Температура замерзания воды под давлением замерзает ли и при какой t°, в зависимости от чего (таблиц

Сжатие воды при замерзании Авторская платформа

Сжатие воды при замерзании

Считаю теорию о том, что вода при замерзании расширяется неправильной. При замерзании вода сжимается. Пример: возьмем сосуд (флягу), полностью заполним его водой и поставим в холод. Как мы знаем, металл при низких температурах имеет свойство сжиматься. Металл, из которого состоит наш сосуд (фляга) сжимается и в результате этого сжимается та вода, которая находится внутри. Надо заметить, что вода замерзает не сразу, т. к. стенки сосуда (фляги) сдерживают этот процесс. Поверхность сосуда, состоящая из металла, поддается замерзанию, прежде всего, сдерживая замерзание воды. Замерзая, стенки сосуда (фляги) сжимаются и давят на воду, которая так же начинает сжиматься, давя в свою очередь на стенки сосуда (фляги). При большем замерзании происходит большее сжатие стенок сосуда (фляги), которые давят и сжимают воду, находящуюся внутри сосуда (фляги). В том месте, где стенки сосуда (фляги) не выдерживают давления воды, появляется вздутие. Это стенки сосуда (фляги), сжимаясь при замерзании, сжимают жидкость (воду), находящуюся внутри, которая к этому времени еще не замерзла. Вода давит с такой силой, что, к примеру, дно у фляги вздувается. И только после окончательного замерзания воды давление на стенки сосуда (фляги) исчезает, т. к. стенки сосуда (фляги) достигли окончательного сжатия.

Считаю, что этого объяснения достаточно, чтобы понять, что вода при замерзании сжимается, а не расширяется.

Вода, охлаждаясь, меняет структуру, а не расширяется. Меняется структура, меняется и плотность (уменьшается). В связи с этим, замерзая лед имеет меньшую плотность, поэтому в воде он плавает.

Затем она обретает прежнее состояние. Таково свойство воды.

Во льду происходит нарушение расположения атомов водорода. Водородные связи образуют две взаимопроникающие решетки. Лед содержит пузырьки газа. Это остатки газа, не успевшего выйти наружу при замерзании воды, т. к. охлаждаясь вода сжимается и выдавливает газ. Не успевшие выйти наружу, пузырьки газа остались при замерзании воды во льду. Таким образом, вода при низкой температуре, сжимаясь, выталкивает газ (невидимый), т. е. молекулы, разрываясь, выделяют газ, уменьшая при этом массу воды. Надо заметить, что во льду кубической модернизации нарушено расположение атомов водорода. Водородные связи образуют две взаимопроникающие решетки. При низкой температуре атомы молекул, сжимаясь, выталкивают газ. Сжатие начинает происходить при температуре +4˚С и ниже. Вода, сжимаясь при охлаждении, давит на атомы молекул водорода в частности. В результате происходит смещение (нарушение) расположения атомов водорода, что видно во льду. Во льду (лед кубической модификации) видно нарушение расположения атомов водорода, что зафиксировано при замерзании воды при температуре от 0 до -3,5˚С. Водородные связи образуют здесь взаимопроникающие решетки («Лед VII кубическая модификация»).

Читайте также:  Зачем утеплять решетку радиатора с наступлением осени The Robot

Во льду видно нарушение расположения атомов водорода, которое произошло в воде при ее охлаждении. Водородные связи образуют две взаимопроникающие решетки. В связи с нарушением расположения атомов водорода, которое произошло в воде при ее охлаждении (начиная от +4˚С) в этот момент из воды уходит газ (невидимый). В результате масса воды уменьшается в связи с уменьшением массы молекул. Имея меньшую массу в таком состоянии вода замерзает (превращается в лед), следовательно масса воды при охлаждении от +4˚С до 0˚С уменьшается. Вода при охлаждении (замерзании) не поднимается, а остается на том же уровне, теряя при этом свою массу. Следовательно, объем воды при охлаждении не увеличивается, т. к. смещение атомов водорода уменьшает количество газа, а значит, уменьшается масса воды.

