные травмы.

    Процедура

    1. Протрите банку снаружи бумажным полотенцем.
    2. Поместите 3 чайные ложки соли с горкой на дно банки. Заполните банку примерно наполовину льдом.

    3. Добавьте еще 3 чайные ложки соли с горкой.

    4. Добавьте еще льда, пока банка почти не заполнится, и добавьте еще 3 чайные ложки соли.

    5. Крепко держите банку и перемешивайте смесь льда и соли металлической ложкой или прочной палочкой в ​​течение примерно 1 минуты. Уберите ложку и осмотрите банку снаружи. Пока не трогай.

    6. Подождите 3–5 минут. Пока вы ждете, смотрите анимацию.

    Подробнее о том, почему соль снижает температуру смеси ледяной воды, см. в разделе «История учителя».

    Примечание. После выполнения шага 5 вы можете предложить учащимся поместить термометр внутрь банки. Температура смеси соли и льда будет ниже нормальной точки замерзания воды, которая составляет 0 °C.

    Ожидаемые результаты

    На внешней стороне банки появится тонкий слой льда. Студенты также могут увидеть жидкую воду в верхней части банки, где она не такая холодная.

  3. Обсудите наблюдения учащихся и спросите, как притяжение и движение молекул могут объяснить изменения состояния.

    Спросите студентов:

    Посмотрите и потрогайте банку снаружи. Что вы наблюдаете?
    Тонкий слой льда покрывает самую холодную часть банки. Некоторые маленькие капли воды могут появиться выше на банке, где она не такая холодная.
    Опишите, что происходит с молекулами воды, когда они превращаются из водяного пара возле банки в лед на банке.
    Молекулы водяного пара в воздухе возле банки охлаждаются, когда энергия воздуха передается холодной банке. Эти молекулы воды замедлились, сконденсировались в жидкую воду, а затем замерзли, превратившись в лед.
    В вашей банке может быть немного воды и льда снаружи. Объясните, как это возможно.
    Крошечные капли воды появляются на части банки над льдом, потому что молекулы замедляются и конденсируются в жидкую воду. Лед появляется на более холодной части банки, потому что водяной пар, соприкасавшийся с этой частью банки, охлаждался настолько, что замерзал.

    Дайте учащимся время ответить на вопросы об упражнении и анимации.

  4. Покажите анимацию молекулярной модели, чтобы помочь учащимся наглядно представить, что происходит при замерзании воды.

    Проецировать анимацию Ледяная структура

    Укажите: когда вода замерзает, молекулы воды замедляются настолько, что их притяжение приводит их в фиксированное положение. Молекулы воды замерзают в форме шестиугольника, и молекулы находятся дальше друг от друга, чем в жидкой воде.

    Примечание: молекулы льда будут вибрировать. Вибрации здесь не показаны, но показаны на следующей анимации.

    Проецировать анимацию Ice под разными углами.

    Объясните, что эта анимация показывает разные виды ледяного кристалла. Укажите, что даже если лед холодный, его молекулы все равно движутся. Они вибрируют, но не могут пройти мимо друг друга.

  5. Предложите учащимся сравнить молекулярные модели жидкой воды и льда.

    Проецирование изображения «Вода и лед»

    Спросите студентов:

    • В чем разница между жидкой водой и твердым льдом?

    Молекулы в жидкой воде расположены ближе друг к другу, чем во льду. В этом отношении вода необычна по сравнению с другими веществами. Молекулы жидкости движутся относительно друг друга. Водородный конец одной молекулы воды притягивается к кислородному концу другой, но только на короткое время, потому что они движутся.

    Молекулы льда находятся дальше друг от друга, чем в жидкой воде. Вот почему лед плавает в воде. Молекулы льда находятся в фиксированном положении, но все же вибрируют.

  6. Попросите каждую группу расположить свои молекулы воды в виде шестигранного ледяного кольца.

    Учащимся не нужно ориентировать молекулы точно так же, как в модели заполнения пространства, но они должны попытаться расположить атом водорода одной молекулы рядом с атомом кислорода другой. Попросите учащихся осторожно обращаться со своими моделями, потому что они понадобятся им для других уроков.

  7. Обсудите, почему разные жидкости имеют разную температуру замерзания.

    Скажите учащимся, что температура, при которой замерзает вещество, называется точкой замерзания. Температура замерзания воды составляет 0 ° C (32 ° F). Кукурузное масло и изопропиловый спирт имеют более низкую температуру замерзания, чем вода. Это означает, что их нужно охладить до более низких температур, чтобы они замерзли.

    Таблица 1. Температура замерзания воды, кукурузного масла и изопропилового спирта.
    Вода 0 °С
    Кукурузное масло около -20 °С
    Изопропиловый спирт −88,5 °С

    Спросите учащихся:

    Как вы думаете, почему разные жидкости имеют разную температуру замерзания?
    Помогите учащимся понять, что каждая жидкость состоит из разных молекул. Молекулы жидкости притягиваются друг к другу в разной степени. Молекулы должны замедлиться до различных уровней, прежде чем их притяжение сможет закрепиться и организовать их в фиксированные положения в виде твердого тела.

  8. Предложите учащимся рассмотреть точку замерзания газа.

    Скажите учащимся, что окружающий их воздух состоит из различных газов. Притяжение между молекулами газов в воздухе (кроме водяного пара) настолько слабое, что их необходимо охлаждать до очень низких температур, чтобы сконденсироваться в жидкость или замерзнуть в твердое состояние.

    Газообразный азот составляет около 80% воздуха. Если азот сделать достаточно холодным, слабое притяжение между его молекулами может привести к его конденсации в жидкость. Азот конденсируется в жидкость при -196°С, а замерзает при -210°С.

    Покажите видео Жидкий азот.

  9. Покажите несколько изображений инея и объясните, как вещества могут иногда переходить из газообразного состояния в твердое.