Zašto se morska voda ne smrzava na ništici? Toplinskofizička svojstva i ledište vodenih otopina NaCl i CaCl2 Smrzava li slana voda?

3.2. MORSKI LED

Sva su naša mora, osim rijetkih iznimaka, zimi prekrivena ledom različite debljine. S tim u vezi, plovidba jednim dijelom mora postaje otežana tijekom hladne polovice godine, dok drugim prestaje i može se odvijati samo uz pomoć ledolomaca. Dakle, smrzavanje mora remeti normalan rad flote i luka. Stoga je za kvalificiranije upravljanje flotom, lukama i odobalnim objektima potrebno određeno znanje fizička svojstva morski led.

Morska voda, za razliku od slatke vode, nema određenu točku ledišta. Temperatura na kojoj se počinju stvarati ledeni kristali (ledene iglice) ovisi o slanosti morske vode S. Eksperimentalno je utvrđeno da se temperatura smrzavanja morske vode može odrediti (izračunati) po formuli: t 3 = -0,0545S. Pri salinitetu od 24,7% ledište je jednako temperaturi najveće gustoće morske vode (-1,33°C). Ta je okolnost (svojstvo morske vode) omogućila da se morska voda prema stupnju slanosti podijeli u dvije skupine. Voda sa salinitetom manjim od 24,7% naziva se boćatom i kada se ohladi, prvo postigne temperaturu najveće gustoće, a zatim se smrzne, tj. ponaša se kao slatka voda, čija je temperatura najveće gustoće 4° C. Voda sa salinitetom većom od 24,7°/00 naziva se morska voda.

Temperatura najveće gustoće je ispod točke smrzavanja. To dovodi do pojave konvektivnog miješanja, što odgađa smrzavanje morske vode. Smrzavanje je također usporeno zbog zaslanjivanja površinskog sloja vode, što se uočava pri pojavi leda, jer kada se voda smrzne, samo dio soli otopljenih u njoj ostaje u ledu, dok značajan dio njih ostaje u vodi , povećavajući njen salinitet, a time i gustoću površinskog sloja vode, čime se snižava točka smrzavanja. Prosječna slanost morski ledčetiri puta manji salinitet vode.

Kako nastaje led u morskoj vodi sa salinitetom od 35°/00 i točkom ledišta od -1,91° C? Nakon što se površinski sloj vode ohladi na gore navedenu temperaturu, njegova gustoća će se povećati i voda će potonuti, a toplija voda iz donjeg sloja će se podići. Miješanje će se nastaviti sve dok temperatura cijele mase vode u gornjem aktivnom sloju ne padne na -1,91 ° C tada, nakon nekog superhlađenja vode ispod točke smrzavanja, na površini se počnu pojavljivati ledeni kristali (ledene iglice). površinski.

Formiraju se ledene iglice ne samo na površini mora, nego u cijeloj debljini miješanog sloja. Postupno se ledene iglice međusobno smrzavaju, stvarajući na površini mora ledene mrlje koje izgledom podsjećaju na smrznutu vodu. salo. U boji se ne razlikuje mnogo od vode.

Kada snijeg padne na površinu mora ubrzava se proces stvaranja leda, budući da se površinski sloj desalinizira i hladi, osim toga u vodu se unose gotove jezgre kristalizacije (pahulje). Ako je temperatura vode ispod 0°C, tada se snijeg ne otapa, već stvara viskoznu kašastu masu tzv. snježna. Salo i snijeg se pod utjecajem vjetra i valova razbijaju u komade bijela, nazvao mulj. Daljnjim zbijanjem i smrzavanjem početnih vrsta leda (ledene iglice, mast, bljuzgavica, snježna bljuzgavica) na površini mora nastaje tanka, elastična kora leda koja se u valovima lako savija, a pri sabijanju stvara nazubljene slojeve tzv. Nilas. Nilas ima mat površinu i debljinu do 10 cm, a dijeli se na tamne (do 5 cm) i svijetle (5-10 cm) nilase.

Ako je površinski sloj mora jako desaliniziran, tada se daljnjim hlađenjem vode i mirnim stanjem mora, kao posljedica izravnog smrzavanja ili od ledene masnoće, površina mora prekriva tankom sjajnom korom tzv. boca. Boca je prozirna, poput stakla, lako se lomi vjetrom ili valovima, debljine do 5 cm.

Na laganom valu ledene masti, bljuzgavice ili snijega, kao i kao posljedica razbijanja boce i nilasa tijekom velikog valovanja, tzv. led za palačinke. Pretežno je okruglog oblika, promjera od 30 cm do 3 m i debljine do približno 10 cm, uzdignutih rubova zbog sudara ledenih santi jedne o drugu.

U većini slučajeva stvaranje leda počinje u blizini obale pojavom sprudova (širina im je 100-200 m od obale), koji se postupno šireći u more pretvaraju u brzi led Pramenovi i brzi led odnose se na fiksni led, odnosno led koji se formira i ostaje nepomičan duž obale, gdje je pričvršćen za obalu, ledeni zid ili ledenu barijeru.

