Температура замерзания воды

Температура замерзания воды Свойства воды
Когда замерзает вода? При какое температуре? Вопрос не корректный - здесь не уточняется - какая вода? Вода бывает пресной водопроводной, речной, морской, дистиллированной или соленой. Мы рассмотрим температуру замерзания каждого типа воды.

Как вы думаете, вода всегда замерзает при 0°С? Ну, это не совсем так. На самом деле чистая вода может замерзнуть даже при более низких температурах, вплоть до -42°C. Однако для формирования кристаллов льда ему нужна основа, которой может быть что угодно — от частиц пыли до пузырьков воздуха или трещин в контейнере с водой.

Это означает, что чистая вода без каких-либо посторонних частиц может вообще не замерзнуть при 0°С. Кроме того, степень солености воды может напрямую влиять на ее температуру замерзания: чем больше соли, тем ниже температура, необходимая для замерзания.

Температура замерзания пресной воды — 0 °C.

Например, океанская вода начинает замерзать при температуре около -1,9°C. Но как насчет рыбы? Те, что обитают в полярных морях, имеют температуру замерзания крови -0,5°C, достигаемую за счет белков в их крови, которые подавляют процесс кристаллизации.

Вода на планете

Значение воды на нашей планете неизмеримо, так как это не только одно из самых существенных, но и самых замечательных явлений. Вода играет важнейшую роль в возникновении и продолжении жизни на Земле, в химическом составе живых организмов, в формировании погоды и климата. Таким образом, вода является самым важным веществом для всех живых существ на планете.

Большая часть поверхности Земли покрыта водой, включая океаны, моря, озера, реки и лед. Примерно 96,5 % воды Земли находится в океанах, 1,7 % — в подземных запасах, еще 1,7 % — в ледяных шапках и ледниках Антарктиды и Гренландии, небольшая часть — в реках, озерах и болотах. Только 0,001% воды находится в облаках, которые образуются из льда и жидких частиц воды, взвешенных в атмосфере.

При нормальных условиях вода находится в жидком состоянии, но при температуре 0°С застывает в лед, а при 100°С закипает и превращается в водяной пар.

При создании температурной шкалы Цельсия температуры таяния льда и кипящей воды использовались для определения значений 0°C и 100°C соответственно.

Лед

Лед можно найти в различных формах в природе, таких как материк, плавающий, подземный, снежный, иней и иней. Под действием собственного веса лед становится пластичным и текучим.

Природный лед, как правило, намного чище воды, потому что первые молекулы, которые входят в решетку при кристаллизации воды, — это молекулы воды.

На Земле имеется около 30 миллионов км³ общих запасов льда, большая часть из которых расположена в полярных шапках, особенно в Антарктиде, где толщина ледяного слоя может достигать 4 км.

В океанах соленая вода препятствует образованию льда, поэтому лед образуется только в полярных и субполярных регионах с продолжительными и очень холодными зимами. Некоторые мелководные моря в умеренном поясе также замерзают.

Кроме того, лед был обнаружен на планетах Солнечной системы, таких как Марс, его спутники, карликовые планеты и ядра комет.

Понимание свойств воды имеет решающее значение для прогресса человечества.

Свойства замерзшей воды

Кроме того, вода способна разрушать под своим воздействием особенно твердые породы. Одним из уникальных свойств воды при замерзании является ее расширение, позволяющее льду плавать на воде в жидком состоянии.

Как физическое вещество вода имеет сильное сродство к самой себе, большее, чем любая другая жидкость. Это свойство заставляет воду образовывать сферические капли на поверхностях, поскольку сферы имеют наименьшую площадь поверхности для данного объема.

Самая высокая плотность воды возникает при 4 градусах Цельсия, а замерзает она при нуле градусов Цельсия.

Однако морская вода замерзает при более низкой температуре -1,9 градуса по Цельсию из-за ее солености.

Вода обладает высокой теплоемкостью, то есть она относительно мало нагревается при повышении температуры. Кроме того, вода обладает высокой скрытой теплотой плавления (около 80 кал/г) и испарения (около 540 кал/г), позволяя ему поглощать значительное количество тепловой энергии.

Вода также имеет постоянную температуру при кипячении или замерзании.