Mq – масса улетучившегося газа (невидимого)

Sв – плотность воды

Sл – плотность льда

S’в – плотность воды, температура которой от +4˚С до 0˚С

S”л – плотность льда при замерзании воды, имеющей плотность при температуре +4˚С до 0˚С

Vл = (Mв – Mq) : (Sл + S”л)

Следовательно Vв = Vл.

Это значит, что вода при охлаждении не расширяется, т. е. не увеличивается.

Теория выведена Дроздовым Владимиром Васильевичем в 1985 г.

Отправлена для публикации в Интернет 8 января 2011 г.

Как и почему замерзает вода

Вода занимает две третьих земной поверхности и примерно столько же – в организме каждого из нас. Вода повсюду, однако до сих пор не изучена до конца, и даже самые простые ее свойства оставляют множество вопросов. Например, каждый школьник знает, что H2O может быть в трех состояниях: в жидком это вода, в газообразном – пар, и в твердой форме – лед. Но так ли очевиден ответ на вопрос, при какой температуре замерзает вода?

Что влияет на градус замерзания

Представим, что у нас есть идеальная среда с температурой ровно 0°C – общеизвестно, что вода замерзает именно при этом градусе – и в эту среду мы помещаем кусочек льда и воду в жидком состоянии. Что произойдет? Собственно, ничего: вода не замерзнет, а лед не начнет таять. Объяснение в том, что в данной модели нет условий для фазового перехода.

Читайте также:  Генератор для ВАЗ 2110 или ВАЗ 2112 какой установлен, замена

Простыми словами: помимо снижения температуры до определенного градуса, на замерзание воды влияют и другие факторы. Один из них – атмосферное давление, которое создаётся гравитационным притяжением воздуха к Земле. И температура замерзания воды находится в прямой зависимости от давления.

Рассмотрим это на примере: чем выше мы поднимаемся над уровнем моря, ниже становится атмосферное давление и тем выше должна быть температура для кристаллизации воды. На высоте в 1000 метров вода замерзает при температуре +2 °C; поднявшись еще на километр, мы увидим, что вода кристаллизируется уже при +4 °C.

Наличие примесей

Также, кроме давления и температуры, на замерзание воды влияет ее состав: в ней в том или ином количестве находятся органические и минеральные частицы, то есть кусочки глины, песка, пыли. Когда температура в окружающей среде снижается до необходимого градуса, вокруг этих частиц образуются кристаллы: кусочки пыли, песка, камня выполняют роль ядрового центра, вокруг которого начинается процесс кристаллизации.

А в дистиллированной (очищенной) воде процесс замерзания протекает иначе: поскольку в ней нет потенциальных ядер кристаллизации, вода может охладиться до минусовой температуры, но не замерзнуть.

Итак, время замерзания воды зависит от таких факторов:

  • атмосферное давление в окружающей среде;
  • температура воздуха;
  • количество жидкости;
  • ее химический состав;
  • в какой емкости находится H 2 O (или отсутствие емкости).

Феноменальные свойства H 2 O

Приведем еще несколько фактов об удивительном поведении воды:

  • При замерзании молекулы воды расширяются, и ее масса становится тяжелей массы льда. Лед, согласно закону Архимеда, выталкивается на поверхность. Таким образом природа закрывает коркой льда водоемы, защищая и сохраняя все живое в их глубинах.
  • Горячая вода замерзнет быстрее, чем холодная. Звучит невероятно, но это так. Называется это явление «парадокс «Мпембы». Дело в том, что у горячей воды больше теплоотдача и более высокая насыщенность ядрами кристаллизации.
  • В вакууме при 0°C вода сначала закипает, потом одна восьмая ее испаряется, а оставшееся количество замерзает.
  • Учеными при лабораторных исследованиях была получена так называемая стеклообразная вода – аморфная твердая субстанция, из которой состоят кометы во Вселенной. Для перехода воды в такое состояние необходимо за считаные миллисекунды понизить температуру до -137 градусов Цельсия.
  • Максимальной плотность H 2 O будет при +4°C.

Моментальная заморозка воды – 5 невероятных трюков: Видео

Почему при замерзании вода расширяется?