Gornja površina mladi led u većini slučajeva glatka ili blago valovita, donja je, naprotiv, vrlo neravna, au nekim slučajevima (u nedostatku struje) izgleda poput četke napravljene od kristali leda. Tijekom zime debljina mladog leda postupno se povećava, površina mu se prekriva snijegom, a boja zbog istjecanja salamure iz njega mijenja se iz sive u bijelu. Mladi led debljine 10-15 cm naziva se siva, i debljine 15-30 cm - sivobijela. Daljnjim povećanjem debljine led postaje bijel. Morski led koji je trajao jednu zimu i ima debljinu od 30 cm do 2 m obično se naziva bijelim. prvogodišnji led, koji se dijeli na tanak(debljina od 30 do 70 cm), prosjek(od 70 do 120 cm) i debeo(više od 120 cm).

U područjima Svjetskog oceana gdje se led ne stigne otopiti tijekom ljeta i od početka sljedeće zime ponovno počinje rasti, a do kraja druge zime njegova se debljina povećava i već iznosi više od 2 m, Zove se dvogodišnji led. Led koji postoji više od dvije godine zove se trajnica, njegova debljina je veća od 3 m, zeleno-plave je boje, a uz veliku primjesu snijega i mjehurića zraka, bjelkaste je boje, staklastog izgleda. S vremenom desalinizirani i komprimirani višegodišnji led poprima plavu boju. Morski led se prema pokretljivosti dijeli na nepokretni led (brzi led) i plutajući led.

Lebdeći led se dijeli na: led za palačinke, ledena polja, drobljeni led(komad morskog leda manji od 20 m u promjeru), ribani led(slomljeni led promjera manjeg od 2 m), ne tako(velika humka ili skupina smrznutih humova, do 5 m nadmorske visine), mrazovito(komadi leda zaleđeni u ledeno polje), ledena kaša(akumulacija plutajućeg leda koja se sastoji od fragmenata drugih oblika leda promjera ne većeg od 2 m). Zauzvrat, ledena polja, ovisno o njihovim horizontalnim dimenzijama, dijele se na:

Divovska ledena polja, više od 10 km u promjeru;

Prostrana ledena polja, od 2 do 10 km u promjeru;

Velika ledena polja, od 500 do 2000 m u promjeru;

Fragmenti ledenih polja, promjera od 100 do 500 m;

Grubi led, od 20 do 100 m u promjeru.

Vrlo važna karakteristika za brodarstvo je koncentracija plutajućeg leda. Koncentracija se podrazumijeva kao omjer površine morske površine stvarno prekrivene ledom i ukupne površine morske površine na kojoj se nalazi plutajući led, izražen u desetinkama.

U SSSR-u je usvojena skala koncentracije leda od 10 točaka (1 bod odgovara 10% površine prekrivene ledom), u nekim strane zemlje(Kanada, SAD) -8 bodova.

S obzirom na koncentraciju, plutajući led je karakteriziran kako slijedi:

1. Komprimirani plutajući led. Lebdeći led s koncentracijom 10/10 (8/8) i bez vidljive vode.

2. Smrznuti čvrsti led. Lebdeći led s koncentracijom 10/10 (8/8) i sante leda smrznute zajedno.

3. Vrlo kompaktan led. Lebdeći led, čija je koncentracija veća od 9/10, ali manja od 10/10 (od 7/8 do 8/8).

4. Čvrsti led. Lebdeći led, s koncentracijom od 7/10 do 8/10 (6/8 do 7/8), sastoji se od santi leda od kojih je većina u međusobnom kontaktu.

5. Tanak led. Lebdeći led, čija se koncentracija kreće od 4/10 do 6/10 (od 3/8 do 6/8), s velikim brojem lomova; sante leda obično se ne dodiruju.

6. Rijedak led. Lebdeći led u kojem je koncentracija 1/10 do 3/10 (1/8 do 3/8) i prostranstvo čiste vode dominira ledom.

7. Pojedinačne sante leda. Veliko područje vode koje sadrži morski led s koncentracijom manjom od 1/10 (1/8). U potpunoj odsutnosti leda, ovo područje treba nazvati čista voda.

Lebdeći led je u stalnom kretanju pod utjecajem vjetra i strujanja. Svaka promjena vjetra na području prekrivenom lebdećim ledom uzrokuje promjene u rasporedu leda: što je vjetar jači i duži, to je promjena veća.

Dugogodišnja promatranja vjetrovnog pomicanja zbijenog leda pokazala su da je pomicanje leda izravno ovisno o vjetru koji ga je uzrokovao, i to: smjer pomicanja leda odstupa od smjera vjetra približno 30° udesno na sjevernoj hemisferi, a lijevo na južnoj hemisferi, brzina zanošenja je povezana s brzinom vjetra s koeficijentom vjetra od približno 0,02 (r = 0,02).

U tablici Slika 5 prikazuje izračunate vrijednosti brzine drifta leda ovisno o brzini vjetra.

Tablica 5

Drift pojedinačnih santi leda (malih santi leda, njihovih fragmenata i malih ledenih polja) razlikuje se od drifta konsolidiranog leda. Brzina mu je veća što koeficijent vjetra raste s 0,03 na 0,10.

Brzina kretanja santi leda (u sjevernom Atlantiku) sa svježim vjetrovima kreće se od 0,1 do 0,7 čvorova. Što se tiče kuta odstupanja njihovog kretanja od smjera vjetra, to je 30-40 °.

