При какой температуре замерзает вода?
При какой температуре замерзает вода?
Ноль.
Интересное химическое явление происходит в момент перехода из жидкообразного состояния в твердое. До сих пор, как в детстве, удивляюсь всему этому, несмотря на то, что детство уже позади и как все это устроено я знаю. Я работал в музее наук и был экскурсоводом. Рассказывал, помогал понять, показывал различное шоу. Один из любимых номеров у детей было превращение обычно роз в лед. Было приятно наблюдать их удивленные лица, сопровождая все это собственным удивлением ради детей.
Вода. Кислород
H2O. Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного кислород. Водород на первой позиции в периодической системе химических элементов таблице Менделеева. Для большинство химических реакций требуется водород.
Обыденное состояние для воды - жидкое. Также есть еще два вида состояния воды, твердообразное и газообразное.
Кислород-жизнь. Равное по значимости воде. Каждому живому существу на земле требуется кислород, для жизнеобеспечния организма.
Процесс замерзания
Так как же протекает этот процесс внутри молекулы воды? Как вода переходит из жидкого состояния в твердое?
У воды есть свои границы перехода в три состояния (на мой взгляд):
- Ноль (переход в твердое).
- Выше ноля (переход в газообразное, чем выше, тем быстрее испарение).
- Выше ноля и до 20 градусов (я считаю, что тут естественное состояние, потому-что она не испаряется так быстро, а больше находится в жидком состояние).
При температуре выше ноля, преобладает тепловая энергия, то есть молекулы воды находится в постоянном движение, то есть, чем выше температура, тем быстрее движение молекул. Тоже самое происходит и с замерзанием, только наоборот.
При температуре ниже ноля, тепловая энергия уже не так преобладает, в отличии от энергии молекулярных связей. В результате чего, тепловая энергия уже не препятствует и строгому упорядочению структуры.
Другими словами, когда температура воды ниже нуля, молекулы воды не бегают, как бешеные, а успокаиваются и становится на место.
Обычно, температурой, при которой вода замерзает, считают 0 градусов, но это не совсем верно. Точнее, это верно для воды с примесями. Известны случаи, при которых вода при температуре -20 и -30 не замерзала. Но тут есть одна оговорка — эта вода была дистиллированной — почти не содержала примесей. Но обычная вода, текущая из наших кранов, замерзает про температуре несущественно ниже нуля.
—0,15°C замерзает вода
За окном пламенеет осень, еще две недели – и большая ее половина останется позади. Значит, скоро зима – со снегом, ледяными горками, санками и коньками. И все это белоснежное великолепие получается путем замерзания воды. При этом развлекаться мы развлекаемся, а даже не все знают, при какой температуре замерзает вода. Давайте исправляться!
Температура замерзания воды
Как все знают из школьного курса физики, подкрепленного жизненным опытом, вода может меняться – совершать переход между агрегатными состояниями.
- Быть жидкой – такой, какой все привыкли видеть ее в кружке.
- Превращаться в пар – он идет из чайника при нагревании.
- Замерзать или кристаллизироваться – если поместить в достаточно холодное место.
Чтобы вода стала кристалликом льда, окружающая температура воздуха должна быть равна 0° С. Это если говорить о привычных условиях.
Если же изменить атмосферное давление, то изменится и температура замерзания. С ростом давления подрастет, при снижении также снизится.
Замерзание жидкостей и мороженое
Благодаря замерзанию можно получить множество вкусностей. Заморозил, скажем, сладкое молоко или сливки, перемолол получившийся ледяной кусочек в блендере для однородной структуры – и получаешь вкуснейшее домашнее мороженое.
А летом так приятно заморозить фруктовый сок, предварительно засунув внутрь деревянную палочку!
Итак, встает логичный вопрос – отличается ли температура замерзания соков, молока и других вкусных вещей от температуры, при которой затвердевает вода.
Результаты вот такие:
- Неразбавленное молоко замерзнет при температуре в 0,533° С.
- И чем оно будет жирнее, тем ниже нужна температура. Так что если вам хочется сделать мороженое из сливок, придется еще сильнее охладить воздух в морозилке.
- Температура замерзания сока будет зависеть от содержания сахара. Переслащенный сок может не замерзнуть и при -10° С. Для натурального хватит гораздо более высоких температур.
Вывод из этого простой: считать, что любая жидкость, как и вода, замерзает при одинаковой температуре, не стоит. Это зависит и от атмосферного давления, и от состава самой жидкости.