  1. От лопнувших в морозильнике бутылок до ущерба, причинённого морозом городской инфраструктуре:
  2. когда вода замерзает, ей нужно больше места, чем в жидком состоянии.
  3. Молекулам нужно место
  4. Когда вода охлаждается, нужно ещё больше места

От лопнувших в морозильнике бутылок до ущерба, причинённого морозом городской инфраструктуре:

когда вода замерзает, ей нужно больше места, чем в жидком состоянии.

Этим вода отличается от большинства сжимающихся при охлаждении жидкостей и газов. Но почему она ведёт себя так необычно?

Большинство веществ расширяется при нагревании и сжимается при охлаждении. У газов этот эффект проявляется особенно заметно. Таким же образом ведут себя жидкости и твёрдые тела. Хороший пример – воздух в воздушном шаре: в холодную погоду шар съёживается, а рядом с радиатором отопления может даже лопнуть.

Читайте также:  Аренда машины в Бишкеке, авто Бишкека Silk Road Explore ru

Молекулам нужно место

Причиной этой закономерности являются молекулы: чем теплее предмет или газ, то есть чем больше энергии получают молекулы, тем быстрее они двигаются. Поэтому молекулы сталкиваются чаще и сильнее, им необходимо больше места, и давление, которое молекулы газа оказывают на оболочку воздушного шара, растёт. Чтобы выдержать давление, нужен бо́льший объём. Поэтому материал расширяется.

Но вода ведёт себя иначе. При охлаждении до приблизительно 4 градусов Цельсия объём воды уменьшается, что вполне ожидаемо. Однако, если температура продолжает падать, то вода начинается расширяться. То есть её плотность достигает максимального значения при 4 градусах. Это свойство называется аномалией плотности воды.

Но откуда она берётся? Всё дело в молекулах: одна молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода – отсюда следует известная химическая формула Н2О. Однако эти атомы притягивают электроны в молекуле воды с разной силой.

Это создаёт слегка положительный центр тяжести заряда у водорода и отрицательный у кислорода. Когда молекулы воды сталкиваются, атомы водорода одной молекулы притягиваются и присоединяются к атомам кислорода другой молекулы — образуется так называемая водородная связь.

Когда вода охлаждается, нужно ещё больше места

Из-за формирования водородных связей в жидкой воде появляются места, где молекулы упорядочены так же, как и в кристаллах льда. Эти так называемые кластеры не так прочны, как в твёрдом кристалле. При более высоких температурах они очень быстро меняются.

Когда вода охлаждается, появляется всё больше и больше таких кластеров. И им нужно всё больше и больше пространства. По этой причине вода начинает расширяться после достижения порогового значения 4 градуса Цельсия. Если температура опускается ниже нуля, то мельчайшие кристаллы льда образуются из кластеров и одерживают верх. И вода замерзает.

Для многих природных процессов эта необычная особенность воды очень важна. Так как плотность льда немного меньше плотности холодной воды, он может плавать на поверхности водоёма. Благодаря этому вода замерзает сверху вниз, а внизу располагается 4-градусный слой воды с максимальной плотностью. Это позволяет рыбе и другим водным обитателям пережить зиму на дне водоёма и не замёрзнуть.

Ссылка на основную публикацию
Сцепление автомобиля виды, устройство и принцип работы
Как работает сцепление, каковы его типичные неисправности, и как их избежать - – автомобильный журна Важным элементом механической трансмиссии является...
Схема передней подвески ниссан х трейл т31
Лифт и тюнинг подвески Nissan X-Trail; подвеска Nissan X-Trail Автомобиль мечты Имеет ли смысл усиливать лифт дополнительно? Стук в ходовой...
Схема переключения передач на КамАЗе КПП с делителем, раздаточная коробка, порядок, механизм, ремонт
Схема, устройство, работа коробки передач КАМАЗ, замена В этой статье рассмотрим агрегатный узел грузового российского автомобиля Камаз. Коробки переключения передач...
Сцепление автомобиля назначение и устройство
Основные неисправности автомобиля Главная Ремонт квартиры Евроремонт Советы сантехнику Работа с плиткой Мелкий ремонт в квартире Дачный вопрос Работа с...
Adblock detector