Praksa plovidbe ledom pokazala je da je samostalna plovidba običnog morskog plovila moguća kada je koncentracija lebdećeg leda 5-6 bodova. Za brodove velike tonaže sa slabim trupom i za stare brodove, granica kohezije je 5 bodova, za brodove srednje tonaže u dobrom stanju - 6 bodova. Za brodove klase leda ova se granica može povećati na 7 bodova, a za brodove za razbijanje leda na 8-9 bodova. Navedene granice za propusnost plutajućeg leda izvedene su iz prakse za srednje teški led. Kod plovidbe u teškom višegodišnjem ledu ove granice treba smanjiti za 1-2 boda. Uz dobru vidljivost, plovidba u koncentracijama leda do 3 točke moguća je za brodove bilo koje klase.

Ako trebate ploviti kroz morsko područje prekriveno lebdećim ledom, morate imati na umu da je lakše i sigurnije ući na rub leda protiv vjetra. Ulazak u led s leđnim ili bočnim vjetrom je opasan, jer se stvaraju uvjeti za gomilanje leda, što može dovesti do oštećenja boka broda ili njegovog kaljužnog dijela.

Naprijed
Sadržaj
leđa

Pokusi s ledom za djecu uvijek su zanimljivi. Provodeći pokuse zajedno s Vladom, čak sam i sam došao do nekoliko otkrića.

Danas ćemo pronaći odgovore na sljedeća pitanja:

Kako se voda ponaša kada je zamrznuta?
što se događa ako zamrznete slanu vodu?
hoće li bunda grijati led?
i neki drugi...

Voda koja se smrzava

Voda se širi kada se smrzava. Na fotografiji je čaša smrznute vode. Vidi se da se led digao u kvržicu. Voda se ne smrzava ravnomjerno. U početku se led pojavljuje na stijenkama čaše, postupno ispunjavajući cijelu posudu. U vodi se molekule gibaju kaotično, pa ona poprima oblik posude u koju je ulivena. Led ima jasno kristalna struktura, dok su udaljenosti između molekula leda veće nego između molekula vode, pa led zauzima više prostora od vode, odnosno širi se.

Smrzava li se slana voda?

Što je voda slanija, niža je točka smrzavanja. Za eksperiment smo uzeli dvije čaše - jednu sa slatkom vodom (označenu slovom B), drugu s vrlo slanom vodom (označenu slovima B + C).

Nakon što je cijelu noć stajala u zamrzivaču, slana se voda ipak nije smrznula, ali su se u čaši stvorili kristalići leda. Slatka voda pretvorila se u led. Dok sam ja manipulirao šalicama i otopinama soli, Vladik je napravio svoj neplanirani eksperiment.

Ulio sam vodu i biljno ulje u šalicu i tiho je stavio u zamrzivač. Sljedeći dan pronašao sam šalicu punu leda i mutnog ulja kako pluta uokolo. Zaključujemo da različite tekućine imaju različite točke ledišta.

Slana voda u zamrzivaču se ne smrzava, ali što se događa ako led pospete solju? Provjerimo.

Pokus leda i soli

Uzmimo dvije kocke leda. Jednu pospite solju, a drugu ostavite za usporedbu. Sol izjeda led, stvarajući brazde i prolaze u kocki leda. Očekivano, kocka leda posuta solju otopila se puno brže. Zbog toga čistači ulica zimi posipaju staze solju. Ako posipate sol po ledu, ne samo da možete gledati kako se topi, već i malo crtati!

Zamrznuli smo veliki komad leda i posuli ga solju, uzeli kistove i akvarelne boje i počeo stvarati ljepotu kistom, a mlađi sin rukama.

Naša iskusna kreativnost ujedinjuje cijelu obitelj, pa je Makaruškina olovka dospjela u objektiv kamere!

Makar i Vlad vrlo su vole sve zamrznuti . Ponekad se u zamrzivaču nađu sasvim neočekivani predmeti.

Sanjao sam o ovom iskustvu od djetinjstva, ali moja majka nije imala krzneni kaput, a mnogi Trebala mi je samo bunda i nikakve zamjene! Moj voljeni kupio mi je bundu, a sada vam predstavljam ovo prekrasno iskustvo. U početku nisam mogla zamisliti kako se može odlučiti zamotati sladoled u bundu, čak i ako sam jako htjela eksperimentirati. A ako eksperiment ne uspije, kako da ga kasnije isperem? Eh, bilo ili nije bilo!..

Stavila sam sladoled u vrećice :) Zamotala sam ga u bundu i počela čekati. Hura, sve je super! Bunda je bila čitava, a sladoled se puno manje topio od kontrolnog uzorka koji je stajao pokraj njega bez bunde.

Kako je lijepo biti odrastao, nositi bundu i izvoditi razne eksperimente iz djetinjstva!

Djeca vole slikati i ukrašavati. Led u boji donosi puno pozitivnih emocija i omogućuje djeci da razviju kreativnost. Iskustva nisu samo svijetla i poučna, već i korisna. Sada vam dajem recepte za još sjajnije pokuse za djecu. Preuzmite korisnu zbirku pokusa za svoj kućni laboratorij - "Pokusi s vodom". Napišite u komentarima svoje povratne informacije o iskustvima i željama: koja iskustva želite vidjeti na stranicama naše web stranice. Znanost je ipak zabavna.