Вода - это основа жизни. Без нее никуда. Со свойствами замороженной воды я столкнулась однажды зимой, когда моя подруга провалилась под лед. К счастью, все обошлось, но этот урок я запомнила надолго. Первоначально вам следует знать, что вода бывает в трех агрегатных состояниях: жидкое, твердое, газообразное.
Три состояния воды
Вода - это уникальная жидкость, не имеющая цвета, запаха, вкуса. Она как и многие другие вещества, имеет три вида состояния: жидкое, твердое, газообразное.
- Твердое. Твердое состояние воды - лед. Учительница химии, рассказывая о нетипичных свойствах воды, затронула несколько фактов: в твердом состоянии вода легче чем в жидком. Это объясняет нахождение льда на поверхности, а не на дне реки. А еще в твердом состояние плотность воды больше чем в жидком. Поэтому оставленные на морозе банки взрываются.
- Жидкое. Жидкое состояние воды поддерживается температурой от 0 до 100 градусов.
- Газообразное. После 100 градусов жидкость начинает кипеть и испаряться (испаряется она и при комнатной температуре, но не так обильно). Далее, в открытой местности, частицы воды собираются в тучи и проливаются на какой-нибудь территории.
Вода в природе
Твердые образования воды можно встретить в своей морозильной камере, на улице или на стекле. Зимой лед затягивает поверхность реки, а осенью или ранней весной появляется иней. Также кристаллы воды можно встретить при ледяном тумане. Ледяной туман - почти тоже самое, что и обычный, но вместо капелек воды в подвешенном состоянии находятся ледяные частички. Это очень редкое явление, которое можно наблюдать только при особых условиях и температуре ниже 0.
Лед - опасность
Чтобы лед вас радовал своим видом и не принес неприятностей, важно соблюдать технику безопасности. В холодный период ледяной покров на тротуарах может быть опасен. Если в вашем городе его не убирают, также как в моем, будьте бдительны и ходите как пингвины.
В период оттепели и ранней осени не выходите на поверхность водоемов, так как лед очень тонок.
Если некоторым людям уроки географии могут сниться только в страшном сне, у меня всё не так. Я с радостью читаю научную литературу, хорошо разбираюсь в географических картах, и с легкостью могут помочь любому школьнику. Однажды я поняла, что знания необходимо постоянно развивать. Сейчас объясню, как я пришла к этому выводу.
Я приехала к морю в октябре, чтобы пройти оздоровительные процедуры. В тот день было очень холодно, но я вышла на улицу, чтобы прогуляться возле берега. Но, посмотрев на смарт часы, удивилась: температура 0°C. Тогда почему вода в море не замерзла? Сегодня вместе найдем ответы.
При какой температуре замерзает вода
Наука хороша тем, что можно найти любой ответ. Ты только задумался, а ответ уже готов. Просто необходимо быть более любопытным, читать больше книг. Ученые уже давно огласили теорию, что вода замерзает при температуре 0°C. Подобная информация есть в учебниках для школьников. Но это неправда. Потому что вода застывает, а не замерзает. Процесс превращения воды в лёд называется кристаллизацией (это более точный термин).
Когда температура достигает 0°C вода начинает менять форму. Соответственно не замерзает полностью, а только начинает застывать. Стоит учитывать состав жидкости, если в воде есть примесь (соль, песок, пыль), она будет застывать дольше. Нет оснований для построения кристаллической структуры, процесс замерзания замедляется.
Хватит верить в мифы о воде
Проще запомнить несколько утверждений, чем читать энциклопедии, проводить эксперименты. Поэтому, даже в 21 веке люди руководствуются ложными суждениями.
Топ известных мифов о воде:
- Дистиллированная вода — самая лучшая для питья. На самом деле, в процессе чистки уничтожаются всё, полезные минералы в том числе.
- Вода — бесцветная субстанция. Вода не только обладает прозрачностью (может быть мутной), но имеет оттенок, подземные воды имеет желтоватый или сероватый оттенок. Морская вода может быть голубой, темно-синей.
- Воду можно пить в неограниченных количествах. Существует формула, которая определяет дневную норму жидкости, которую должен выпить человек. Всё зависит от веса (минимум два литра в день).
Вода — источник жизни. Она обладает силой, необходимо аккуратно пользоваться этим подарком природы.