Дистиллированная вода имеет низкую способность проводить электричество, но наличие даже небольшого количества солей может значительно увеличить ее проводимость.

При смешивании соли со снегом происходят два процесса — кристаллическая структура соли разрушается с поглощением тепла, а ионы гидратируются, выделяя тепло в окружающую среду. Для поваренной соли и хлористого кальция преобладает разрушение кристаллической структуры, приводящее к активному отводу тепла из окружающей среды.

Солевые растворы имеют температуру замерзания ниже 0 градусов по Цельсию, поэтому их используют для таяния снега на тротуарах при отрицательных температурах.

Снег обладает уникальным свойством под названием «память» и может сохранять информацию. Например, глубина и давление следов животных, оставленных на снегу, могут научить нас физике.

Более крупные животные оставляют более глубокие следы, а более мелкие оставляют неглубокие.

Опыт — замерзание соленой воды

Чтобы заморозить соленую воду, наполните две формы чистой водой и очень соленой водой. Поместите формы в холод или морозильную камеру. Вы заметите, что чистая вода замерзает, а соленая вода замерзает только при очень низких температурах. Хотя вода обычно имеет наибольшую плотность при 4 градусах Цельсия, она замерзает при нуле градусов Цельсия.

 

Пресная и соленая вода
Пресная и соленая вода — начало опыта
Пресная и соленая вода 2
Пресная и соленая вода — после замерзания. Пресная вода замерзла быстрее.

Однако морской лед ведет себя иначе, чем пресноводный лед. По мере увеличения солености температура замерзания соленой воды снижается. Температура замерзания колеблется от -1,6 до -1,9 градусов по Цельсию при уровне солености от 30 до 35 частей на миллион.

Образование морского льда можно рассматривать как замерзание пресной воды, но соли вытесняются в ячейки морской воды внутри ледяной массы. Когда температура достигает точки замерзания, образуются кристаллы льда, которые покрывают незамерзшую воду.

Замерзание дистиллированной воды

При температуре -42 °С дистиллированная вода замерзает из-за отсутствия в ней примесей и других компонентов, которые могли бы послужить зародышами для кристаллизации. После прохождения нескольких ступеней очистки дистиллированная вода освобождается от таких веществ. На самом деле современным ученым удалось очистить воду до такой степени, что она замерзает только при -70°С. Это невероятное свойство принесло ей название переохлажденной воды.

Интересно, что если в дистиллированную воду добавить даже небольшое количество снега, песка или льда, то под действием низкой температуры она моментально замерзнет в красивые длинные кристаллы.

Замерзание соленой воды

Когда очищенная вода замерзает при очень низких температурах, соленая вода замерзнет при температуре -1,9 градуса по Цельсию. Однако индекс замерзания воды непостоянен из-за различных факторов, таких как концентрация солей и территориальное расположение.

Каспий замерзает при -0,5 градуса по Цельсию, Азовское море при -0,7 градуса по Цельсию, а Японское море не замерзает вообще из-за чрезвычайно высокого содержания соли в нем  — 34 промилле. Балтийское море и пресные водоемы замерзают при 0 градусов по Цельсию.

Каспийское море начало замерзать
Каспийское море начало замерзать

Ученые установили, что средняя скорость замерзания воды во всех морях составляет -4 градуса по Цельсию.

Интересные факты включают в себя способность соли заставлять воду замерзать при температуре -21 градус Цельсия, а также плавить лед. Холодная вода замерзает медленнее, чем горячая при низких температурах. Только 3% мировой воды пригодно для питья, а вода с добавлением метана будет гореть. Электрическое поле может удерживать воду в жидком состоянии при низких температурах. Лед содержит пузырьки воздуха и не тонет, поэтому вода под ним не замерзает.

Заключение

В заключение следует отметить, что температура замерзания воды зависит от концентрации примесей и солей в ее химическом составе и других факторов, таких как территориальное расположение.

Мария Суровкина

Я - Мария Суровкина, автор статей. Я - гидролог, географ. Люблю свою профессию и люблю рассказывать о воде, ее свойствах и о водной поверхности нашей Земли - о реках, морях, океанах и о взаимодействии воды с атмосферой, литосферой. Вода - это жизнь.

Оцените автора
О воде
Добавить комментарий