Vaša Galina Kuzmina

U tablici su prikazana termofizička svojstva otopine kalcijevog klorida CaCl 2 ovisno o temperaturi i koncentraciji soli: specifični toplinski kapacitet otopine, toplinska vodljivost, viskoznost vodene otopine, njihovu toplinsku difuznost i Prandtlov broj. Koncentracija soli CaCl 2 u otopini je od 9,4 do 29,9%. Temperatura na kojoj se daju svojstva određena je sadržajem soli u otopini i kreće se od -55 do 20°C.

Kalcijev klorid CaCl 2 ne smije se smrzavati na temperaturi od minus 55°C. Da bi se postigao ovaj učinak, koncentracija soli u otopini mora biti 29,9%, a njezina gustoća bit će 1286 kg/m 3.

S povećanjem koncentracije soli u otopini povećava se ne samo njezina gustoća, već i takva termofizička svojstva kao što su dinamička i kinematička viskoznost vodene otopine, kao i Prandtlov broj. Na primjer, dinamička viskoznost otopine CaCl 2 s koncentracijom soli od 9,4% pri temperaturi od 20°C jednaka je 0,001236 Pa s, a kada se koncentracija kalcijevog klorida u otopini poveća na 30%, njegova dinamička viskoznost raste na vrijednost od 0,003511 Pa s.

Treba napomenuti da je viskoznost vodenih otopina ove soli pod najvećim utjecajem temperature. Kada se otopina kalcijevog klorida ohladi s 20 na -55°C, njezina dinamička viskoznost može porasti 18 puta, a kinematička viskoznost 25 puta.

Dati su sljedeći termofizička svojstva otopine CaCl 2:

, kg/m 3 ;
temperatura smrzavanja °C;
dinamička viskoznost vodenih otopina, Pa s;
Prandtlov broj.

Gustoća otopine kalcijevog klorida CaCl 2 ovisno o temperaturi

Tablica prikazuje vrijednosti gustoće otopine kalcijevog klorida CaCl 2 različitih koncentracija ovisno o temperaturi.
Koncentracija kalcijevog klorida CaCl 2 u otopini je od 15 do 30% pri temperaturi od -30 do 15°C. Gustoća vodene otopine kalcijeva klorida raste kako se temperatura otopine snižava, a koncentracija soli u njoj raste.

Toplinska vodljivost otopine CaCl 2 ovisno o temperaturi

Tablica prikazuje vrijednosti toplinske vodljivosti otopine kalcijevog klorida CaCl 2 različitih koncentracija na negativnim temperaturama.
Koncentracija soli CaCl 2 u otopini je od 0,1 do 37,3% pri temperaturi od -20 do 0°C. Povećanjem koncentracije soli u otopini smanjuje se njezina toplinska vodljivost.

Toplinski kapacitet otopine CaCl 2 pri 0°C

U tablici je prikazan maseni toplinski kapacitet otopine kalcijevog klorida CaCl 2 različitih koncentracija pri 0°C. Koncentracija soli CaCl 2 u otopini je od 0,1 do 37,3%. Treba napomenuti da se s povećanjem koncentracije soli u otopini smanjuje njezin toplinski kapacitet.

Ledište otopina soli NaCl i CaCl 2

U tablici je prikazana temperatura smrzavanja otopina soli natrijeva klorida NaCl i kalcijeva CaCl 2 ovisno o koncentraciji soli. Koncentracija soli u otopini je od 0,1 do 37,3%. Točka ledišta slane otopine određena je koncentracijom soli u otopini i za natrijev klorid, NaCl može doseći vrijednost od minus 21,2°C za eutektičku otopinu.

Treba napomenuti da otopina natrijevog klorida ne smije se smrzavati na temperaturu od minus 21,2°C, a otopina kalcijevog klorida ne smrzava se na temperaturama do minus 55°S.

Gustoća otopine NaCl ovisno o temperaturi

Tablica prikazuje vrijednosti gustoće otopine natrijevog klorida NaCl različitih koncentracija ovisno o temperaturi.
Koncentracija NaCl soli u otopini je od 10 do 25%. Vrijednosti gustoće otopine navedene su na temperaturama od -15 do 15°C.

Toplinska vodljivost otopine NaCl ovisno o temperaturi

Tablica prikazuje vrijednosti toplinske vodljivosti otopine natrijevog klorida NaCl različitih koncentracija pri negativnim temperaturama.
Koncentracija soli NaCl u otopini je od 0,1 do 26,3% pri temperaturi od -15 do 0°C. Tablica pokazuje da se toplinska vodljivost vodene otopine natrijevog klorida smanjuje s povećanjem koncentracije soli u otopini.

Specifični toplinski kapacitet otopine NaCl pri 0°C

U tablici je prikazan maseni specifični toplinski kapacitet vodene otopine natrijeva klorida NaCl različitih koncentracija pri 0°C. Koncentracija NaCl soli u otopini je od 0,1 do 26,3%. Iz tablice je vidljivo da s povećanjem koncentracije soli u otopini opada njezin toplinski kapacitet.