В моем детстве в магазинах мало чего было, а летом в жару очень хотелось мороженого. Я, как и многие советские детишки, в морозильной камере замораживал воду с разведенным вареньем, то и дело заглядывал, готово ли.
Еще тогда изучил, что лед получается при температуре ниже 0 градусов. Став старше, узнал, как проходит процесс замерзания, какая температура нужна для этого разным водным растворам.
При какой температуре замерзает вода
Вода – это самая загадочная субстанция на планете. Она бывает разной:
- пресной и питьевой;
- минеральной;
- морской и солоноватой;
- дистиллированной и деионизированной.
От ее состава как раз и зависит температура замерзания. Обычная питьевая вода превращается в лед при температуре 0 градусов по Цельсию.
Но если добавить в нее различные соли, сахар или спирт, тогда потребуется температура значительно ниже. Дистиллированная вода, в которой отсутствуют примеси, и вовсе замерзает, если охладить ее ниже -42 градусов, в обычном холодильнике такой опыт не получится. При давлении даже простая водопроводная вода начнет замерзать только при отметке -2 градуса, чем больше оно будет, тем ниже потребуется температура. Чтобы понять, отчего так происходит, надо поближе познакомиться с процессом замерзания.
Как замерзает вода
В обыкновенной воде есть микроскопические частички, это может быть пыль, глина, песок. При понижении температуры и достижении отметки в 0 градусов они становятся центрами, вокруг которых появляются кристаллы льда. Пузырьки воздуха, трещины на посуде тоже могут стать такими ядрами кристаллизации. Чем их больше, тем быстрее пойдет процесс.
Для воды с примесью соли и прочих добавок требуется больше времени для замерзания потому, что у нее высокая плотность, и чем она выше, тем дольше жидкость будет замерзать. Дистиллированную воду вообще невозможно заморозить в домашних условиях из-за отсутствия таких центров, если в ней нет пузырьков воздуха и трещинок на емкости, в которую она налита.
Может ли вода замерзнуть при положительной температуре
Мне известны 2 фактора, при которых лед образуется при плюсовых показателях температуры. На высоте более 1000 км вода начинает замерзать уже при температуре +2 градуса.
И совсем уж предстает загадочная картина, если в нее добавить каустическую соду. Чем выше концентрация, тем выше температура замерзания. Например, 44% раствор превратится в лед при температуре +7 градусов.
Мне, как любому садоводу, с детства известно, что воду, запасенную в бочке для полива, в конце осени необходимо вылить. А если на даче банька есть, то и там все емкости лучше осушить. Ведь при понижении температуры воздуха вода превратится в лед, который не пощадит ни баки, ни канистры, ни другую тару. Их просто разорвет или они деформируются и станут непригодны для использования.
При какой температуре замерзает вода
Происходит это все из-за того, что при замерзании вода увеличивается в объеме и образовавшийся лед перестает помещаться в емкости. Про то, что температура кристаллизации Н₂О равна нулю градусов Цельсия, знает, наверное, каждый школьник. Но в реальности, она определяется двумя основными факторами:
- давлением;
- степенью чистоты воды;
При повышении давления происходит понижение температуры замерзания Н₂О, к такому же результату приводит увеличение в ней примесей. Но из этого правила есть одно исключение — дистиллированная вода. Ее ученым удалось охладить до 70°С, и она при этом осталась в жидком состоянии.
Еще раз про дистиллированную воду
При помощи дистиллировки можно удивить друзей, сделав лед без участия в процессе холодильника, почти :). Налив дистиллированную воду в бутылку и подержав ее в морозилке пару часов, надо достать ее, при этом она останется жидкой и на глазах удивленных товарищей постучать по емкости. Вода тут же начнет превращаться в лед.
Очищение воды при помощи заморозки
Используя уникальные свойства Н₂О и особенности образования льда, можно из обычной водопроводной сделать чистую и полезную воду. Изначально в жидкости, вытекающей из крана, содержится:
- «живая» — пресная вода;
- «мертвая» или «тяжелая» — вода, содержащая атомы дейтерия и трития, вместо обычного водорода;
- рассол — различные примеси солей, органики и другой гадости.
При постепенном охлаждении сначала будет замерзать «тяжелая» вода, затем пресная и в самую последнюю очередь рассол с примесями. Таким образом, выкинув верхнюю ледяную корочку, образовавшуюся в первую очередь, и слив воду, которая осталась незамерзшей дольше всего, можно получить наичистейший лед. А растопив его, выпить удивительно вкусную и полезную воду.