Termofizička svojstva otopine NaCl

U tablici su prikazana termofizička svojstva otopine natrijeva klorida NaCl ovisno o temperaturi i koncentraciji soli. Koncentracija natrijevog klorida NaCl u otopini je od 7 do 23,1%. Treba napomenuti da se kada se vodena otopina natrijevog klorida ohladi, njen specifični toplinski kapacitet se neznatno mijenja, toplinska vodljivost se smanjuje, a viskoznost otopine se povećava.

Dati su sljedeći termofizička svojstva otopine NaCl:

gustoća otopine, kg / m3;
temperatura smrzavanja °C;
specifični (maseni) toplinski kapacitet, kJ/(kg deg);
koeficijent toplinske vodljivosti, W/(m deg);
dinamička viskoznost otopine, Pa s;
kinematička viskoznost otopine, m 2 / s;
koeficijent toplinske difuzije, m 2 / s;
Prandtlov broj.

Gustoća otopina natrijeva klorida NaCl i kalcijeva CaCl 2 ovisno o koncentraciji pri 15°C

U tablici su prikazane vrijednosti gustoće otopina natrijevog klorida NaCl i kalcijevog CaCl2 ovisno o koncentraciji. Koncentracija soli NaCl u otopini je od 0,1 do 26,3% pri temperaturi otopine od 15°C. Koncentracija kalcijevog klorida CaCl 2 u otopini kreće se od 0,1 do 37,3% pri temperaturi od 15°C. Gustoća otopina natrijevog i kalcijevog klorida raste s povećanjem sadržaja soli.

Koeficijent ekspanzije volumena otopina natrijevog klorida NaCl i kalcijevog CaCl2

U tablici su dane vrijednosti prosječnog koeficijenta volumetrijske ekspanzije vodenih otopina natrijevog klorida NaCl i kalcijevog CaCl 2 ovisno o koncentraciji i temperaturi.
Koeficijent volumetrijske ekspanzije otopine soli NaCl prikazan je na temperaturi od -20 do 20°C.
Koeficijent volumetrijske ekspanzije otopine CaCl 2 klorida prikazan je pri temperaturama od -30 do 20°C.

Izvori:

Danilova G.N. i dr. Zbirka problema o procesima prijenosa topline u prehrambenoj i rashladnoj industriji. M.: Prehrambena industrija, 1976. - 240 str.

Na kojoj temperaturi se voda smrzava? Činilo bi se - jednostavno pitanje, na koje čak i dijete može odgovoriti: ledište vode pri normalnom atmosferskom tlaku od 760 mm Hg je nula stupnjeva Celzijusa.

Međutim, voda (unatoč iznimno širokoj rasprostranjenosti na našem planetu) najtajanstvenija je i nepotpuno proučena tvar, pa odgovor na ovo pitanje zahtijeva detaljan i argumentiran razgovor.

U Rusiji i Europi temperatura se uglavnom mjeri na Celzijevoj ljestvici visoka vrijednost koji ima oznaku od 100 stupnjeva.
Američki znanstvenik Fahrenheit razvio je vlastitu ljestvicu sa 180 podjela.
Postoji još jedna jedinica za mjerenje temperature - kelvin, nazvan po engleskom fizičaru Thomsonu, koji je dobio titulu lorda Kelvina.

Uvjeti i vrste voda

Voda na planeti Zemlji može poprimiti tri glavna agregatna stanja: tekuće, kruto i plinovito, koja se mogu transformirati u različite oblike koji istovremeno koegzistiraju jedni s drugima (sante leda u morskoj vodi, vodena para i kristali leda u oblacima na nebu, ledenjaci i rijeke koje slobodno teku).

Ovisno o svojstvima porijekla, namjeni i sastavu, voda može biti:

svježe;
mineral;
pomorski;
piće (ovdje uključujemo vodu iz slavine);
kiša;
odmrznuto;
slano;
strukturiran;
destiliran;
deionizirani.

Prisutnost izotopa vodika čini vodu:

svjetlo;
teški (deuterij);
superteški (tricij).

Svi znamo da voda može biti mekana ili tvrda: ovaj pokazatelj određen je sadržajem kationa magnezija i kalcija.

Svaka od vrsta koje smo naveli i agregatna stanja voda ima svoje točke smrzavanja i tališta.

Ledište vode

Zašto se voda smrzava? Obična voda uvijek sadrži neke suspendirane čestice mineralnog ili organskog podrijetla. To mogu biti sitne čestice gline, pijeska ili kućne prašine.

Kada temperatura okoliš pada na određene vrijednosti, te čestice preuzimaju ulogu centara oko kojih se počinju formirati kristali leda.

Mjehurići zraka, kao i pukotine i oštećenja na stijenkama posude s vodom također mogu postati jezgre kristalizacije. Brzina procesa kristalizacije vode uvelike je određena brojem ovih centara: što ih je više, tekućina se brže smrzava.

U normalnim uvjetima (pri normalnom atmosferskom tlaku) temperatura faznog prijelaza vode iz tekućeg u kruto stanje je 0 stupnjeva Celzijusa. Na ovoj temperaturi voda se smrzava vani.

Zašto se topla voda smrzava brže od hladne?

Vruća voda se smrzava brže od hladne - ovaj fenomen primijetio je Erasto Mpemba, školarac iz Tanganjike. Njegovi pokusi sa smjesama za sladoled pokazali su da je brzina smrzavanja zagrijanih masa znatno veća od one hladnih.

Jedan od razloga za ovu zanimljivu pojavu, nazvanu "Mpemba paradoks", je veći prijenos topline vruće tekućine, kao i prisutnost većeg broja jezgri kristalizacije u njoj u odnosu na hladnu vodu.

Jesu li ledište vode i nadmorska visina povezani?

Kada se tlak promijeni, često povezan s boravkom na različitim nadmorskim visinama, točka smrzavanja vode počinje se radikalno razlikovati od standardne, karakteristične za normalne uvjete.
Kristalizacija vode na nadmorskoj visini događa se pri sljedećim temperaturnim vrijednostima:

Paradoksalno, na nadmorskoj visini od 1000 m voda se smrzava na 2 stupnja Celzijusa;
na visini od 2000 metara to se događa već na 4 stupnja Celzijusa.

Najviša temperatura smrzavanja vode u planinama opažena je na nadmorskoj visini od preko 5000 tisuća metara (na primjer, u planinama Fan ili Pamiru).

Kako tlak utječe na proces kristalizacije vode?

Pokušajmo povezati dinamiku promjena temperature smrzavanja vode s promjenama tlaka.

Pri tlaku od 2 atm, voda će se smrznuti na temperaturi od -2 stupnja.
Pri tlaku od 3 atm, temperatura od -4 stupnja Celzija počet će zamrzavati vodu.

S povišenim tlakom smanjuje se temperatura na kojoj počinje proces kristalizacije vode, a povećava se vrelište. Pri niskom tlaku dobiva se dijametralno suprotna slika.

Zato je u visinskim uvjetima i rijetkoj atmosferi vrlo teško skuhati čak i jaja, jer voda u loncu kuha već na 80 stupnjeva. Jasno je da je jednostavno nemoguće kuhati hranu na ovoj temperaturi.

Pri visokom tlaku, proces otapanja leda ispod oštrica klizaljki događa se čak i pri vrlo niskim temperaturama, ali zahvaljujući njemu klizaljke klize po ledenoj površini.

Na sličan način objašnjava se i smrzavanje trkača teško natovarenih saonica u pričama Jacka Londona. Teške sanjke koje pritišću snijeg uzrokuju njegovo otapanje. Nastala voda olakšava im klizanje. Ali čim se sanjke zaustave i dugo ostanu na jednom mjestu, istisnuta voda se smrzne i prilijepi trkače uz cestu.

Temperatura kristalizacije vodenih otopina

Budući da je izvrsno otapalo, voda lako reagira s raznim organskim i anorganske tvari tvoreći masu ponekad neočekivanih kemijski spojevi. Naravno, svaki od njih će se smrznuti na različitim temperaturama. Pokažimo to u vizualnom popisu.

Točka ledišta mješavine alkohola i vode ovisi o postotku obje komponente u njoj. Kako više vode dodano otopini, što je njegova točka smrzavanja bliža nuli. Ako u otopini ima više alkohola, proces kristalizacije će započeti na vrijednostima blizu -114 stupnjeva.
Važno je znati da vodeno-alkoholne otopine nemaju fiksnu točku ledišta. Obično se govori o temperaturi na početku procesa kristalizacije i temperaturi konačnog prijelaza u čvrsto stanje.
Između početka stvaranja prvih kristala i potpunog skrućivanja alkoholne otopine postoji temperaturni interval od 7 stupnjeva. Dakle, točka smrzavanja vode s 40% koncentracije alkohola u početnoj fazi je -22,5 stupnjeva, a konačni prijelaz otopine u čvrstu fazu dogodit će se na -29,5 stupnjeva.

Točka smrzavanja vode sa soli usko je povezana sa stupnjem njezine slanosti: što je više soli u otopini, to će se smrznuti stupac žive na nižem položaju.

Za mjerenje saliniteta vode koristi se posebna jedinica - "ppm". Dakle, utvrdili smo da ledište vode opada s porastom koncentracije soli. Objasnimo to na primjeru:

Razina saliniteta oceanske vode je 35 ppm, dok joj je prosječna točka smrzavanja 1,9 stupnjeva. Salinitet crnomorske vode je 18-20 ppm, pa se smrzava na višoj temperaturi u rasponu od -0,9 do -1,1 stupnjeva Celzijusa.

Ledište vode sa šećerom (za otopinu čiji je molalitet 0,8) je -1,6 stupnjeva.
Ledište vode s nečistoćama uvelike ovisi o njihovoj količini i prirodi nečistoća uključenih u vodenu otopinu.
Ledište vode s glicerinom ovisi o koncentraciji otopine. Otopina koja sadrži 80 ml glicerina će se smrznuti na -20 stupnjeva; kada se sadržaj glicerina smanji na 60 ml, proces kristalizacije će započeti na -34 stupnja, a početak smrzavanja 20% otopine je minus pet stupnjeva. Kao što vidiš, linearna ovisnost u ovom slučaju je odsutan. Za zamrzavanje 10% otopine glicerina bit će dovoljna temperatura od -2 stupnja.
Ledište vode sa sodom (što znači kaustična lužina ili kaustična soda) predstavlja još misteriozniju sliku: 44% kaustične otopine smrzava se na +7 stupnjeva Celzijusa, a 80% na +130.

Zamrzavanje slatkovodnih tijela

Proces stvaranja leda u slatkovodnim tijelima odvija se u nešto drugačijem temperaturnom režimu.