С необычными свойствами воды мне пришлось познакомиться в старшей школе. Однажды, я положил бутылку с ней в морозилку, плотно закрыв её, а на следующее утро меня ожидал самый настоящий разгром. Она буквально разорвалась и перевернула всё. Меня заинтересовал этот случай и захотелось познакомиться со свойствами воды поближе.
При какой температуре замерзает вода
Первое с чем я познакомился, была температура кристаллизации воды. Тут и началось самое интересное. Оказывается, всеми принятая температура замерзания в 0°C действует только при нормальных условиях (760 мм рт. ст.).
А как известно, давление в разных точках земного шара отличается, например, в горах он резко снижается, а на низменностях оно повышенное. Таким образом, нет постоянной температуры замерзания воды, она существует только для определённого давления.
Здесь прослеживается определённая закономерность: чем выше давление в окружающей среде, тем больше температура кристаллизации и соответственно наоборот, чем ниже давление, тем меньше температура замерзания. Выходит, что если достаточно сильно повысить давление, то можно добиться того, чтобы вода становилась льдом при положительной температуре.
Так же, огромное влияние на заморозку оказывает количество примесей в ней. К примеру, солёная вода замерзает при более низких температурах (приблизительно -1,8°C). Но тут проскальзывает ещё одно интересное свойство, абсолютно чистая вода, не замерзает при температуре -80°C.
Другие интересные свойства воды
Вода является самой универсальной и удивительной субстанцией, на нашей планете. Она обладает множеством других уникальных свойств:
- Дистиллированная вода, прекрасный диэлектрик и практически не способна проводить ток.
- Единственное вещество, которое может существовать одновременно в трёх агрегатных состояниях (тройная точка воды).
- Расширяется при замерзании и при испарении тоже расширяется.
- Лёд легче воды в жидком состоянии, лишь у нескольких веществ есть подобные свойства.
- Растворяет практически все вещества на нашей планете.
- За счёт водородных связей, обладает невероятной термоустойчивостью.
В детстве мне очень нравилось смотреть на сосульки, свисающие с крыш. Прозрачные, сверкающие на солнышке льдинки неизменно притягивали мои взгляды. Некоторые, расположенные не очень высоко, мне даже удавалось достать и рассмотреть поближе. Но каждый год с наступлением весны, они таяли, превращаясь в веселую капель. Так при каких же условиях образуется лед?
При какой температуре замерзает вода
Считается, что при нормальном давлении и наличии небольшого количества примесей вода начинает переходить в состояние льда при 0 градусов. Но если изменить эти условия, то изменится и температура кристаллизации воды. Так, например, очищенная дистиллированная вода замерзает при температуре от -10 градусов и ниже.
Интересные факты про лед
На самом деле, лед – удивительное вещество. Я считаю, что наша жизнь во многом от него зависит. Во-первых, лед содержит в себе огромные запасы пресной воды. Во-вторых, именно лед удерживает воду в мировом океане на определенном уровне и сдерживает этот уровень от катастрофического повышения.
Самые интересные, на мой взгляд, факты про лед:
- Ледяной дождь. Вы слышали о таком природном явлении? Оно происходит при прохождении снега через теплые, а затем холодные слои атмосферы. Такой дождь очень опасен. В результате все вокруг покрывается толстым слоем льда, дороги превращаются в каток, обрываются провода, обламываются деревья.
- Разноцветные айсберги. Как это ни странно на первый взгляд, но айсберги чаще всего не белые, а синевато-зеленоватые. Объясняется это очень просто. На самом деле белый свет объединяет в себе несколько цветов, имеющие разные длины волн. Цвета с более короткой длиной волны (зеленый и синий) отражают свет.
- Запас пресной воды. Только представьте, ледники содержат в себе около 2/3 всего мирового запаса пресной воды.
- Ледяные вулканы – удивительное явление! На Земле таких нет, а вот на одном из спутников Сатурна вулканы вместо лавы извергают лед.
- Ледяные планеты. В нашей Солнечной системе у наиболее отдаленных планет есть спутники, поверхность которых полностью покрыта толстенным слоем льда.
В детстве превращение воды в лёд, а ещё лучше в снег, для меня было долгожданным событием. Это означало, во-первых, что пришёл конец осенней грязюке, а во-вторых, предвещало наступление зимних каникул и Нового года. Можно было «навострять» санки, бежать, спотыкаясь и расплёскивая воду, заливать «горку» и просто любоваться волшебными, побелевшими, как в сказке про Мумми-Тролля, деревьями.
При какой температуре замерзает вода
Вода — это такая своенравная барышня, что может становиться льдом при совершенно разных условиях. Но, тем не менее, именно замерзает она исключительно при отрицательных температурах (то есть ниже 0 градусов по Цельсию или 273 по Кельвину).
Вообще существует (зафиксировано учёными) 3 аморфных и 17 кристаллических разновидностей замёрзшей воды, то есть льда, и для каждой нужна своя температура и определённое давление.
Вода в природных условиях
У природной воды существует всего две разновидности: пресная и солёная. Поэтому и вариантов «заморозки» тоже всего два:
- для пресной — 0 градусов по Цельсию;
- для морской (со «среднемировой» солёностью) — минус 1,8 по Цельсию.
Но это вовсе не значит, что «тут всё скучно», а «самое интересное» можно получить только в лаборатории. Нет, у природного льда, как и у самой воды, множество любопытных свойств:
- Например, лёд — это единственная на планете твёрдая фаза вещества, которая превосходит в объёме свою жидкую фазу (все остальные соединения при переходе к твёрдому состоянию "скукоживаются").
- У него очень высока удельная теплота плавления (то есть, чтобы лёд растаял, ему нужно передать большое количество тепла) — 330 килоджоулей на кг (для сравнения, у железа этот показатель равен 270 кДж/кг).
- Эффект Мпембы. Это удивительнейшее явление заключается в том, что лёд образуется быстрее из горячей воды, чем из холодной. Так происходит, во-первых, потому что нагретая вода быстрее испаряется и замерзает воздухе. Во-вторых, из-за интенсивного испарения объем оставшейся воды постоянно уменьшается, а чем меньше её в сосуде, тем быстрее она замёрзнет.
Книга Якова Перельмана «Занимательная физика» — моя любимая с детства. Написанная простым и увлекательным языком, эта книга — собрание головоломок, задач и опытов из области физики. Из неё я узнал об удивительной вещи — горячем льде. Оказывается вода может быть твёрдой и при температуре значительно выше 0°C. Интересно почему? Тогда слушай, дорогой читатель...
При какой температуре замерзает вода
В школе нас учили, что вода замерзает при температуре 0°C. Но это не совсем так. Если взять дистиллированную воду (очищенную от примесей), то она не замёрзнет и при небольшой минусовой температуре. Но стоить положить в эту воду кусочек льда, как она сразу начнёт замерзать заметными глазу кристаллами. Всё дело в том, что для кристаллизации в воде должны быть частички соринок, пузырьки, любые примеси. Почему? Воде для замерзания нужно что-либо, к чему бы могли прицепиться её молекулы (например, соринка). Если таковых не окажется, то вода не замёрзнет даже при минус 40°C! Чистая пресная вода, как и морская не замёрзнет при 0°C.
Вода — необыкновенное вещество
Интересно, но вода тоже минерал. И в природе нет второго такого же чудесного. Вода — единственное вещество, существующее одновременно в трёх состояниях
- газообразном;
- жидком;
- твёрдом.
Над тёплым океаном воздух содержит газообразную воду — пар. А в холодных полярных морях на поверхности жидкой воды плавают льды — твёрдая вода.
Интересный эффект даёт сверхбыстрое охлаждение воды. За пару миллисекунд при температуре минус 137°C вода, минуя стадию льда (когда кристаллическая решётка упорядочена), превращается в аморфное тело, названное «стеклообразной водой» (молекулы расположены случайным образом и похожи на структуру стекла). Такую воду можно получить лишь в лаборатории, но именно из неё состоят кометы.
Горячий лёд
Английский ученый-физик Бриджмен в начале 20 века выяснил, что при очень высоком давлении вода затвердеет и останется такой при температуре гораздо выше 0°C. Бриджмен доказал, что существует несколько видов льда. Тот лёд, который нас окружает называется, «Лёд №1», а горячий лёд — «Лёд №5» получается при давлении выше 20 000 атмосфер и остаётся твёрдым даже при температуре 76°C. Если бы к нему можно было прикоснуться, то мы бы обожгли пальцы.
Вот какое необыкновенное вещество обыкновенная вода!