Točka ledišta vode u jezeru, baš kao i točka ledišta vode u rijeci, je nula Celzijevih stupnjeva. Zamrzavanje najčišćih rijeka i potoka ne počinje s površine, već s dna, na kojem su kristalizacijske jezgre prisutne u obliku čestica dna mulja. Isprva je naplavljeno drvo prekriveno korom leda i vodene biljke. Čim se donji led digne na površinu, rijeka se trenutno smrzava.
Smrznuta voda na Bajkalskom jezeru ponekad se može ohladiti do temperatura ispod ništice. To se događa samo u plitkoj vodi; temperatura vode može biti tisućinke, a ponekad i stotinke jednog stupnja ispod nule.
Temperatura bajkalske vode ispod same kore ledenog pokrivača u pravilu ne prelazi +0,2 stupnja. U nižim slojevima postupno raste do +3,2 na dnu najdublje kotline.

Točka ledišta destilirane vode

Smrzava li se destilirana voda? Podsjetimo, da bi se voda smrznula potrebno je da u njoj postoje određeni centri kristalizacije, a to mogu biti mjehurići zraka, lebdeće čestice, kao i oštećenja stijenki posude u kojoj se nalazi.

Destilirana voda, potpuno lišena ikakvih nečistoća, nema jezgri kristalizacije, pa njezino smrzavanje počinje na vrlo niskim temperaturama. Polazna točka Točka ledišta destilirane vode je -42 stupnja. Znanstvenici su uspjeli postići superhlađenje destilirane vode na -70 stupnjeva.

Voda koja je bila izložena vrlo niskim temperaturama bez kristalizacije naziva se "superhlađena". Možete staviti bocu destilirane vode u zamrzivač kako biste postigli hipotermiju, a zatim demonstrirajte vrlo impresivan trik - pogledajte video:

Laganim lupkanjem po bočici izvađenoj iz hladnjaka ili bacanjem komadića leda u nju možete pokazati kako se ona trenutno pretvara u led koji izgleda poput izduženih kristala.

Destilirana voda: smrzava li se ova pročišćena tvar pod pritiskom ili ne? Takav proces je moguć samo u posebno stvorenim laboratorijskim uvjetima.

Točka ledišta slane vode

Mlade prirodoslovce uvijek progone naizgled jednostavna pitanja. To je temperatura na kojoj se obično smrzava morska voda? Svi znaju da nula stupnjeva nije dovoljno da se morska površina pretvori u dobro klizalište. Ali na kojoj se temperaturi to događa?

Od čega se sastoji morska voda?

Po čemu se sadržaj mora razlikuje od svježa voda? Razlika nije tako velika, ali ipak:

Mnogo više soli.
Prevladavaju soli magnezija i natrija.
Gustoća se malo razlikuje, unutar nekoliko postotaka.
Sumporovodik se može stvoriti na dubini.

Glavni sastojak morske vode, koliko god to zvučalo predvidljivo, je voda. Ali za razliku od vode rijeka i jezera, to sadržano veliki broj natrijev i magnezijev klorid.

Salinitet se procjenjuje na 3,5 ppm, ali da budemo jasniji - na 3,5 tisućinke postotka ukupnog sastava.

Pa čak i ova, ne najimpresivnija brojka, daje vodi ne samo specifičan okus, već je čini neprikladnom za piće. Nema apsolutnih kontraindikacija, morska voda nije otrov ni otrovna tvar i od par gutljaja neće se dogoditi ništa loše. O posljedicama će se moći govoriti ako osoba barem tijekom dana također uključuje:

Fluor.
Brom.
Kalcij.
Kalij.
Klor.
Sulfati.
Zlato.

Istina, postotak svih ovih elemenata je mnogo manji od soli.

Zašto ne možete piti morsku vodu?

Već smo se ukratko dotakli ove teme, pogledajmo je malo detaljnije. Zajedno s morskom vodom u tijelo ulaze dva iona – magnezij i natrij.

Natrij	Magnezij
Sudjeluje u održavanju ravnoteže vode i soli, jedan od glavnih iona uz kalij.	Glavni učinak je na središnji živčani sustav.
S povećanjem količine Na U krvi, tekućina napušta stanice.	Iz tijela se eliminira vrlo sporo.
Svi biološki i biokemijski procesi su poremećeni.	Višak u tijelu dovodi do proljeva, što pogoršava dehidraciju.
Ljudski bubrezi nisu u stanju nositi se s tolikom količinom soli u tijelu.	Mogući razvoj živčani poremećaji, neadekvatno stanje.

Ne može se reći da čovjek ne treba sve te tvari, ali potrebe uvijek stanu u određeni okvir. Nakon što popijete nekoliko litara ove vode, otići ćete predaleko izvan njihovih granica.

Međutim, danas se prijeka potreba za pitkom morskom vodom može javiti samo među žrtvama brodoloma.

Što određuje salinitet morske vode?

Vidjevši malo veći broj 3,5 ppm , mogli biste pomisliti da je to konstanta za bilo koju morsku vodu na našem planetu. Ali to nije tako jednostavno; salinitet ovisi o regiji. Slučajno se događa da što je regija smještena sjevernije, to je ta vrijednost veća.

Jug se, naprotiv, može pohvaliti ne tako slanim morima i oceanima. Naravno, sva pravila imaju svoje iznimke. Razina soli u morima obično je nešto niža nego u oceanima.

Što bi mogao biti razlog geografske podjele? Nepoznato je, istraživači to uzimaju zdravo za gotovo, to je sve. Možda odgovor treba potražiti u više rana razdoblja razvoj našeg planeta. Ne u vrijeme kad je život počeo - mnogo ranije.

Već znamo da slanost vode ovisi o prisutnosti u njoj:

Magnezijevi kloridi.
Natrijevi kloridi.
Ostale soli.

Moguće u nekim područjima Zemljina kora naslage tih tvari bile su nešto veće nego u susjednim regijama. S druge strane, nitko nije otkazao morske struje, prije ili kasnije opća razina trebao izravnati.

Dakle, najvjerojatnije je mala razlika uzrokovana klimatske značajke našeg planeta. Nije najneutemeljenije mišljenje, ako se sjećate mrazova i uzmete u obzir što točno Voda s visokim udjelom soli sporije se smrzava.

Desalinizacija morske vode.

Svatko je barem malo čuo o desalinizaciji; neki se sada sjećaju i filma “Vodeni svijet”. Koliko je realno staviti jedan takav prijenosni desalinizator u svaki dom i zauvijek zaboraviti na problem čovječanstva? piti vodu? Još uvijek fantazija, a ne stvarna stvarnost.

Sve se vrti oko utrošene energije, jer za učinkovit rad Potrebna je ogromna snaga, ništa manje od nuklearnog reaktora. Postrojenje za desalinizaciju u Kazahstanu radi na ovom principu. Ideja je predstavljena i na Krimu, ali snaga sevastopoljskog reaktora nije bila dovoljna za takve količine.

Prije pola stoljeća, prije brojnih nuklearnih katastrofa, još se moglo pretpostaviti da će miroljubivi atom ući u svaki dom. Bio je čak i takav slogan. Ali već sada je jasno da od nuklearnih mikroreaktora nema koristi:

U kućanskim aparatima.
U industrijskim poduzećima.
U dizajnu automobila i aviona.
I općenito unutar granica grada.

Ne očekuje se u sljedećem stoljeću. Znanost može napraviti još jedan skok i iznenaditi nas, ali za sada su sve to samo maštarije i nade neopreznih romantičara.

Na kojoj temperaturi se morska voda može smrznuti?

Ali na glavno pitanje još nije odgovoreno. Već smo naučili da sol usporava smrzavanje vode, a more se prekriva korom leda ne na nuli, već na temperaturama ispod nule. Ali koliko bi očitanja termometra trebala ići ispod nule kako stanovnici obalnih područja ne bi čuli uobičajeni zvuk valova kad izlaze iz svojih domova?

Za određivanje ove vrijednosti postoji posebna formula, složena i razumljiva samo stručnjacima. Ovisi o glavnom pokazatelju - razina slanosti. Ali budući da imamo prosječnu vrijednost za ovaj pokazatelj, možemo li pronaći i prosječnu temperaturu smrzavanja? Da naravno.

Ako ne morate izračunati sve do stotog za određenu regiju, zapamtite da je temperatura -1,91 stupanj.

Možda se čini da razlika i nije tako velika, samo dva stupnja. Ali tijekom sezonskih kolebanja temperature, to može igrati veliku ulogu tamo gdje termometar ne pada ispod 0. Bilo bi samo 2 stupnja hladnije, stanovnici te iste Afrike ili Južna Amerika mogao bi vidjeti led u blizini obale, ali nažalost. Ipak, ne mislimo da su jako uznemireni takvim gubitkom.

Nekoliko riječi o svjetskim oceanima.

Što je s oceanima, zalihama slatke vode i razinama onečišćenja? Pokušajmo saznati:

Oceani još stoje, ništa im se nije dogodilo. Posljednjih desetljeća razina vode raste. Možda je ovo ciklički fenomen ili se možda ledenjaci zapravo tope.
Slatke vode ima i više nego dovoljno; prerano je za paniku oko toga. Ako se dogodi još jedan svjetski sukob, ovaj put pomoću nuklearno oružje, možda ćemo, kao u “Mad Maxu”, moliti za očuvanje vlage.
Ova zadnja točka je vrlo popularna među zaštitarima. A dobiti sponzorstvo nije tako teško; konkurenti će uvijek plaćati crni PR, pogotovo kada su u pitanju naftne kompanije. Ali oni su ti koji uzrokuju glavnu štetu vodama mora i oceana. Proizvodnja nafte i izvanredne situacije nije uvijek moguće kontrolirati, a posljedice su svaki put katastrofalne.

Ali svjetski oceani imaju jednu prednost u odnosu na čovječanstvo. Stalno se ažurira, a njegove stvarne mogućnosti samočišćenja vrlo je teško procijeniti. Najvjerojatnije će uspjeti preživjeti ljudska civilizacija i vidjet će svoj zalazak u sasvim prihvatljivom stanju. Pa, onda će voda imati milijarde godina da se očisti od svih "darova".

Teško je čak i zamisliti tko treba znati na kojoj se temperaturi smrzava morska voda. Opće edukativna činjenica, ali kome će ona u praksi stvarno trebati, pitanje je.